Композиционные материалы на полимерной основе

В композитах на полимерной основе усилие от матрицы передается армирующему волокну за счет сил межмолекулярного взаимодействия адгезионного характера. Необходимо полное смачивание жидким связующим поверхности волокон.

Борные и углеродные волокна лучше смачиваются эпоксидной смолой. Так получаются боропластики и углепластики.

Стекловолокниты имеют максимальную прочность и удельную прочность: σ_в составляет 700 МПа и даже 2400 МПа (при уменьшении диаметра волокон и добавке монокристаллов Al₂O₃ в матрицу).

Соединяют композиты точечной сваркой, склеиванием, клееболтовыми и клеезаклепочными соединениями.

Наноматериалы

Наноматериалы ‑ материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами и эксплуатационными характеристиками.

К таким материалам можно отнести наноразмерные частицы (нанопорошки), нанопроволоки и нановолокна, очень тонкие пленки (толщиной менее 100 нм), нанотрубки и т. п. Такие материалы могут содержать от одного структурного элемента или кристаллита (для частиц порошка) до нескольких их слоев (для пленки).

Для наночастиц доля атомов, находящихся в тонком поверхностном слое (толщиной порядка 1 нм), по сравнению с микрочастицами (обычными зернами) заметно возрастает. Доля приповерхностных атомов пропорциональна отношению площади поверхности частицы S к ее объему V. Если характерный размер частицы D, то S/V ~ D²/D³ ~ 1/D. У поверхностных атомов, в отличие от атомов, находящихся в объеме твердого тела, задействованы не все связи с соседями. В результате в приповерхностном слое возникают сильные искажения кристаллической решетки, и даже может происходить смена типа решетки. Кроме того, свободная поверхность является стоком бесконечной емкости для точечных и линейных кристаллических дефектов (в первую очередь вакансий и дислокаций). При малых размерах частиц это приводит к выходу большинства структурных дефектов на поверхность и очистке материала наночастицы от дефектов структуры и химических примесей. Установлено, что процессы деформации и разрушения протекают в тонком приповерхностном слое с опережением по сравнению с внутренними объемами металлического материала. В наночастицах же весь материал работает как приповерхностный слой, толщина которого оценивается величиной 0,5…20 мкм.

Из этого следует, что закономерности, характерные для микроструктурных объектов, не соблюдаются при переходе к наноразмерным частицам. Изучение и использование необычных свойств наноматериалов является важнейшей задачей современного материаловедения.