Характеристика ПМ общетехнического, инженерного и констркуционного назначения

100°С
при внешней нагрузки Р до 10-12 МПа

ненаполненные ТП
(ПЭ,ПП, ПС, ПВХ );
наполненные аминопласты на основе аминоальдегидных матриц, эфиропласты, наполненный полипропилен

Материалы инженерно-технического назначения

σр до 130 МПа
Траб до 160°С
при Р до 20 МПа

ненаполненные ТП
(алиф.ПА, ПК, ПФО, ПЭТ,
ПСу, фторопласт);
наполненные алиф.ПА, ПК, эпокси и фенолопласты, наполненные порошкообразным наполнителем

σр до 150 МПа
Траб до 220°С
при Р до 40 МПа

ненаполненные ПИ, ПЭИ,ПАИ, ПФС, ПЭК;
наполненные имидопласты (на основе матриц БМИ – бисмалеинимидных)

Материалы конструкционного назначения

σр выше 200 МПа (200-1500 МПа)
Траб от 200 °С до 300°С, любые нагрузки

армированные пластики на основе волокнистых наполнителей и сетчатых, и некоторых линейных матриц

пространстве частички наполнителя;
удерживать форму изделия;
передавать и перераспределять внешнюю нагрузку на частицы наполнителя;
обеспечивать технологические свойства;
защищать частицы наполнителя от воздействия внешней среды

Функции наполнителя:
обеспечивать заданные эксплуатационные свойства;
определяет технологические приёмы изготовления изделия.

Граница раздела фаз (межфазный слой) – определяет совместную работу матрицы и наполнителя

заданных эксплуатационных и технологических свойств эти материалы, как правило содержат другие компоненты в небольшом количестве.

Технологические добавки

пластификаторы

смазки

улучшают перерабатываемость материала за счёт снижения вязкости и температуры текучести

снижают коэффициент внутреннего трения – улучшение текучести

Эксплуатационные добавки

Стабилизаторы
(антиоксиданты)

антистатики

антипирены

красители

антирады

др. модификаторы

защита от старения. Повышают устойчивость к окислению

предотвращают накопление статического электричества

повышают устойчивость к горению

повышают устойчивость к радиационному воздействию

улучшают эластичность матриц

эластификаторы

напряжение волокнистого наполнителя и матрицы и их относительное объемное содержание в изделии соответственно

Свойства ПКМ (армированного пластика (АП)) ориентировочно можно оценить по правилу аддитивности (правилу смеси):

φВ + φМ =1, φМ = 1 – φВ

VВ, VМ, - объём, занимаемый волокнистым наполнителем и матрицей, соответственно, в объёме изделия VАП.

.σАП = .σВ.φВ + σМ.(1 – φВ)

.ЕАП = .ЕВ.φВ + ЕМ.(1 – φВ)

Для получения точных расчётов необходимо использовать механику разрушений гетерогенных сред, и в частности:
теорию упругости;
теорию пластичности;
теорию трещин.

быть монолитным

φВ + φМ + φП =1

.σАП = .σВ.(1 – (φм+ φП)) + σМ.(1 – (φв+ φП))

Материал монолитен, если при нагружении потеря сплошности материала происходит из-за потери сплошности волокна (т.е. армирующего элемента)

Например, при неправильном подборе метода формования или режима формования могут сохраниться поры, тогда

φП =>↓ σАП

используют приёмы конструирования пространственной структуры материала с учётом вектора внешней нагрузки, соотношения свойств матрицы и наполнителя и с учётом условия монолитности

Обеспечение механических
свойств ПКМ

Пространственные структуры:

однонаправленная

ортотропная

квазиизотропная

криволинейная
(цилиндрическая)

объёмноармированная

Выбор типа структуры определяется уровнем и направлением внешней нагрузки

.σАП = .σ|| · cosα

σ|| - разрушающее напряжение
при растяжении (прочность) параллельно волокнам;
α – угол армирования.

при α = 0°, σАП ≈ σВ. (σ||)

при α = 90°, σАП ≈ σM. (σ┴)

На прочность σАП влияют:
схема армирования;
количество слоёв с одним α
соотношение слоёв с разными α

заданным уровнем свойств

Т.о. обеспечение заданных механических свойств сложная задача, при её решении учитывают
природу компонентов материала;
соотношение этих компонентов;
соотношение свойств компонентов;
условие совместной их работы (межфазное взаимодействие);
пространственную структуру материала;
технологию получения материала.

ПИ

Основные недостатки по использованию линейных матриц

высокая молекулярная масса, высокая вязкость расплава и высокая температура текучести (ТТ);
как правило для обеспечения высоких рабочих температур применяются жёсткоцепные полимеры, которые имеют высокую ТТ и плохую растворимость;
как правило такие полимеры плохо смачивают поверхность наполнителя;
это означает, что совместить такую матрицу с наполнителем сложно или невозможно. Для совмещения с волокнами необходимо использовать специальные сложные приёмы;
как правило образуется слабое межфазное взаимодействие – низкая адгезионная прочность, низкие свойства при сдвиге;
рабочие температуры АП ограничены температурой стеклования линейной матрицы

Преимущества при использовании линейных матриц

при формовании материала на основе линейных матриц не выделяются вредные низкомолекулярные вещества;
полуфабрикаты достаточно технологичны.

полипропилен; ПCу – полисульфон; ПФО – полифениленоксид; ПЭЭК - полиэфирэфиркетон

Сетчатые полимеры (матрицы) образуются одновременно с формованием изделия. На стадии формования очень часто даже не существует полимерного состояния. На этой стадии фаза - связующее;
Для получения связующего используются так называемые начальные составы или предполимеры;
Для получения начального состава используют олигомеры, смеси олигомеров, мономеры, смолы и.т.д.;
Эти связующие называют термореактивные.

=> такие составы легко смачивают и пропитывают наполнители;
+Легко совмещаются с волокнистыми наполнителями, обеспечивая любые φВ, высокое адгезионное взаимодействие по границе раздела фаз, ↑ƬСДВ;
В состав связующих входят т.н. отвердители - вещества, которые помогают образовывать сетчатую структуру матрицы;
Также могут входить:
разбавители – вещества, которые используют для регулирования вязкости на стадии формования;
смазки – органические вещества, которые облегчают процесс течения и припятствуют прилипанию материала к металлической оснастке;
красители;
антистатики и др.

Связующие – растворы смол олигомеров, мономеров или их смесей в органических растворителях

по 2-м механизмам;

поликонденсация

с выделением
летучих продуктов

без выделения
летучих продуктов (полиприсоединение)

полимеризация

без выделения
летучих продуктов

Составы ТР связующих позволяют регулировать вязкость на стадии формования. ↓η =>↓РФ;
Как правило ТР составы обеспечивают низкую пористость материала в готовом изделии => ↑мех.свойства (соблюдение условия монолитности);
Сетчатые матрицы обеспечивают высокие рабочие температуры (до ТС или до ТД), не обладают ползучестью, имеют высокий модуль упругости, жесткость материала в изделии.

недостатки

Высокая хрупкость, низкая ударостойкость;
При формовании возможно выделение вредных низкомолекулярных веществ (растворитель, летучие)

– любые олигомеры, содержащие эпокси-группы.
Отверждаются по реакции поликонденсации без выделения летучих (полиприсоединение), возможны реакции отверждения по механизму полимеризации.
Растворы 50-80% концентрации.
Обязательно должны использоваться отвердители, вступающие в реакцию с эпоксигруппами и образующие узлы сетки.
В зависимости от типа эпоксидного олигомера и отвердителя реакция отверждения может идти в интервале температур от 20°С до 200°С.
Реакция медленная, занимает часы – сутки.
Чем выше ТОТВ, тем выше ТРАБ продукта. Основные типы эпоксидных составов работоспособны до 160°С

олигомер

концевые эпоксидные группы

полиаминами, ароматическими низкомолекулярными полиамидами);
Галогенсодержащие диановые;
Тетраэпоксиды.

Основные типы эпоксидных олигомеров

Любые эпоксидные олигомеры могут отверждаться веществами, содержащими активный атом водорода: органические спирты, органические кислоты, ангидриды кислот, амины.
При отверждении эпоксидных составов образуется средней плотности сетка химических связей, которые равномерно распределены по объему полимера.
Сетка практически не напряжена, межузловые цепи достаточно прочные => сетчатые эпоксиды обеспечивают max уровень мех.свойств в ПМ.

Эпоксидные связующие

используют феноло-альдегидные олигомеры.
Растворы 50-80% концентрации в ацетоне, спиртах, этаноле или их смеси.
Часто используют активные растворители (фурфурол, фуриловый спирт). Активный растворитель остаётся в составе матрицы, встраивается в структуру полимера.
Отверждаются по реакции поликонденсации с выделения летучих. При формовании требуются высокие давления.
Для получения сетчатого полимера возможно как использование отвердителя, так и нет.
При отверждении образуется густосетчатая сильнонапряжённая структура => пониженная механика.
Процесс отверждения очень быстрый 1-10 минут.
Оптимальная ТОТВ 160-180°С

Фенольные связующие

фенольных олигомеров.
Сочетают положительные качества одних и других, т.е. высокая механика эпоксидных и скорость формования фенольных.
Лучшие свойства, если использовать т.н. эпоксидированные новалаки – это не смесь олигомеров, а фенолоальдегидный олигомер, в структуру которого встроены эпоксигруппы.
Отверждение идет по двум механизмам:
по эпоксигруппам (полиприсоединение, без выделения летучих);
по метилольным СН2ОН- группам фенольного олигомера (поликонденсация с выделением летучих).
Эпоксифенольные матрицы имеют мех.свойства чуть ниже эпоксидных, но по технологичности значительно их превосходят.

Эпоксифенольные связующие

основе ненасыщенных сложных олигоэфиров:

Эфирные связующие

олигомалеинаты

олигоакрилаты

олигоалилаты

винилэфирные смолы

образуют сетчатые полимеры по радикально-цепному механизму полимеризации без выделения низкомолекулярных веществ.

Олигомалеинаты получают поликонденсаций гликолей и ненасыщенных двухосновных кислот (малеиновой и фумаровой) в смеси с двухосновными ненасыщенными кислотами.
Сополимеризация смеси с мономерами, растворяющими олигомалеинат, например стирол, для увеличения реакционной способности.
Перед совмещением с наполнителем вводят инициатор (перекиси, гидроперекиси их смеси).
ТОТВ обычно соответствует температуре разложения инициатора. При Ткомн вводят ускоритель распада инициатора.

Получают из олигомерных сложных эфиров, содержащих по концам молекул звенья акриловой или метакриловой кислот.
Могут превращаться в сетчатый полимер и без сомономера.
используются те же инициирующие системы, что и для малеинатных связующих

Получают полимеризацией сложных эфиров и фталевой или изофталевой кислот.
Отверждение проводят в среде мономера с инициатором.
Обладают низкой вязкостью, заполняют форму при низком давлении

http://www.e-wiki.org/ru/wiki/Отверждение

стадии относительно длительный период ативации процесса (инициирование), далее самоускорение и практически мгновенно достигается вязкость эластичного или твёрдого тела – момент возникновения пространственной структуры.
Экзотермический эффект. Его величина оказывает влияние на кинетику отверждения. Время гелеобразования и э.эффект зависят от типа и числа ненасыщенных звеньев в олигомере и активности мономера.
Для отверждения характерны значительные усадки и низкая трещиностойкость.
Низкие прочностные и термические свойства. Уровни упрогопрочностных свойств на 15-20% ниже эпоксидных и эпоксифенольных матриц.

основе кремнийобразующих олигомеров в растворах спиртов. Представители класса элементорганических полимеров, прежде всего полимеров с силоксановыми связями – полисилоксанов.
–[SiR2-O-]n –
Отверждение идёт по концевым ОН- группам по реакции поликонденсации с выделение летучих.
После отверждения образуется сильно напряженная низкопрочная структура с прекрасными диэлектрическими свойствами, радиопрозрачностью, тепло- и термостойкостью.

Кремнийорганические связующие

растворов олигомеров (1-й тип) или смеси имидообразующих мономеров (2-й тип).

Имидные связующие

1-й тип. Раствор олигоимидов

БМИ – бисмалеинимиды
ТОТВ = 190-250°С
PФ ≈ PФ фенолоформальдегидных
Время отверждения 20-60 мин
ТРАБ = 250-270°С
Прочность σ БМИ ≈ σ эпоксидных
Водопоглощение ВПБМИ << ВПэпоксидных
до 5% до 15%

2-й тип. Раствор СИМ

Раствор наносится на наполнитель, идет синтез олигоимида по реакции поликонденсации с выделением летучих.
Отверждение при формовании пиролитической полимеризацией без выделения летучих.
Образуется равномерная слабонапряженная сетка, межузловые цепи жесткие
σ ≈ σ эпоксифенольных
ТРАБ > 300°С (до 500°С)

базальтовые);
SiC (керамические)

В составе стекломасс окислы щелочных и редкоземельных элементов

В состав волокон входят окислы различных элементов. Основной окисел SiO2 (обычно содержание не менее 50%)

Получают из природнодобываемого базальта, который представляет из себя вулканическую лаву. В составе не менее 9 окислов (в зависимости от месторождения). Обязательно базальтовые массы содержат окисел Fe и не содержат окислы К и Na

Свойства волокон определяются как составов масс, так и технологическими режимами, обеспечивающих оптимальное протекание процессов плавления и стеклования волоконных структур с различным содержанием стёкол.
Оксиды Si, Al, Ca, Mg, B, Pb, Ba снижают ТКЛР в различной степени;
Ca, Mg, Al, Zn, Ba, Ti увеличивают химическую стойкость

Оксидные волокна характеризуются низкой стоимостью, особенно БВ (на 15-20%)

идеально упруго, относительно удлинение 3-6%, имеют прекрасную тепло- и химстойкость,
легко перерабатываются на обычном текстильном оборудовании, т.е. используются в виде текстильных форм (нити, жгуты, ровинги, ленты, ткани, нетканные материалы)
имеют высокую активность поверхности, следовательно легко смачиваются полимерными связующими.

получают высокоскоростной вытяжкой из расплава однородной стекломассы

Схематическая структура стеклянного алюмоборосиликатного волокна (филамента) фильерной вытяжки
1- поверхностный слой с дефектами (4,5);
2 – промежуточный кольцевой без дефектный слой;
3 – центральный цилиндр с газовыми аксиальными дефектами (6)

обладают повышенной хрупкостью, очень чувствительны к поверхностным дефектам => значительно меньше значения прочности σпракт << σтеор;

относительно низкий уровень усталостной прочности и средний значение модуля упругости;
из-за высокой активности поверхности она легко загрязняется (пыль, вода и т.д.), высокая гидрофильность,
поэтому при получении поверхность защищают замасливателями или аппретами.

ø = 8÷10мкм

спирт;
полиакрилаты, полималеинаты;
поливинилацетат.

Замасливатель защищает волокна от разрушения при трении друг об друга, о поверхность оборудования, от склеивания, от влаги и загрязнителей.

δ = 40-60 нм

привес 2-5%

Однако, замасливатель препятствует адгезионному взаимодействию между волокном и связующим. => в условиях повышенной влажности прочности при сжатии и изгибе ↓ на 50-60%; ↓ диэлектрические свойства.

Перед нанесением связующего проводят термическую обработку (300-320°С) для удаления большой части замасливателя.

Аппреты – низкомолекулярные вещества различного состава с биполярной структурой молекул, наносятся на поверхность минерального волокнистого наполнителя для целенаправленного регулирования зоны контакта наполнителя и связующим

Замасливатели и аппреты

Более полярная группа адсорбируется или химически присоединяется к поверхности наполнителя, менее полярная – совмещается или химически взаимодействует со связующим.

Ограничения: трудности при подборе; быстрая дезактивация биполярных групп при контакте с окружающей средой (вода, О2, Т°С)

Современные активные замасливатели выполняют и функцию аппретов.
Не требуют удаления. Под определённый тип связующего. Состав – коммерческая тайна.

«L»)
SiO2·PbO – основные окислы
59%

Стекло ВМ-1 магнезиально-аллюмосиликатное

лучшее CВ для конструкционных материалов

Кварцевые волокна. Используют кварцевый песок, из которого после обработки HCl, выделения SiCl4 из смеси хлоридов этерификацией с последующим термолизом получают SiO2 (99.5÷100% масс.)

1011÷1018 Ом·см – удельное объёмное сопротивление;
ε = 4÷9 – диэлектрическая проницаемость;
tgδ = 0,001÷0,013 – тангенс угла диэлектрических потерь.

СВ не теплопроводны

λ = 0,81÷1,04 Вт/м·К – теплопроводность;
ср = 0,71÷0,9 кДж/ кг·К – теплоёмкость;
α = (2÷5)·10-6 1/°С – ТКЛР . Стабильные размеры при нагревании и охлаждении.

Конструкционные CВ работоспособны до 300-350°С, выше уже заметно падение прочности
В результате текстильной переработке происходит потеря прочности из-за чисто механических повреждений волокна. Обычно после текстильной переработки остается от 50-70% исходной прочности элементарного волокна

В составе не менее 9 окислов (в зависимости от месторождения). Обязательно базальтовые массы содержат окисел Fe и не содержат окислы К и Na.
Присутствие окисла железа предает коричневый цвет БВ. Хлорид придаёт зеленоватую окраску.

по сравнению со СВ обладают более высоким модулем упругости, хим- и теплостойкостью;
высокая стойкость к агресивным средам (замена стали при армировании бетона);
стойкость к вибрации;
долговечность (не менее 100 лет);
стабильность свойств при длительной эксплуатации в различных условиях;
лучшее адгезионные свойства (хорошая адгезия к связующим);
не горючи, взрывобезопасны;
диэлектрики;
тепло-звукоизоляционны;
экологически чистое производство.

ρ = 2,8 г/см3

σр = 2,4÷4,0 ГПа

Ер = 100÷120 (160) ГПа

εр = 1,9÷2,2 %

Траб от -260 до 700°С

атомы углерода С.

С находится в кристаллическом состоянии

в зависимости от состояния в котором находится углерод различают

Высокопрочные σр ↑, Ер ↓

Высокомодульные σр ↓, Ер ↑

УВ как класс имеют Ер в 2-6 раз выше чем СВ

Чистый углерод, его разнообразные формы (уголь, кокс, графит, алмаз) не плавятся, поэтому УВ получают из органического (полимерного) сырья, искусственного или природного.

Искусственные – полиакрилонитрил ПАН- волокна. Белые волокна. ПАН-прекурсор

Природные – мезофазные пеки, гидрат целлюлозы

Органический полимер

↑Т

Неорганический углерод

Исходные волокна подвергаются глубокому термопеределу. За счет пиролитических реакций из состава органического полимера полностью удаляются все элементы кроме С

слои (базисные плоскости) представляют собой конденсированные бензольные ядра

Величина слоя и взаимное расположение, расстояние между слоями определяет структуру С и влияет на свойства

С конденсируются в графитоподобную структуру. В зависимости от конечной Т обработки получают аморфную или кристаллическую структуру

Углеродные волокна

ТТО > 2500°С
кристаллический С, Ер ↑↑
сод. углерода 99% масс.

хаотическое расположение слоёв

Слои уложены параллельно друг другу

Степень кристалличности ↑ при ↑ ТТО. > 3000°C – сублимация

В волокне слои ориентированы вдоль оси волокна, в виде т.н. фибрилл

Ом·см; ε = 20÷30

УВ теплопроводны

λ = 105÷106 Вт/м·К;

В инертной среде не снижают механических свойств до 3000°С(до Тсуб), в окислительной до 500°С (происходит окисление С)
Механические свойства практически не зависят от температуры.

УВ химически инертны имеют высокую экранирующую способностью к жестким излучениям (поглощение ароматическими кольцами)

α|| = (-1,6÷0)·10-6 1/°С (используется при создании параболических антенн) α┴ = 1,9·10-6 1/°С

Уникальное свойство УВ ТКЛР вдоль оси волокна < 0

Низкий коэфф.трения

μ = 0,15÷0,25;

ρ = 1,7÷1,9 г/см3

σр = 2,5÷5,0 ГПа

Ер = 200÷700 ГПа

εр = 0,7÷1,5 %

Низкая активность поверхности, плохая смачиваемость связующими, ↓ адгезионная прочность. Для увеличения поверхностной энергии УВ С поверхности частично окисляют (<6%), создают кислород-содержащие полярные группы. Поверхность активируют далее сразу аппретируют.
УВ хрупкие, след. текстильная переработка используется в щадящих условиях.
Для получения ткани на основе УВ используют следующий приём:
Белые волокна – ткань – термопередел (пиролиз) – углеродную ткань.

вытяжкой из расплавов, специально подготовленных прядильных растворов органических полимеров

ОВ получают на основе ПЭ, ПП, ПЭТ (лавсан), алиф.ПА (капрон, нейлон), линейные полиэфиры (полиэстр), аром.ПА (арамидные)
На основе термостойких термопластов (ПЭЭК, ПИ, ПЭИ, ПАИ, полифениленбензтиазол ПФБТ)

Наиболее пригодные полиэтиленовые волокна (СВМПЭ), арамидные, на основе термостойких термопластов. Они обеспечивают σp Ep. Имеют малую плотность = ρ исходного полимера.
Прочность на уровне стеклянных волокон. Модуль упругости Ep ≈ Ep СВ. Прекрасные диэлектрики.
Характеризуется высокой стойкостью к динамической и циклической нагрузкам. Разрушение волокон – вязкоупругое (из-за природы полимера).
На разрушение ОВ затрачивается очень много внешней энергии. Высокая стойкость к ударным нагрузкам, к трещинообразованию.
ОВ характеризуются высокой химической стойкостью, зависит от природы полимера, из которого получено волокно.

Тс соответствующих полимеров, Tраб ≤ Tc (Tпл)

Макромолекулы ориентированы вдоль оси волокна

σ//≈f(σхим.связи п/м)

σ┴≈ f(σфиз.связи п/м)

σфиз.св.< σхим.св., а следовательно, σ┴< σ//

ОВ структурно неоднородны. Многие состоят из ориентированного ствола (ядра) с высокой степенью кристалличности и аморфной разрыхлённой оболочки.
В оболочку могут диффундировать НМВ, скорость диффузии в аморфной области больше, чем в кристаллической.
для арамидных волокон характерна высокая проницаемость различных химических веществ, воды. Шкурка хорошо набухает, может разрушиться. Мех.свойства снижаются.

арамидное волокно

диаметры (до 20 мкм);
для получения материалов используются текстильные формы ОВ (нити, жгуты, ткани, ровинги, нетканые материалы);
при текстильной переработке потеря прочности 3-20%;
ОВ характеризуются малой активностью поверхности, а следовательно, их трудно смачить (совместить) со связующим; для устранения этого недостатка на поверхность волокон можно наносить, так называемые барьерные слои или аппреты.
Компоненты связующих проникают в поверхностные слои, заполняя микродефекты и взаимодействуя с функциональными группами волокна-полимера, при этом нарушается межмолекулярное взаимодействие в полимере, что может привести к изменению структуры и снижению уровня свойств ОВ.
Степень изменения структуры и механических свойств ОВ, находящихся в контакте с НМВ зависит от природы этого контакта, температуры и хим.активности компонентов.
Барьерные слои защищают ОВ от тех компонентов связующего, которые могут химически разрушать полимерные волокна;
Повышенная Тотв связующего, длительная выдержка материала может вызвать дезориентацию макромолекул полимера волокна => ↓упругопрочностных свойств. Этому способствует и набухание волокон в компонентах связующего.
Для предупреждения процесса дезориентации целесообразно применять связующее с Тотв < Тс волокнообразующего полимера или связующее с высокой скоростью отверждения

полимеры из которых они получены;
ПЭ по сравнению с арамидными имеют пониженную горючесть, но подвержены ползучести;
Полиэтиленовые волокна характеризуется повышенной стойкостью к истиранию, свето и химстойкостью.

наполнение, т.е. сочетают волокна разной природы.
Например: для лучшей устойчивости углепластиков к удару в их состав вводят ОВ.

слабое сопротивление межслоевому сдвигу (τсдв ~ 100 МПа) и поперечному отрыву. Высокое сопротивление достигается использованием наполнителей объёмной текстуры.
Считается, что при кратковременном нагружении характеризуются практически линейной зависимостью между σ и ε до разрушения.
СП не обладают пределом текучести.
При очень медленных нагрузках реализуются пластические деформации.

Сочетают высокие прочностные и диэлектрические свойства с относительно невысокой плотностью, высокой трещиностойкостью, радиопрозрачностью, химической стойкостью. Не электропроводны.

- полимерные композиционные материалы на основе полимерных матриц и стеклянных волокнистых структур.

Основные марки: КАСТ, СТЭТ, ФН, СК, СТП

σр=3-5 ГПа

Eр=20-30 ГПа

Ударная вязкость (стойкость к удару) = 180-600 кДж/м2

СП часто используют в виде текстолитов, т.е. армирующее волокно в виде ткани.

Широкая область упругого деформирования СП обуславливает и специфику процесса их разрушения, которое происходит, как бы, внезапно при эксплуатации. Связано это с гетерогенностью структуры СП, специфичностью поведения под нагрузкой СВ и полимерной матрицы, а также с наличием неизбежных макродефектов структуры в виде пор, трещин, газовых и инородных включений и самой границей раздела

матриц и стеклянных волокнистых структур.

Основные области применения

в самолетостроении: элементы фюзеляжа, оперения, элементы крыла, хвостовой отсек, аэродинамические обтекатели, воздухозаборники, элементы сопел статоров ГТД.

в вертолётах: лонжероны несущих и рулевых лопастей, отсеки топливных баков, панели, грузовые трапы и т.д.

Благодаря высоким диэлектрическим свойствам являются материалами радиопрозрачных конструкций (радиопрозрачные обтекатели, укрытия, отражатели, рефлекторы, антенны РЛС)

наибольшая длительная прочность, высокая стойкость к вибрации. Низкая ползучесть благодаря высокой жесткости и деформативности УВ.
От СП и ОП отличаются повышенной водо-, атмосферостойкостью, малым водопоглощением. Влага в УП сорбируется в основном связующим и границей раздела (УВ – гидрофобны) .
Электрофизические и теплофизические свойства УП определяются волокном. Высокие электропроводность, теплопроводность.
Низкий ТКЛР (для высокомодульных – отрицательный) способствует повышению стабильности размеров и формы изделия при изменении температуры.
Низкий коэффициент трения УВ обуславливает применения УП в узлах трения

- полимерные композиционные материалы на основе полимерных матриц (в основном эпоксидных, эпоксифенольных, имидных, жесткоцепных термопластичных Псу, ПФС, ПЭЭК) и углеродных волокнистых структур.

Конструкционные УП разработаны и паспортизованы ВИАМом и имеют марку КМУ-1, КМУ-2, КМУ-3 (Композиционный материал углеродный) в н.в. ВКУ

σр=0,7-2 ГПа

Eр=120-200 ГПа

ρ=1,3-1,5 г/см3

Для конструкционных материалов углеродные волокна (УВ) используют в виде жгутов, ровниц (ровингов) и лент. Основная цель – максимально полно реализовать свойства волокон

Тканые и нетканые УВ используются для получения полимерных материалов; электро-, радио- и теплотехнического назначения, триботехнического назначения.

Свойства КМУ

высокая стоимость.
"–" Обладают меньшей ударной вязкостью, трещиностойкостью и остаточной прочностью при наличии дефектов

- полимерные композиционные материалы на основе полимерных матриц (в основном эпоксидных, эпоксифенольных, имидных, жесткоцепных термопластичных Псу, ПФС, ПЭЭК) и углеродных волокнистых структур.

Основные области использования УП:

любые силовые элементы летательных аппаратов

лопатки газотурбинных двигателей, корпуса компрессоров и вентиляторов, воздуховоды, диски статора и ротора компрессора низкого давления, подшипники

элементы крыла, створки, щиты, стенки лонжеронов и нервюр крыльев и оперения; обшивки (несущие слои) пароболических рефлекторов (3-х слойные конструкции с сотовым заполнителем), крупногабаритные обшивки модулей МКС, обтекателей ракетоносителей

спортивный инвентарь

и σуд (в 2 раза больше СП), Ударная вязкость до 1000 кДж/м2. Высокая усталостная и длительная прочность, трещиностойкость, устойчивость к механическим и абразивным воздействиям.
Устойчивость к динамическим нагрузкам.
Высокие электро-, тепло-, звукоизоляционные свойства достаточно стабильны в условиях длительного воздействия различных климатических факторов.

- полимерные композиционные материалы на основе полимерных матриц и высокопрочных высокомодульных органических волокон (арамидных, СВМПЭ, из полиариленов, полигетероариленов, ПЭЭК, ПФБТ) .

Особенность ОП – полимерная природа обоих компонентов.

Диффузия компонентов, химическое взаимодействие, высокие сорбционные свойства ОВ, поглощающих газообразные продукты, растворение в связующих способствует формированию дефектной структуры межфазного слоя. Но по сравнению с другими КМ в ОП меньше пор и трещин, как на границе раздела, так и в объёме связующего. Пористость 1-2% (в др. может доходить до 10-20%)

"–" При длительных воздействиях достаточно высоких нагрузок развивается ползучесть. Увеличивается с повышением температуры и влагосодержания .
"–" Низкое сопротивление сжимающим нагрузкам

Разрушение начинается с расщепления волокна и отрыва оболочки от ядра.

матриц и высокопрочных высокомодульных органических волокон (арамидных, СВМПЭ, из полиариленов, полигетероариленов, ПЭЭК, ПФБТ) .

Для арамидных ОП ,особенно, высокое водо-, влагопоглощение, высокая сорбционная активность по отношению к воде и водяному пару.
При 5% падение σизг и усталостной прочности на 40%.
Высокая чувствительность связана со сравнительно высокой полярностью волокна (большое количество полярных групп)и с особенностями структуры КМ – наличием развитой системы внутренних пор и капилляров.
Удаление влаги приводит к восстановлению физико-механических свойств на 75-80%

электрогенераторов .

Основные типы армированных пластиков

Органопластики (ОП)

- полимерные композиционные материалы на основе полимерных матриц и высокопрочных высокомодульных органических волокон (арамидных, СВМПЭ, из полиариленов, полигетероариленов, ПЭЭК, ПФБТ) .

Основные области применения

Многофункциональные материалы. В зависимости от состава и структуры применяются для изделий конструкционного, электро- и радиотехнического, теплоизоляционного назначения, для защиты от механического и баллистического поражения, воздействия агрессивных сред.

тросы, канаты, бронезащита

обшивки летательных аппаратов, перегородки внутренних конструкций, защитные экраны для комбинированной броневой защиты, корпуса РДТТ, ускорителей для ВКС, ракет

конструкции ГТД: оболочки сотовых панелей воздухозаборников, гондолы, защитные кольцевые экраны от осколков лопаток вентилятора при их разрушении.

рулевые тяги

баллоны высокого давление для газа и жидкости

15 раз хуже работает, чем стеклопластик и в 111 раз хуже, чем УП

ред. А.Б. Геллера. в двух томах– М.: Машиностроение, 1988. – 448с.
Технология производства изделий и интегральных конструкций из КМ в машиностроении_А.Г.Братухин, В.С.Боголюбов, О.С.Сироткин – М.: Готика, 2003. - 516 с.
Мийченко И.П.. Технология полуфабрикатов полимерных материалов. – СПб.: НОТ, 2012. – 374 с.
Гуняев Г.М. Структура и свойства полимерных волокнистых композитов – М.: Мир, 1988. -336 с.
Промышленные полимерные композиционные материалы. Ричардсон. Пер. с анг. Под ред. Бабаевского. М.: Химия . 1980. – 472 с.
Наполнители для ПКМ. под ред. Кац, Милевски, пер. с англ.под ред. Бабаевского. М.: Химия .1981. – 738 с.
Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. 2-е изд. – СПб.: Научные основы и технологии, 2010. – 822 с.
Михайлин Ю.А. Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике. – СПб.: Научные основы и технологии, 2013. – 650 с.
Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: Учебное пособие. 4-е издание. /Под ред. Берлина А.А. – СПб.: Профессия, 2014. – 560 с.
Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В. и др. – М.: Машиностроение, Композиционные материалы. 1990г. – 512с
Справочник по композиционным материалам. Киев.: Наукова Думка, 1985. – 593 с.
Армированные пластики. / Под ред. Г.С. Головкина, В.И. Семенова. - М.: Изд-во МАИ, 1997. - 404 с.