Композиционные материалы

• Композиционные

• материалы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

• Композиционные материалы – искусственно созданные материалы, которые состоят из двух или более компонентов, различающихся по составу и разделенных выраженной границей, и которые имеют новые свойства, запроектированные заранее.

Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку. Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей. Компонент прерывистый, разделенный в объеме композиционного материала, называется арматурой.

Обычная клееная фанера является широко распространённым композиционным материалом

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПОЗИТОВ

• По геометрии наполнителя композиционные материалы подразделяются на три группы:
• - с нуль-мерными наполнителями, размеры которых трех измерениях имеют один и тот же порядок;
• - с одномерными наполнителями, один из размеров которых значительно превышает два других;
• -с двухмерными наполнителями, два размера которых значительно превышают третий.

По схеме расположения наполнителей выделяют три группы композиционных материалов: - с одноосным (линейным) расположением наполнителя в виде волокон, нитей, нитевидных кристаллов в матрице параллельно друг другу; - с двухосным (плоскостным) расположением армирующего наполнителя, матов из нитевидных кристаллов, фольги в матрице в параллельных плоскостях; - с трехосным (объемным) расположением армирующего наполнителя и отсутствием преимущественного направления в его расположении.

Схемы армирования композиционных материалов: I - однонаправленная; II - двухнаправленная; III - трехнаправленная; IV - четырехнаправленная. Укладка волокон: 1 - прямоугольная, 2 - гексагональная, 3 - косоугольная, 4 - с искривленными волокнами, 5 - система из n нитей 

По природе компонентов композиционные материалы разделяются на четыре группы: - композиты с полимерной матрицей; - композиты с керамической матрицей; - композиты с металлической матрицей; - композиты оксид-оксид.

ПРЕИМУЩЕСТВА КМ

• Главное преимущество КМ в том, что материал и конструкция создается одновременно.
• Исключением являются препреги, которые являются полуфабрикатом для изготовления конструкций.

Разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами. Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно. - высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа) - высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 — 240 ГПа) - высокая износостойкость - высокая усталостная прочность - из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции - легкость

НЕДОСТАТКИ КМ

• Высокая стоимость
• Анизотропия свойств
• Низкая ударная вязкость
• Высокий удельный объём
• Гигроскопичность
• Токсичность
• Низкая эксплуатационная технологичность

• Области

• применения

ТОВАРЫ ШИРОКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ

• Железобетон — один из старейших и простейших композиционных материалов
• Удилища для рыбной ловли из стеклопластика и углепластика
• Лодки из стеклопластика
• Автомобильные покрышки
• Металлокомпозиты

СПОРТИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

• Велосипеды
• Оборудование для горнолыжного спорта — палки и лыжи

Хоккейные клюшки и коньки

• Хоккейные клюшки и коньки
• Байдарки, каноэ и вёсла к ним

Детали кузовов гоночных автомобилей и мотоциклов

• Детали кузовов гоночных автомобилей и мотоциклов
• Шлемы

• В машиностроении композиционные материалы широко применяются для создания защитных покрытий на поверхностях трения, а также для изготовления различных деталей двигателей внутреннего сгорания (поршни, шатуны).

• МАШИНОСТРОЕНИЕ

АВИАЦИЯ И КОСМОНАВТИКА

• Композиционные материалы применяются для изготовления силовых конструкций летательных аппаратов, искусственных спутников, теплоизолирующих покрытий шаттлов, космических зондов. Всё чаще композиты применяются для изготовления обшивок воздушных и космических аппаратов, и наиболее нагруженных силовых элементов.

ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА

• бронежилеты 
• броня для военной техники

ЛИТЕРАТУРА

• Кербер М. Л., Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии.
• Васильев В. В., Механика конструкций из композиционных материалов. 
• Карпинос Д. М., Композиционные материалы. Справочник.