Классификация композитов
1.2. Классификация композитов
Классификация композитов может быть проведена на основе различных принципов.
По типу армирования
Различаю две группы наполнителей.
1. Частицы ограниченных размеров, введение которых меняет общий комплекс свойств или некоторые из них – фрикционные, электрические, магнитные и т.п. Как правило, такие наполнителя снижают усадку, остаточные напряжения, склонность к растрескиванию.
2. Армирующие включения, меняющие в основном деформационно-прочностные свойства; как правило, это волокнистые материалы.
Таким образом, материалы могут быть разделены на дисперсно армированные композиты (с так называемыми нульмерными включениями), армированные волокнами (одномерные включения) и армированные пластинами (двумерные включения). Волокнистые композиты, в свою очередь, могут быть армированы длинными регулярно уложенными нитями или короткими, уложенными хаотично. В волокнистых композитах волокна несут основную часть нагрузки, а матрица играет роль опоры и защитной среды для волокна, а также для передачи усилий на волокна и их более равномерного распределения. Основная структурная единица таких композитов – один ряд волокон в матрице, называемый слоем. Обычно композит состоит из некоторого количества таких слоев, уложенных, как правило, с различной ориентацией волокон.
Кроме того, тип армирования еще определяется и способом укладки армирующих включений. В зависимости от этого различают
1) КМ с одноосным (линейным) расположением армирующих элементов (дисперсных или волокнистых);
Рекомендуемые материалы
2) КМ с двухосным (плоскостным) расположением армирующих компонентов в виде волокон, фольг, матов из нитевидных элементов;
3) КМ с трехосным (объемным) расположением армирующих включений, обычно нульмерных или одномерных.
По типу дисперсных включений
Мел (карбонат кальция) – влияет на цвет (белый), твердость, стабильность свойств в широком диапазоне температур.
Каолин – обычно имеет форму чешуек, и за счет большой удельной поверхности повышает вязкость композиции. Повышает объемное электрическое сопротивление и водостойкость.
Тальк – частицы в виде пластин с размерами в плане 10…70 мкм. Втрое повышает жесткость полипропилена при 40-% содержании (мел при таком содержании дает повышение жесткости вдвое). За счет низкой твердости уменьшает абразивный износ оборудования при переработке.
Диоксид кремния SiO2 – кварц. Обычно используется в виде кварцевой муки 5…15 мкм. Повышает жесткость композиции, но резко увеличивает износ оборудования, придает хрупкость материалу.
Древесная мука, 40…300 мкм. Повышает твердость, влагостойкость, электроизоляционные свойства.
Сажа. Меняет цвет, служит светостабилизатором. При измельчении повышает вязкость. Улучшает электропроводимость и стекание статического электричества.
По типу волокон
волокнистые композиты, в свою очередь, делятся на группы. Так, различаются стекло-, органо-, углепластики – названия говорят о типе волокна, служащего арматурой. Материалы, армированные волокнами, известны очень давно – например, глиняные кирпичи, армированные соломой, железобетонные конструкции и т.д. В настоящее время армированные материалы используются для изготовления конструкций самого различного размера, формы и назначения. Так, армированные пластмассы и металлы применяются для изготовления трубопроводов, деталей автомобилей, самолетов и космических аппаратов, спортивного инвентаря и т.д. Следует заметить, что перспективы развития композитов можно оценить очень оптимистично, так как постоянно снижается стоимость производства их основных компонентов и появляются новые сферы применения.
По типу используемой матрицы
композиты могут быть разделены на полимерные, эпоксидные, металлические и т.д. В известной мере композитным материалом можно считать бетон – в его структуре на определенном уровне можно отличить более или менее однородную матрицу (раствор) и дисперсные включения – гальку. Если рассматривается железобетон, то на этом уровне уже бетон можно трактовать как однородную матрицу, армированную волокнами, роль который играет металлическая арматура.
Лекция "ТЕМА 16. Оказание первой помощи пострадавшим на производстве" также может быть Вам полезна.
Как видно из этого примера, на разных масштабных уровнях можно учитывать или не учитывать различные элементы структуры. В связи с этим можно утверждать, что представление об однородном материале, в том числе о металлах и их сплавах, справедливо лишь в той мере, в какой можно считать возможным осреднение свойств отдельных фаз по рассматриваемому объему. Если практически любой материал рассмотреть под микроскопом, всегда можно увидеть те или иные неоднородности в его структуре. Таким образом, к композитным материалам можно отнести все известные материалы. Далее мы будем под композитными материалами понимать такие, структура которых создается искусственно.
Классификация по типу используемой матрицы настолько важна, что лежит в основе названия большинства композитов – полимерные, металлические, неорганические и т.д. КМ.
По методам получения
КМ делятся на материалы, полученные жидкофазными, твердофазными методами, а также методами осаждения (напыления) и т.д. Жидкофазные методы – это пропитка арматуры полимерами в расплаве или металлами. Твердофазные методы получения КМ – прокатка, экструзия (выдавливание), ковка, штамповка, прессование, волочение. Методы осаждения – это когда на армирующие элементы наносится матрица из растворов, парогазовой фазы или из плазмы.
По назначению
КМ делятся по так называемому эксплуатационному принципу. Обычно такое деление является условным, так как большинство КМ применяется во многих изделиях. Тем не менее, выделяются материалы общеконструкционного назначения (несущие элементы конструкций), жаропрочные материалы, термостойкие (выдерживающие много циклов смены температуры), фрикционные, антифрикционные, ударопрочные, теплозащитные, шумоизоляционные и т.д.
