Композиционные материалы, их свойства и применение

Композиционные материалы, их свойства и применение [c.488]

В настоящей главе приведен обзор современных достижений в области создания композиционных материалов системы алюминий — борное волокно. Представлены основные сведения по разработке данной системы, обоснованию выбора материалов и наиболее важных технологических методов их изготовления, физическим и механическим свойствам материалов алюминий — бор и перспективам их применения в технике. Авторы стремились построить эту главу таким образом, чтобы она представляла интерес в первую очередь для инженеров-материаловедов и в меньшей степени освещала вопросы механики композиционных материалов, их конструирования и применения. [c.420]

Книга содержит много полезных сведений о свойствах армированных пластиков и более современных композиционных материалов и дисперсных систем, номенклатуре выпускаемых промышленностью исходных компонентов (армирующих наполнителей, связующих смол), технологическим приемам изготовления деталей и узлов конструкций, объемам их производства и применения, перспективам роста применения композиционных материалов и ожидаемой технико-экономической эффективности от их использования. Несомненный интерес представляет конструкторская и технологическая проработка ряда узлов и деталей, используемых в космических летательных аппаратах (гл. 3), авиационной технике (гл. 2, 4), транспортном машиностроении (гл. I и V), судостроении (гл. 7), промышленном строительстве (гл. 8, 9) и др. [c.6]

Повышение коэффициента полезного действия в результате использования более жаропрочных и высокопрочных материалов в деталях турбины, конечно, также стимулирует разработку усовершенствованных металлических сплавов для этих объектов. Значительные успехи, достигнутые разработчиками сплавов, позволили существенно усовершенствовать действующие газовые турбины за период их более чем 30-летней истории. Кроме того, оригинальные усовершенствования в конструкции газовых турбин, в частности применение воздушного охлаждения горячих металлических деталей, дали возможность эксплуатировать турбины при температуре газового потока даже выше точки плавления применяемых в них материалов. На протяжении последнего десятилетия усовершенствование конструкций вызывало непрерывное повышение требований к разрабатываемым материалам. В связи с этим композиционные материалы по свойствам должны достичь или превзойти обычные сплавы, чтобы быть конкурентноспособными. [c.166]

В настоящее время широкое применение в качестве основного конструкционного материала получили неметаллические материалы. Поэтому стал актуальным вопрос об изучении их прочностных свойств и надежности. Для решения этого вопроса были разработаны методики исследования и соответствующие им испытательные установки. Ниже приводится описание одной из таких установок, предназначенной для исследования механических свойств неметаллических материалов, в том числе композиционных, при растяжении, сжатии и изгибе в воздушной среде с нагревом до 600 К и охлаждением до 200 К. [c.166]

В ЭТОЙ главе рассмотрена взаимосвязь между свойствами композиционных материалов и их стоимостью — с одной стороны и требованиями, предъявляемыми потребителями к дорожно-транспортным средствам — с другой. Обсуждены различные материалы и технологические приемы производства в связи с возможностью их применения в изделиях, для которых это наиболее целесообразно. [c.12]

Совокупность свойств композиционных материалов как конструкционных материалов позволяет надеяться на их широкое применение в многочисленных деталях и узлах дорожных транспортных средств. Автомобильная промышленность представляется весьма перспективной сферой использования композиционных материалов вследствие ее масштабности, а также традиционной восприимчивости к новым материалам, конструкциям и технологическим процессам. [c.12]

Устойчивость нестационарного (зависящего от времени) поведения материала может быть рассмотрена так же, если заменить деформации и перемещения соответствующими скоростями [6, 7, 9, 10, 11]. Все практически важные материалы проявляют некоторую зависимость от времени в неупругой области. Однако для большинства композитов в типичных случаях их применения при низких и умеренных температурах удобной является гипотеза о стационарности (независимости от времени). Исключением являются композиционные материалы с металлической матрицей, предназначенные для работы при высоких температурах. В этом случае свойства ползучести принимаются во внимание в первую очередь. [c.21]

Композиционные материалы наряду с высокой удельной прочностью обладают малой плотностью, а также низкой теплопроводностью, высокой химической стойкостью и теплостойкостью, антикоррозионными, электроизоляционными и другими свойствами, которые обусловили широкое применение их в различных отраслях народного хозяйства. [c.3]

Из композиционных материалов изготавливают несущие элементы, ответственные детали и узлы в машиностроении, авиастроении, судостроении, строительстве и других отраслях техники. Применение этих материалов в различных ответственных изделиях требует обеспечения их высокого качества и надежности.. Однако в процессе производства изделий из композиционных материалов появляются различные дефекты (раковины, поры, трещины, расслоения и т. п., нарушения ориентации и количественного содержания армирующего наполнителя), что приводит к изменению физико-механических свойств, ухудшению качества и надежности изделий. [c.3]

Применение композиционных материалов на основе углеродных волокон для изготовления спортивных изделий обусловлено снижением их массы благодаря превосходным механическим свойствам углепластиков. Объем высококачественных спортивных изделий из углепластиков, выпускаемых в Японии, превышает объем производства изделий из углепластиков, применяемых в аэрокосмической технике и в других отраслях промышленности. Для производства спортивных изделий используется около 70% всех углепластиков. В табл. 6.7 сопоставляется уровень потребности в углепластиках и прогноз ее удовлетворения в Японии и США. В табл. 6.8 перечислены выпускаемые в настоящее время спортивные изделия из углепластиков. В промышленном масштабе из углепластиков изготавливаются удилища, клюшки для игры в гольф и каркасы теннисных ракеток. На рис. 6.16 показана схема процесса формования цилиндрических О заготовок для удилищ, клюшек для игры в гольф и других трубчатых изделий. [c.221]

Композиционные материалы обладают комплексом свойств, отличающихся от традиционных конструкционных материалов тем, что и предопределило их успешное применение для совершенствования современных и разработки принципиально новых конструкций. Композиционными называют материалы, состоящие из двух компонентов и более, объединенных различными способами в монолит и сохраняющими при этом индивидуальные особенности. [c.293]

Быстро расширяющееся применение деталей из композитов в автомобильной и других крупномасштабных отраслях промышленности привлекает особое внимание к непрерывным производственным технологиям, используемым для производства этих конструкционных материалов. Непрерывный процесс их получения от сырья до готового продукта обеспечивает оптимальную эффективность производства в тех случаях, когда это оправдано объемом выпуска изделий. При работе с композиционными материалами, свойства которых зависят практически только от ориентации волокон, непрерывный процесс дает дополнительное преимущество, обеспечивая надежный контроль их ориентации и натяжения. Сочетание этих методов переработки с другими приводит к такой экономии материала, которую не удается достичь при других технологиях производства. [c.239]

Волокнистые наполнители находят более широкое применение в производстве композиционных материалов вследствие их высокой прочности и жесткости и способности предотвращать прорастание треш,ин в хрупкой полимерной матрице. В зависимости от метода получения волокна обычно имеют цилиндрическую или неправильную форму. Волокна с гладкой поверхностью образуют менее прочное механическое сцепление с матрицей. Однако волокна с гладкой поверхностью легче смачиваются, чем с шероховатой, хотя полного смачивания волокон полимерами, так чтобы вообще не было пустот на поверхности, практически достигнуть не удается. Волокна могут адсорбировать различные вещества, способные влиять на их адгезионные свойства. Следует отметить, что прочное сцепление волокон с полимерной матрицей не всегда желательно, так как оно уменьшает поглощение механической энергии при разрушении композиционного материала. [c.371]

Полимерные композиционные материалы в настоящее время являются основными типами упаковочных материалов, причем в этой главе рассмотрено только небольшое число материалов и возможностей их применения. Очевидно, что их роль в будущем будет возрастать вследствие широких возможностей направленного регулирования их свойств без возрастания стоимости. Их переработка требует некоторых изменений в традиционных процессах и оборудовании по переработке полимеров, однако в случае композиционных материалов обычно можно достигать более высокой производительности. Хотя многие из этих материалов, особенно многослойные, уже достигли высокого уровня развития, однако очевидно, что разработчики материалов не остановятся на этом, особенно в направлении снижения стоимости материалов и технологии их производства и переработки. Упаковка, обработка и хранение товаров и продуктов является областью особенно широкого использования полимерных материалов как по объему, так и в стоимостном выражении, и эта область развивается быстрее других областей применения этих материалов. Поэтому важность упаковочных полимерных композиционных материалов будет неуклонно возрастать. [c.464]

В этом томе обсуждаются вопросы практического применения композиционных систем и определены области применения конкретных композиций. Анализ результатов исследования композиционных материалов проводился в двух основных направлениях разработка оптимальной технологии их изготовления и оценка физических и механических свойств новых разработанных композиций. [c.9]

Развитие полимерных композиционных материалов сопровождается появлением большого количества литературы, посвященной теории и практике их получения и применения. Советскому читателю предлагается перевод книги, написанной большим коллективом авторов, в которой рассматриваются принципы создания и использования полимерных композиционных материалов. В отличие от других переводных книг по композиционным материалам, например однотомника Современные композиционные материалы (изд-во Мир , 1970 г.) и восьмитомника Композиционные материалы под редакцией Л. Браутмана и Р. Крока (изд-во Мир , 1977—1979 гг.) в основу которых положены главным образом проблемы механики композиционных материалов, настоящая книга написана с позиций общего материаловедения. В ней анализируются важнейшие эксплуатационные свойства промышленных полимерных композиционных материалов основных типов жесткость, прочность, вязкость разрушения, усталостная выносливость, вязкоупругие и антифрикционные свойства, тепловое расширение, тепло- и электропроводность, горючесть, — а также рассматривается применение этих материалов в таких важных областях, как строительство и строительные конструкции, машиностроение, транспорт, производство бытовых товаров, тары и упаковки. [c.10]

В книге рассмотрены точение, сверление, фрезерование и алмазно-абразивная обработка изделий из высокопрочных композиционных полимерных материалов (ВКПМ) стекло-, органе- и боропластики. Даны основные их свойства, области применения и особенности обработки резанием. Приведены материалы для выбора параметров режуи1.его инстру.мента и режимов резания. [c.2]

Опыт применения пространственно-армированных материалов в целях тепловой защиты значительно расширил область их использования используются не только теплозащитные, но и прочностные свойства материалов. Появилась новая область применения материалов, образованных системой ех нитей, — в супермаховиках. Применение современных композиционных материалов в супермаховиках представляет значительный интерес, так как максимальная удельная энергия, которая может быть накоплена в маховике, пропорциональна отношению прочности материала к плотности. Маховики, изготовленные намоткой из однонаправленных материалов, наряду с высокой прочностью в направлении армирования обладают традиционными [c.9]

Большинство создающихся материалов получают широкое освещение в технической печати и на профессиональных конференциях, но, по крайней мере, лишь через десять лет после разработки они становятся общедоступными. Не удивительно, что созданные материалы находят применение в тех случаях, о которых разработчики не могли даже предположить в течение первых лет после появления таких материалов. Примером монсет служить титан, который начал применяться благодаря своим высокотемпературным свойствам, а в настоящее время находит применение в сверхзвуковых самолетах благодаря хорошей свариваемости, хорошим усталостным характеристикам и меньшим размерам деталей, изготовляемых из него, по сравнению с алюминием. Важными характеристиками некоторых композиционных материалов является возможность их свободного конструирования, их высокие усталостные характеристики, позволяющие создать более простые и прочные композиции, сния ающие затраты, идущие на сборку изделия, сокращающие энергетические затраты при механической обработке и т. д. Эти вопросы обсуждались в главах 2, 3 и 13. [c.492]

Сложность введения ориентированных нитевидных кристаллов в металлическую матрицу с целью максимально возможной реализации их высоких механических свойств не позволяет пока рассматривать композиционные материалы, упрочненные нитевидными кристаллами, как материалы, широко изученные и готовые к практическому применению. Однако работы по исследованию возможности создания материалов с алюминиевой матрицей показывают, что введение нитевидных кристаллов позволяет существенно повысить прочность, особенно при высоких температурах. Композиционный материал, содержаш ий 20 об. % нитевидных кристаллов AI2O3 (имеющих среднюю прочность 560 кгс/мм ), имеет при 500° С предел прочности 21 кгс/мм и 100-часовую длительную прочность 8,4 кгс/мм . Модуль упругости этого материала равен 12 700 кгс/мм [187]. Материал с 30 об. % нитевидных кристаллов AI2O3 имеет при 500° С предел прочности 38 кгс/мм [174]. [c.211]

Анализ свойств АПМ и областей их применения в подшипниковых узлах позволил сделать вывод, что для узлов с недостаточным смазыванием наиболее перспективны композиционные материалы на основе литьевых термопластов (группы 1—11, 13—16) и металлофторопластовая лента (группа 29). [c.69]

Обеспечивая высокую производительность при обработке различных 1и1атериалов резанием, минералокерамика в силу специфичности ее физических и механических свойств не может исключить необходимость применения традиционных твердых сплавов. Она лишь расширяет диапазон используемых порошковых режуш,их материалов в той области, где может играть роль промежуточного звена между твердыми сплавами и алмазосодержаш,ими и другими сверхтвердыми композиционными материалами. Режуш,ая керамика - ценное дополнение к твердым сплавам с хорошими перспективами дальнейшего увеличения ее потребления. [c.127]

Углеродные волокна обладают высокой электропроводностью. Поэтому применение композиционных материалов на их основе в электронике и электротехнике имеет свои особенности по сравнению со стеклопластиками. Стеклопластики, обладающие электронэолящонными свойствами и пропускающие электромагнитные волны, в основном применяются для изготовления печатных плат, элементов индукционных ка- [c.234]

В то время как возрастало использование стеклопластиковых композитов при создании морских судов за последние годы, расширение областей применения СП проходило относительно медленно. Это происходило частично из-за недостатка знаний или недостаточно хорошей осведомленности конструкторов морских судов о свойствах и критериях использования композиционных материалов. Кроме того, суш,ествует понятное сопротивление части конструкторов и судостроителей этим новшествам из-за существенных различий переработочных характеристик этих материалов по сравнению с традиционным металлом, а именно они непластичные (нековкие), не могут быть сварены и конструирование на их основе требует рассмотрения как основного материала, так и процессов его переработки, долговременной эксплуатации в условиях определенной окружающей среды и т. д. Однако приобретенный опыт показал, что при правильном использовании композиционных материалов возникают новые существенные возможности по уменьшению стоимости и массы, улучшению внеш- него вида, увеличению долговечности, снижению эксплуатационных затрат и увеличению срока службы судов. Все это сегодня должно стать значительной частью той информации и практического опыта, которую мог бы получить конструктор морских судов. Тем более, что с развитием КМ появляюгся новые материалы, которые при сопоставлении по прочности и жесткости приближаются к любым металлам, существующим сейчас или могущим появиться в ближайшем будущем. Ближайшие 20— 30 лет могут привести человечество в эру композиционных материалов. [c.535]

Термопласты, наполненные углеродными волокнами. В последнее время широкое распространение получили композиционные материалы на основе углеродных волокон, обладающих очень высокой жесткостью. Изучение их фрикционных свойств и возможности применения в качестве антифрикционных материалов находится сейчас в центре внимания. Промышленностью освоен выпуск ряда таких материалов на основе полиамидов и относительно недавно разработанных термостойких термопластов конструкционного назначения, таких как полисульфон и полипропиленсульфид [9]. При этом использованы неграфитированные волокна с хаотическим распределением. Антифрикционные свойства таких композиций находятся на уровне наполненных ПТФЭ полиамидов и [c.228]

Это привело к разработке антифрикционных полимерных композиционных материалов для получения подшипников, которые смазываются только 1 раз при сборке и не требуют дальнейшей смазки. Использование полимерных композиционных ]материалов вместо ненаполыенных полимеров обусловлено низким сопротивлением их ползучести. Применением смазок можно повысить ресурс работы подшипников на основе наполненных полимеров даже при жестких условиях эксплуатации, тогда как низкая несущая способность ненаполненных полимеров ограничивает их применение даже при хороших антифрикционных свойствах. Так, подшипники, изготовленные из полиамидов и сополимеров формальдегида и работающие со смазкой, обладают хорошими эксплуатационными свойствами, но вследствие низкого сопротивления ползучести предельно допустимая нагрузка не превышает 2—5 Ш/м . Поэтому при эксплуатации подшипников из ненаполненных полимеров велика опасность аварийной ситуации вследствие их разрушения при ползучести. Высокие коэффициенты термического расширения ограничивают возможности применения подшипников из ненаполненных полимеров при жестких режимах работы. [c.236]

Имеется довольно обширная литература, посвященная теплопроводности в гетерогенных средах, появление которой объясняется главным образом технологической важностью применения таких материалов в качестве теплоизоляции. Изоляционные материалы на основе минеральных волокон можно рассматривать как одну из разновидностей композиционных материалов, в которых окружающий воздух играет роль непрерывной матрицы. Вследствие наличия в таких материалах двух фаз — газообразной и твердой— их называют двухфазными материалами. Однако использо-Bainie такого термина для композиционных материалов, в которых оба компонента находятся в твердом состоянии, оказалось ие вполне точным. Само понятие композиционный уже указывает на присутствие в таком материале более одного компонента и оказывается вполне достаточным для его характеристики. Несмотря на несомненное принципиальное сходство между волокнистыми теплоизоляциоными и композиционными материалами, имеется и существенное различие, оказывающее заметное влияние на свойства, связанные с явлениями переноса в композиционных материалах. В изоляционных материалах непрерывная фаза (воздух или какой-либо другой газ) находится в непосредственном контакте с волокнистым твердым телом. В композиционных материалах конструкционного назначения матрица и армирующий наполнитель приводятся в контакт в процессе формования под действием заданного давления и температуры. Любой дефект, образующийся в процессе формования, например иесмачивание части армирующего наполнителя полимерным связующим, присутствие воздушных включений на поверхностях уплотненного волокнистого мата, препятствует равномерному распределению компонентов и в дальнейшем приведет к возникновению сопротивления на границе раздела фаз. Кроме того, очевидно, что в течение определенного периода времени под действием, например, влаги, влияние этих неблагоприятных условий будет увеличиваться. Хотя этот эффект может быть легко обнаружен, поскольку он приводит к ухудшению механических свойств композиционных материалов, оказывается, что в литературе отсутствуют какие-либо сведения о его влиянии на тепло- и электропроводность. [c.287]

Как нн удивительно, в литературе отсутствуют какие-либо сообщения о систематических исследованиях явлений переноса в асбопластиках, несмотря на их широкое применение. Изучение коэффициентов теплопроводности однонаправленных композиционных материалов на основе антофиллита и эпоксидного связующего было предпринято НИИ взрывчатых веществ [24] в связи с их применением в качестве материалов конструкционного назначения в химическом машиностроении и в качестве высокотемпературных теплоизоляционных материалов. Результаты этого исследования, приведенные на рис. 7.15, являются первым шагом в заполнении пробела в наших знаниях в этой области. Было исследовано влияние объемной доли волокна и температуры на k r-Для установления корреляции между экспериментальными и расчетными данными были использованы уравнения (7.24) и (7.25), которые, как отмечалось выше, оказались вполне приемлемыми для установления такой корреляции для коэффициентов теплопроводности в поперечном направлении композиционных материалов на основе углеродных волокон. Кроме того, на рис. 7.15 приведены некоторые дополнительные данные, относящиеся к композиционным материалам на основе тканых матов и матов с хаотически расположенными в плоскости хризотиловыми волокнами, и некоторые показатели свойств композиционных материалов на основе эпоксидной смолы. Имеется некоторое различие в свойствах материалов на основе хризотила и антофиллита. Для облегчения сравнения свойств композиционных материалов данные на рис. 7.15 отнесены к общепринятой стандартной температуре 35 °С. Экспериментально установлено [24], что для композиционных материалов на основе антофиллита и эпоксидной смолы характерны низкие значения температурного коэффициента теплопроводности. Его значение аналогично значению температурного коэффициента эпоксидной матрицы при всех исследованных объемных долях волокна и приблизительно равно 0,4-10 Вт/(м-К ). [c.314]

Полимерные композиционные материалы широко применяются в транспорте. Наибольшее распространение получили полиэфирные стеклопластики, хотя в настоящее время начинают широко применяться и другие материалы. Так, для замены деталей радиаторов автомобилей, где они подвергаются действию повышенных температур и давлений, находят применение наполненные стеклянным волокном полиамиды и полифениленокснд. Полиэтилен и по-либутилентерефталат, наполненные стеклянным волокном, обладают высокой ударной прочностью и отличными электроизоляционными свойствами и используются в системе зажигания автомобилей. Пенопласты и их комбинации с другими материалами широко используются в производстве сидений, для теплоизоляции и амортизации ударных нагрузок. При этом конструкторы научились использовать наилучшим образом специфические свойства полимерных композиционных материалов. [c.411]

Интенсивно развивающейся областью, в которой применение полиэфирных композиционных материалов находит широкое применение, является производство передвижных домов. Перспективность этих материалов обусловлена широкими возможностями варьирования их свойств. В Великобритании передвижные дома строятся в соответствии с государственным стандартом, в котором особые требования предъявляются к негорючести материалов, особенно полимерных. Наряду с листовыми материалами в них широко используются негорючие конструкционные пенопласты, часто в сочетании с фанерой, обеспечивая хорошую стойкость к действию окружающей среды, а также хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства. Из полимерных композиционных материалов, в частности из многослойных материалов на основе полиэфирных стеклопластиков, покрытых методом соэкструзии акрилатными и АБС-пластикамн, и заполнителей из бумажных сот, пропитанных [c.414]

Требуется еш е значительная работа, чтобы достигнуть максимальных свойств. Следует отметить, что процесс изготовления проволоки можно оптимизировать для данной служебной температуры и продоляштельности работы. Как указывалось ранее, сплавы, которые могут быть использованы для изготовления проволоки, уже применялись для других целей, обычно при повышенных температурах. Составы тугоплавких сплавов и режимы их изготовления должны быть специально разработаны для использования в 1<омпозициях, упрочненных волокнами. Применение композиционных материалов с использованием проволоки, обладающей оптимальными свойствами, будет способствовать дальнейшему улучшению свойств композиционного материала. Аналогично, сохранение свойств проволоки с помощью диффузионных барьеров должно стимулировать работы, направленные на достижение ее максимальных свойств. [c.258]

Причиной их широкого распространения в современной технике служит своеобразный комплекс физико-механических характеристик чрезвычайно высокая стойкость в различных агрессивных средах, хорошее демпфирование звуковых колебаний, вибропоглощение и отличные антифрикционные свойства. Основной недостаток свинца и сплавов на его основе — низкая прочность, серьезно ограничивающая область их применения. Одним из решений проблемы повышения прочности свинцовых сплавов является создание композиционных материалов на их основе, армированных, например, углеродными волокнами. Потенциальными областями применения такого материала могут быть нагруженные детали химического оборудования, свинцовые пластины в аккумуляторах, элементы звукопоглощающих нанелей и высоко-нагруженные самосмааывающиеся детали, работающие в условиях трения. [c.406]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...