Композиционные материалы и их использование в качестве конструкционных элементов, страница 4

В качестве полимерных матриц часто используют термореактивные пластики — полимеры, в которых поперечные связи между цепями образуют неплавящуюся молекулярную структуру с жесткой трехмерной сеткой. Термореактивные пластики 60лее теплостойки, чем большинство термопластов, представляющих другой класс полимерных материалов, плавящихся при нагревании (из-за отсутствия связей, «сшивающих» полимерные цепи). Обычно в качестве термореактивных матриц для композитов с хорошими эксплуатационными свойствами используют эпоксидные смолы, однако в настоящее время все больший интерес вызывает класс смол, называемых полиимидными, которые могут выдержать длительный нагрев до температур, превышающих 300 ^О С.

Выбор матрицы определяет способ изготовления композита. При изготовлении типичного композита с полимерной матрицей волокна обычно в виде нити (пучка) пропитывают смолой. Затем из этих волокон фор• мируют ленты или листы, которые

часто вручную упаковывают в слои-

на могут быть также прямо нанесены	Обычно для этого композит выдерживают при высоких
на поверхность объекта. Процесс та-	температуре и давлении в
кого нанесения волокон называют на-	течение нескольких часов.
моткой. Если используется терморе-	Для ускорения процесса изготовле-
активная смола, то материал надо заЭПОКСИ-ПОЛИМЕР	ния композитов в настоящее время

лем отвердить, т. е. обеспечить услостый материал; пропитанные волок- вия для сшивки.

РАЗРУШЕНИЕ
0,2

1 000

800

с;

ш-

600

400

200

                                                                                  ДЕФОРМАЦИЯ, ⁰/0                                                               ^{1 0}

АЛЮМИНИЙ

разрабатывают термопластичные материалы для матриц; примером одного многообещающего материала может служить полимер, названный полиэфирэфиркетон (ПЭЭК). Получение композиционного материала с термопластичной матрицей требует лишь сравнительно короткого нагревания, достаточного для размягчения пластика. Температура плавления некоторых термопластичных матриц настолько велика, что по теплостойкости они превосходят термореактивные; например, ПЭЭК плавится при 334 ^о с. Дополнительным преимуществом термопластов является их более высокая вязкость по сравнению с большинством термореактивных матриц.

ВЫСОКИЕ температуры, приводящие к плавлению или деструкции

1 000

600

400

200

                                                                                                                                                   0,8                         1,0

БОРОСИЛИКАТНОЕ СТЕКЛО

1 000

800

600 ш-

ш 400

200

              0                                                               0,4

ДЕФОРМАЦИЯ, ⁰/0

УВЕЛ ИЧЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ за счет введения в матрицу жестких волокон становится очевидным, если сравнить кривые, характеризующие связь деформации для и напряжения, соответствующих неармированных композитов полимеров, (цветные). металлов Напряжения и керамики выражены с кривымив паскала. лях Неармированный (Па). Деформация эпоксиполимер — это относительное легко удлинение растягивается, нагруженного а композит материа-с эпоксидной матрицей, содержащий 50 ⁰/0 (по объему) волокон карбида кремния, гораздо более жесткий: соответствующая ему кривая более крута (вверху). В алюминиевой матрице такая же доля упрочняющих волокон (в данном случае волокон оксида алюминия) приводит тоже к резкому росту жесткости (в середине). (Из-за хрупкости волокон композит разрушается при гораздо более низких нагрузках, чем неармированный алюминий.) В боросиликатном стекле такая же доля волокон карбида кремния мало увеличивает его жесткость, но дает значительное упрочнение, увеличивая предельную деформацию — степень растяжения до могли разрушения бы привести (внизу). Волокна к разрушению здесь тормозят материала. рост Приведены трещин в матрице,данные которые