Свойства основных компонентов композиционных материалов

СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ композиционных МАТЕРИАЛОВ [c.18]

Методы переработки композиционных материалов в изделия имеют много общего с методами переработки полимеров и отличаются от них в ряде случаев только из-за специфики свойств некоторых компонентов композиционных материалов. Конструкционные полимерные материалы, используемые для изготовления изделий химического машиностроения, применяемых в различных отраслях промышленности (трубопроводы, емкостная, колонная и реакционная аппаратура, газоходы, вентиляционные системы и др.), — это в основном различные стеклопластики, волокниты типа фаолита, углепластики и их комбинации. Методы изготовления изделий из этих материалов практически одинаковы. [c.233]

Ошибочно причислять к КМ гомогенные сплавы со взаимной растворимостью металлов (например, N1—Си) и плакированные металлы [19] или любые слоистые (сэндвич) и сотовые структуры, как и многослойные покрытия или изделия с покрытием, поскольку отдельные компоненты таких систем во многих случаях проявляют только свои индивидуальные свойства, несмотря на то что между ними существует межфазная граница. Сотовые и слоистые системы [24] следует рассматривать скорее как композиционные конструкции, а не материалы. Слоистые системы можно условно причислить к композиционным материалам в тех случаях, когда при эксплуатации и наличии диффузии или при малых толщинах пластин одна из них может образовать непрерывную фазу во всем объеме материала. Наличие границы между непрерывной I фазой (матрицей) и дисперсной фазой (включениями), по нашему мнению — основная характеристика композиционных материалов. [c.9]

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы содержат матрицу, в которой равномерно распределены дисперсные частицы, не взаимодействующие активно с матрицей. Так как в таких материалах основную силовую нагрузку несет матрица, то тонкодисперсные частицы, равномерно распределенные в ней, препятствуют движению дислокаций до температуры начала плавления и тем самым способствуют повышению всех прочностных и деформационных свойств. При нормальных и высоких температурах прочностные характеристики дисперсно-упрочненных материалов линейно зависят от формы и размеров зерен и могут быть с известным приближением рассчитаны по эмпирическим формулам. Они также зависят от температуры и скорости деформации. В дисперсно-упрочненных композиционных материалах взаимодействие компонентов должно быть минимальным. К этому классу композиционных материалов можно также отнести материалы, в которых матричная и упрочняющая фаза состоят из более крупных частиц. [c.239]

Практически все композиционные материалы являются орто-тропными, имеющими три взаимно перпендикулярные оси упругой симметрии, которые соответствуют двум направлениям в плоскости слоя и направлению, перпендикулярному слоям. В стекло-текстолитах, где в каждом слое существует два взаимно перпендикулярных направления максимальных прочностных свойств, прочность материала не зависит от ориентации волокон. В основном же имеется существенная зависимость прочностных свойств материалов от ориентации армирующей компоненты. [c.381]

Взятая в целом эта книга представляет собой введение в материаловедение многокомпонентных полимерных систем как технически важных материалов с анализом основных принципов их создания и использования. Первая глава посвящена общим проблемам определения и классификации полимерных композиционных материалов на основе важнейших компонентов в их типичных сочетаниях с учетом таких факторов как взаимное распределение компонентов, их ориентация, взаимодействие между ними и др. За этой главой следуют более конкретные главы. Семь из них посвящены анализу важнейших физико-механических свойств полимерных композиционных материалов, таких как вязкость разрушения (устойчивость к росту трещин), жесткость, механическая прочность и другие с обобщением теоретических основ и принципов их регулирования. В последних пяти главах обсуждаются проблемы использования промышленных полимерных композиционных материалов на транспорте, в строительстве, для тары и упаковки и в других областях с анализом перспектив и направлений их дальнейшего развития. [c.12]

Свойства композиционных материалов прежде всего определяются свойствами и соотношением исходных компонентов, а также взаимодействием их на границе раздела и свойствами межфазных слоев. Свойства основных классов наполнителей, в том числе волокнистых, описаны в [10—12] дополнительного списка литературы. Хотя выбор наполнителей, используемых в качестве дисперсной фазы для заданной непрерывной полимерной фазы, ничем не ограничивается, на практике для достижения требуемых эффектов определенные наполнители используют в сочетании с одними полимерами чаще, чем с другими. Так, стекло- или асботкани используют в сочетании с полиэфирными смолами чаще, чем силикатные наполнители, которые в свою очередь чаще используют в сочетании с силоксановыми полимерами (табл. 1.5). Оптимальное количество наполнителя может сильно колебаться для различных композиций — от О до 30 масс. ч. стекловолокон на 100 масс. ч. полистирола и от О до 600 масс. ч. некоторых наполнителей на 100 масс. ч. эпоксидных смол. [c.35]

В аннотации к обзору Дуга [1] подчеркивается, что многочисленные модификации уравнения Рэлея — Максвелла и попытки распространить его действие на системы, не соответствующие тем основным положениям, на которые опирается вывод этого уравнения (разбавленные дисперсии, в которых свойства обоих компонентов мало отличаются друг от друга, а дисперсные частицы не взаимодействуют друг с другом), делают получаемые выражения полуэмпирическими корреляционными уравнениями, для которых необходимо экспериментально определять примерные значения функции распределения. При теоретическом анализе явлений проводимости в композиционных твердых средах общим и неизбежным является допущение полного геометрического порядка в распределении фаз. Предполагается, что волокна распределены в матрице равномерно, на одинаковом расстоянии и параллельно друг другу. Одиако реальные композиционные материалы, получаемые в результате выполнения целого комплекса технологических операций, имеют структуру, значительно отличающуюся от наших представлений об идеальной модели. Микроскопические исследования реальных композиционных материалов достаточно убедительно показывают неравномерное распределение волокон, отклонение от взаимной параллельности волокон и наличие пористости. Кроме того, недостаточные знания свойств самих волокнистых наполнителей и матриц в свою очередь накладывают дополнительные ограничения на возможности применения теоретических уравнений для прогнозирования теплофизических свойств композиционных материалов. [c.294]

Особенностью длительной прочности композиционных материалов, в частности армированных пластиков, является не только ее зависимость от времени пребывания тела под нагрузкой и температуры тела, но и от направления действующей силы по отношению к направлениям армирования, а также от содержания и свойств исходных компонентов материала. При простых напряженных состояниях за основной критерий длительной прочности принимается, как ранее отмечалось, соответствующее нормальное или касательное напряжение, вызывающее разрушение за определенный срок работы материала. [c.137]

Композиционные материалы на основе полимерных пленок в настоящее время широко используют для изоляции обмоток низковольтных электрических машин. Высокая механическая прочность этих материалов при относительно малых толщинах и наличие композиций классов нагревостойкости от Е до Н обеспечивают возможность существенного улучшения конструктивных параметров и повышения надежности электрических машин, а также внедрения механизированной технологии обмоточно-изолировочных работ. К материалам этого типа обычно относят композиции, выполненные с применением клеящих составов, сочетания различных пленок с бумагами или неткаными материалами на основе целлюлозных, синтетических или неорганических волокон, стеклянной тканью, а также пленками иного вида. В композиционных материалах пленки принимают на себя основную электрическую и в большинстве случаев механическую нагрузку, в то время как другие компоненты обеспечивают необходимые технологические свойства композиции, а также, в ряде случаев, повышают ее нагревостойкость. Наряду с этим пленки находят применение в качестве подложек, улучшающих механические и технологические свойства композиционного материала, как это имеет место в композициях со слюдяной бумагой. [c.175]

Композиционные материалы (КМ) обладают комплексом свойств и особенностей, отличающихся от традиционных конструкционных материалов (металлических сплавов) и в совокупности открывающих широкие возможности, как для совершенствования существующих конструкций самого разнообразного назначения, так и для разработки новых конструкций и технологических процессов. Успешная реализация больших потенциальных возможностей, заложенных в идее композиционного материала и в свойствах его компонентов, в значительной степени зависит от уровня информированности конструктора об этих возможностях, принципах конструирования и методах расчета. К сожалению, этот уровень не вполне соответствует достижениям науки. Ситуация усугубляется и тем, что имеющаяся (и достаточно обширная) литература по композитам ориентирована в основном на научных работников, а не на инженеров, занятых расчетом, проектированием и изготовлением конструкций из композитов. [c.6]

Исходя из определяющей роли, а также протяженности меж-фазных границ в КМ и многочисленного разнообразия путей их образования и положения о том, что свойства материала определяются не только составом, но и структурой и дисперсностью входящих в его состав компонентов [44], была разработана структурно-размерная классификация композиционных материалов [10—12]. По этой классификации (рис. 1.2) допускается возможность существования КМ в широком диапазоне по размерам частиц II фазы, размерам зерен кристаллитов матрицы и их взаимного расположения в материале. Все КМ делятся на 19 основных классов. [c.15]

Механические свойства волокнистых композиционных материалов определяются тремя основными параметрами высокой прочностью армирующих волокон, жесткостью матрицы и прочностью связи на границе матрица—волокно. Именно соотношение этих параметров определяет весь комплекс механических свойств и механизм разрушения композита. Его работоспособность, надежность и долговечность зависят от правильности выбора исходных компонентов и технологии формирования изделия. Здесь уместно заметить, что не всегда достижение высоких механических показателей композита может так же благотворно влиять и на другие эксплуатационные свойства. В частности, для изделий, эксплуатируемых в контакте с агрессивными средами, когда требуются помимо высокой прочности и жесткости конструкции химическая стойкость и непроницаемость, приходится [c.114]

В табл. 10 представлены основные свойства композиционных материалов и их компонентов. [c.23]

Рассматриваются три основные группы материалов смолы, упрочнители и заполнители (сердцевина) слоистых конструкций. Сочетание этих компонентов с помощью процессов, описанных ниже, позволяет получать композиционный материал с нужными свойствами. [c.234]

Эта сложность требований, предъявляемых к современным материалам, вообще делает невозможной использование традиционных металлических сплавов, совершенствование которых неспособно обеспечить принципиальное и резкое повышение эксплуатационных характеристик при высоких и низких температурах, в условиях сильных ударных, знакопеременных нагрузок, тепловых ударов, действия облучения, высоких скоростей. Отсюда основным направлением современного материаловедения является создание композиционных, сложных материалов, компоненты которых вносят в них те или иные требуемые свойства. Типичным примером являются композиционные жаропрочные сплавы, состоящие из достаточно пластичной основы (матрицы), упрочненной непластичными тугоплавкими составляющими в форме волокон, нитевидных кристаллов, тонких включений либо поверхностно упрочненной покрытиями. Практическое создание таких сложных материалов обычно невозможно традиционными методами сплавления с последую-, щим литьем и механической обработкой, так как входящие в их состав компоненты плохо совместимы, имеют не только разные температуры плавления, но и вообще различную природу. Это вызывает необходимость использования методов порошковой металлургии, заключающейся в смешении разнородных и разнотипных материалов в форме порошков, прессовании из смесей заготовок нужных форм и спекания этих заготовок для их упрочнения и формирования требуемой структуры. [c.77]

На современном этапе понятие композиционного материала должно удовлетворять следующим критериям композиция должна представлять собой объемное сочетание хотя бы двух химически разнородных материалов с четкой границей раздела между этими компонентами (фазами) и характеризоваться свойствами, которых не имеет никакой из ее компонентов в отдельности. Композицию получают путем введения в основной материал (матрицу) определенного количества другого материала, который добавляется в [c.456]

Композиционные материалы на основе волокон из карбида кремния и металлической матрицы. Исследования в этой области в основном посвящены композиционным материалам с алюминиевой матрицей. Это связано с тем, что волокна из карбида кремния имеют близкую к алюминию плотность (2,55 г/см ), а также с тем, что температура плавления алюминия сравнительно низка. Сочетание этих компонентов позволяет пол) ать композиционные материалы с весьма стабильными в широком температурном интервале свойствами. На рис. 8.9 показана зависимость от температуры прочности при растяжении однонаправленного материала на основе алюминия и волокон из карбида кремния, пол) енного методом пропитки волокон в расплаве. Из рисунка видно, что [c.277]

Комплекс физико-механических свойств композиционных материалов определяется составом и свойствами его компонентов. Наличие в составе фрикционного материала полимера, характерной особенностью которого являются гибкость и относительная громоздкость микромолекул, обуславливает значительное изменение свойств во времени под действием повышенных температур, ползучесть и др. Присутствие волокнистого и порошкового минеральных наполнителей увеличивает прочность и жесткость материала, его термостойкость, стойкость к воздействию жидких сред, придает материалу ряд специфических свойств. Рассмотрим основные, существенные для оценки ФПМ физико-механические свойства. [c.253]

Волокнистые композиционные материалы имеют три основных термических коэффициента расширения, зависящих от свойств компонентов и ориентации волокон. Это — продольный, трансвер-сальный и касательный коэффициенты. Для анализа теплового расширения волокнистых композиционных материалов необходимо знание только двух из них — продольного Ua и трансверсального Oi . Кроме того, если волокна ориентированы под углом к основному направлению, как, например, в сбалансированных или двухосноориентированных композиционных материалах, то вводится [c.278]

Этот перечень материалов еще раз показывает, как трудио дать общее определение, которое охватывало бы все приведенные группы полимерных материалов, резко различающиеся между собой, особенно если учесть, что полимерная фаза в свою очередь может быть композиционной. Фактически ни один полимерный материал не является однофазным или однокомпонентным, хотя некоторые компоненты могут присутствовать в очень небольших количествах, резко изменяя физические свойства основного полимера. С позиций применения полимерных материалов для упаковки модифицирование их различными добавками является наиболее важным технологическим приемом расширения ассортимента материалов, поскольку это значительно легче и экономичнее, чем создание новых полимеров. [c.454]

Удельная длительная прочность ниобиевой проволоки В88 при 1100° С за 100 ч в 1,5 раза выше, чем у вольфрамовых нитей для ламп накаливания. Наличие таких высокопрочных волокон позволяет создавать композиционные материалы с улучшенной прочностью. Ожидается дальнейшее повышение прочности проволоки. Размер волокна является другим переменным фактором, с помощью которого можно увеличить длительную прочность композиционного материала. Поскольку взаимодействие матрицы с волокном служит основной причиной снижения свойств и так как степень потери свойств для композиций, упрочненных тугоплавкой проволокой, связана с глубиной зоны взаимодействия в волокне, прочность композиции может быть повышена путем увеличения площади сердцевины волокна, где отсутствует взаимодействие. Как показано на рис. 11, глубина зоны взаимодействия по существу одинакова как для волокон меньшего диаметра, так и волокон большего диаметра. Однако процент площади, где отсутствует взаимодействие компонентов, значительно больше для волокна с большим диаметром. В то же время волокно с меньшим диаметром имеет более высокую длительную прочность по сравнению с волокном большего диаметра. Таким образом, оба эффекта должны уравновесить друг друга. Для кратковременной службы, при которой глубина зоны взаимодействия очень мала, использование волокон малого диаметра обусловливает повышенную прочность композиций для более продолжительного времени, предпочтительнее использовать волокна большего диаметра. Специфические условия протекания процессов взаимодействия нитей — из вольфрама 218 указывают на то, что лучшие свойства для работы при 1090° С и выдеряшах 100 и 1000 ч обеспечиваются использованием волокон с диаметром 0,38 мм. При выборе волокон необходимо учитывать, что прочность зависит от их размера и толщины реакционной зоны. [c.257]

Поскольку свойства композитов изучены недостаточно, трудно говорить об обоснованных методиках ускоренных ресурсных испытаний. Образцы из композитов обычно очень дороги, так что разработчики предоставляют их в количестве, совершенно недостаточном для обоснованных статистических выводов. Таким образом, для современных композиционных материалов развитие структурных подходов более актуально, чем для традиционных материалов. К тому же, элементами структуры композиционных материалов служат волокна, прослойки матрицы, границы раздела матрица—волокно, механические свойства которых могут быть исследованы относительно легко. Предсказание свойств будуш,его композита по свойствам компонентов и границ их раздела — основная задача механики композитов. [c.121]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...