Дефиниция на композитите

КОМПОЗИТИ

КАТО СТРУКТУРЕН

МАТЕРИАЛИ

Определяне на композити. Класификация

От многото опции за дефиниции на композитни материали, дадени в литературата, ние представяме най-кратко.

Композитите са материали, състоящи се от химически или физически различни компоненти, които образуват монолит с ясно дефинирана граница между компонентите.

Компонентите са разделени на две групи (фази):

- пълнител (или армировка) под формата на дискретни частици или влакна - образува дискретна фаза;

- свързващо вещество (матрица) - под формата на всякакъв материал, който запълва пространството между армировката и образува непрекъсната среда (фиг. 1.1).

Фиг.1.1. Компоненти от композитни материали:

1– пълнител;2– класьор;а– дискретни частици;

b- влакна, конци, снопове;v– плат;r– листов материал

Армировката възприема основните напрежения, възникващи в композита под въздействието на външни натоварвания, и определя основните механични характеристики.

Matrix осигурява съвместната работа на отделни усилващи елементи, комбинирайки ги в монолит, благодарение на собствената си твърдост и адхезия на интерфейса матрица-усилване. Тази фаза в по-малка степен определя механичните свойства, но има решаващо влияние върху технологичните характеристики, например възможността за формоване и технологичните режими.

Трябва да се отбележи, че терминът "пълнител" е общ и включва не само отделни елементи с висока якост и твърдост. Това понятие включва и включвания на газове под формата на малки по размер мехурчета в обема на материала на матрицата. Такиваусловната армировка осигурява не сила, а други функционални характеристики, например високи звуко- и топлоизолационни способности. Композитите трябва да се разграничават от смесите и разтворите. В първия случай материалът не е монолитен, във втория случай няма интерфейс между компонентите.

Композитните материали се класифицират по два критерия - материалознание и конструкционен.

Класификацията по атрибут на науката за материалите взема предвид естеството на матрицата и пълнителя (Таблица 1.1).

Матрица	фитинги	Тип KM
минерали	органични	метали	керамика
Полимер	ДР	ОТ	PM	настолен компютър	ПКМ
метал	Г-Н	МО	ММ	МК	МКМ
керамични	KR	КО	КМ	QC	KKM
Други материали	д-р	-	-	-	-

В техническата литература композитите се разделят на класове. Всеки клас е наименуван според вида на матрицата: CM с полимерна матрица се наричат ​​полимерни (PCM), с метална матрица - метал (MCM), с керамика - керамични композитни материали (CMC).

Първокласникомпозитни материали - PCM е най-разпространеният в инженерството. Те се основават на различни полимерни смоли.

Индексът PR в таблица 1.1 означава композити, състоящи се от полимерна матрица и армировка от минерален произход. Това са предимно влакна: въглерод (графит), стъкло, базалт, азбест.

Групата под индекса PO включва полимерни CM сорганичен пълнител. Фитингите са представени под формата на ароматни полиамиди (арамиди). Освен това в материалите, които не се използват в производството на самолети като конструктивни материали, се използват хартия, органични люспи, дървесни стърготини (плочи от дървесни влакна - ПДЧ), памучни нишки (плочи от дървесни влакна - плочи от дървесни влакна) и др.

Комбинацията от полимерна матрица с метална армировка се обозначава - PM. Като пълнител най-често се използват борни влакна и по-рядко други метали, като алуминий.

Няма информация за използването на композити с керамичен пълнител в полимерна матрица (PC група) при производството на самолети. Името на CM с полимерна матрица се формира от името на вида армировка с добавянето на думата "пластмаса". Например: фибростъкло, борна пластмаса, въглеродни влакна, органопластика и др.

Вторият класкомпозити има метална матрица: от леки метали - алуминий, магнезий и тежки - стоманени и никелови сплави. Обхватът и обемът на използване на металните композити е значително по-малък от този на полимерните композити.

Днес следните материали се използват като армировка: в групата MR (с минерална армировка) - въглеродни влакна в комбинация с алуминиева матрица, с органичен пълнител (група MO) не се срещат материали. Групата ММ (метална матрица и армировка) е представена в индустрията главно от борен алуминий, тоест комбинация от алуминиева матрица с борни влакна.

Групата MK (с керамичен пълнител) е малко известна.

Трети класизползва различни видове керамика като матрица.

Информацията за материалите, включени в групите CR, KO, KK е много ограничена. По принцип те са в процес на разработка и проучване на свойствата.

В групата KM катоусилващ пълнител използва различни метални прахове. Такива материали се наричат ​​металокерамика.

Четвъртият ред на таблицата съдържа композити с матрица, която не е свързана с полимери, метали и керамика. Най-известният състав тук е въглерод-въглерод (CCCM). Армировката в него е представена от въглеродни пръти или нишки. Матрицата също е въглеродна, но с много по-ниска якост.

Класификация по конструктивна характеристика е показана на фиг.1.2.

Първата групавключва композити с армировка под формата на отделни частици. Тук могат да се разграничат две подгрупи: CM, подсилени с твърди частици и пълни с газ. Като твърди частици се използват прахове, люспи, нарязани влакна, микросфери.

Композитите с полимерна матрица и отделен пълнител се наричат ​​„пластмаси с пълнеж“.

Ефективен дисперсен пълнител е микросферата, която представлява топчета с малък диаметър (d= 0,05-0,2 mm), кухи отвътре и направени най-често от стъкло.

Втората подгрупа включва материали, пълни с малки газови мехурчета. В зависимост от вида на матрицата те получават съответното наименование: пенопластмаси (полимерна матрица), пенометали, пенокерамика, пенопласт и др. Ако газовите мехурчета са свързани помежду си, тогава в името на материалите фразата "пяна" се заменя с "поро", например "пяна пластмаса".

Втората групаKM се характеризира с това, че армировката има влакнеста структура. Този тип CM може да бъде разделен на четири подгрупи: еднопосочни композити, тъкани слоести, влакнести обемни тъкани, нетъкани.

Еднопосочната армировка може да бъде: под формата на първична нишка (получава се веднага следпроизводство); нажежаема (усукана) нишка; ровинг, състоящ се от нишки от сложни нишки; лентови нишки, свързани помежду си в напречна посока на определено разстояние и образуващи удължена плоска повърхност; теглене - получено чрез преплитане на нишки с образуването на участък, близък до кръг.

Втората подгрупа включва CM, състоящи се от тъканни слоеве, обединени от матрица. Подсилващият пълнител се различава по вида на тъкането и дебелината на нишките.

Третата подгрупа се характеризира с армировка, която представлява обемно преплитане на нишки или пръти. Пространственото преплитане може да бъде организирано от различен брой нишки - от 3 до 11. Архитектурни решения за създаване на пространствени усилващи конфигурации са дадени в книги [20, 41].

Четвъртата подгрупа включва материали с пълнител от нетъкан тип. Нетъканите материали (Fliss-stoffe - "купчина тъкан") са хаотично подсилени структури, в които щапелните влакна са свързани по един от трите начина - залепване, заплитане с образуване на фрикционно взаимодействие, зашиване на тъканта с текстилна нишка.

Третата групавключва материали с листов пълнител:

ALORs и SIALs- комбинация от последователно свързани помежду си слоеве от тънка ламарина със слоеве от тъкан (органо или стъкло), импрегнирани със свързващо вещество. Името ALOR идва от първите букви на думите - алуминий, органопластика. Английското наименование на този материал е ARALL - Aram >

SIAL се състоят от тънки (0,25-0,6 mm) алуминиеви листове и междинни слоеве от фибростъкло с дебелина 0,2-0,4 mm. В Западна Европа и САЩ такива материали се наричат ​​GLARE.

Гетинакси- слоеве хартия служат като пълнител, свързващо вещество -полимерни смоли.

Шперплат- комбинация от тънки листове дърво (фурнир), положени в различни посоки със слоеве свързващо вещество.

Видът на армировката и формата на полагане до голяма степен определят технологията за производство на продукти от CM:

– за композити с пълнеж от частици се използват методи на пресоване в пресови камери и машини за леене под налягане;

- продуктите от влакнести материали се получават най-често чрез нанасянето им върху оформящи дорници;

- листови СМ се обработват по методи, заимствани от техническите процеси за обработка на метални детайли - щамповане, рязане и др.

---