ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Характеристика волокнистых композитов из "Композиционные материалы " Компоненты волокнистых композитов. [c.10] Податливая матрица, заполняющая межволокнистое пространство, обеспечивает совместную работу отдельных волокон за счет собственной жесткости и взаимодействия, существующего на границе раздела матрица — волокно. Следовательно, механические свойства композита определяются тремя основными параметрами высокой прочностью армирующих волокон, жесткостью матрицы и прочностью связи на границе матрица — волокно. Соотношения этих параметров характеризуют весь комплекс механических свойств материала и механизм его разрушения. Работоспособность композита обеспечивается как правильным выбором исходных компонентов, так и рациональной технологией производства, обеспечивающей прочную связь между компонентами при сохранении первоначальных свойств. [c.10] Следовательно, высокопрочные твердые тела должны иметь высокие модули упругости и поверхностную энергию и возможно большее число атомов в единице объема. Этим требованиям удовлетворяют бериллий, бор, углерод, азот, кислород, алюминий и кремний. Наиболее прочные материалы всегда содержат один из этих элементов, а зачастую состоят только из элементов указанного ряда. [c.11] При создании волокнистых композитов применяются высокопрочные стеклянные, углеродные, борные и органические волокна, металлические проволоки, а также волокна и нитевидные кристаллы ряда карбидов, оксидов, нитридов и других соединений. [c.11] Армирующие компоненты в композитах применяются в виде моноволокон, нитей, проволок, жгутов, сеток, тканей, лент, холстов. [c.11] Технологичность волокон определяет возможность создания высокопроизводительного процесса изготовления изделий на их основе. Важным требованием является также совместимость волокон с материалом матрицы, т. е. возможность достижения прочной связи волокно — матрица при условиях, обеспечивающих сохранение исходных значений механических свойств компонентов. [c.11] Таким образом, требования, предъявляемые к матрицам, можно разделить на эксплуатационные и технологические. К первым относятся требования, связанные с механическими и физико-химическими свойствами материала матрицы, обеспечивающими работоспособность композиции при действии различных эксплуатационных факторов. Механические свойства матрищл должны обеспечить совместную работу армирующих волокон при различных видах нагрузок. Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композита в направлениях, отличных от ориентации волокон, а также при циклическом нагружении. Природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита, характер изменения свойств при воздействии атмосферных и других факторов. С повышением температуры прочностные и упругие характеристики матричных материалов, так же как и прочность их соединений со многими типами волокон, снижается, материал матрицы также характеризует устойчивость композита к воздействию внешней среды, химическую стойкость, частично теплофизические, электрические и другие свойства. [c.11] Рассмотрим классификацию и основные особенности композитов. Простейший случай волокнистой структуры, характеризующей особенности данного класса материалов, представляет собой набор однородных волокон, заключенных в пластичной матрице. Свойства такого композита, образованного однонаправленно ориентированными волокнами, анизотропны. [c.12] Максимальные прочность и жесткость однонаправленного композита реализуются в направлении укладки волокон и могут быть в общем случае рассчитаны по известным свойствам его компонентов и их количественному соотношению. [c.12] Важнейшее достоинство композитов — возможность создавать из них злемевты конструкций с заранее заданными свойствами, наиболее полно отвечающими характеру и условиям работы. Многообразие волокон и матричных материалов, а также схем армирования, используемых при создании композитов, позволяет направленно регулировать прочность, жесткость, уровень рабочих температур и другие свойства путем подбора состава, изменения соотношения компонентов и макроструктуры композита. [c.12] Для композиционных волокнистых материалов существует несколько классификаций, в основу которых положены различные признаки, например, материаловедческий ( о природе компонентов) конструктивный (по типу арматуры и ее ориентации в матрице). В рамках рассматриваемых классификаций можно выделить несколько больших групп композиционных материалов. К таким группам следует отнести композиты с полимерной матрицей (пластики), композиты с металлической матрицей (металло-компознты), композиты с керамической матрицей и матрицей из угле рода. [c.12] В зависимости от природы армирующих волокон различают, иапример, следующие композиты на полимерной матрице стеклопластики, углепластики, боропластики, органопластики и т. д. Существуют Аналогичные по названиям композиты и на других матрицах. [c.12] На рис. 1.1 представлена классификация композитов по конструктивному признаку. [c.12] С хаотическим и пространственным армированием. [c.13] Волокнистое армирование позволяет использовать новые принципы проектирования и изготовления изделий, основанные на том, что материал и изделие создаются одновременно в рамках одного и того же технологического процесса. [c.13] Эти механизмы связаны с наличием в композиционных волокнистых материалах большого числа поверхностей раздела, которые могут стать тормозом на пути развития трещины. Можно в первом приближении отметить два явления, способствующих интенсивной диссипации энергии движения трещины — вытягивание волокон из матрицы и разрушение границы раздела между ними. Дополнительное сопротивление распространению трещин, развившихся в матрице, оказывают силы трения между вытягиваемым волокном и матрицей. [c.14] Повышенное сопротивление развитию разрушающих трещин в волокнистых материалах обусловлено их работоспособностью при значительных накопленных повреждениях. [c.14] Современные композиты имеют не только широкий спектр фязико-меха-нических свойств, но и способны к направленному их изменению, например, повышать вязкость разрушения, регулировать жесткость, прочность и другие свойства. Эти возможности расширяются при применении в композитах волокон различной природы и геометрии, т. е. при создании гибридных композитов. Кроме того, для данных материалов характерно появление синергетического эф кта (согласованного совместного действия нескольких факторов в одном направлении). [c.14] Причины синергетического эффекта в гибридных композитах связаны со статистической природой прочности волокон, специфической концентрацией напряжений при разрушении композита положительными начальными напряжениями, которые могут возникнуть в процессе изготовления изделий. [c.14] Вернуться к основной статье