5. Композиционные материалы на неметаллической основе

В качестве матрицы в композиционных материалах на неметаллической основе используют отвержденные эпоксидные, полиэфирные, фенольные, полиамидные и другие смолы. Наиболее распространены композиции, армированные стеклянными, углеродными, органическими, борными и другими видами волокон.

Композиты, армированные однотипными волокнами, получили названия по упрочняющему волокну. Так, композицию, содержащую наполнитель в виде длинных стекловолокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями, называют ориентированным стекловолокнитом. Неориентированные стекловолокниты содержат в качестве наполнителя короткое волокно. В том случае, если упрочнителем является стеклоткань, — стеклотекстолитом. Композиционный материал, содержащий углеродное волокно, называют углеволокнитом, борное волокно — бороволокнитом, органическое волокно — органоволокнитом (органитом).

Композиционные материалы с полимерной матрицей обнаруживают целый ряд достоинств, среди которых следует назвать высокие удельные прочностные и упругие характеристики, стойкость к воздействию агрессивных сред, хорошие антифрикционные и фрикционные свойства наряду с высокими теплозащитными и амортизационными свойствами. Вместе с тем пластики имеют и недостатки: низкую прочность и жесткость при сжатии и сдвиге, снижение прочности при повышении температуры до 100—200°С, изменение фи зико-механических характеристик при старении и под воздействием климатических факторов.

В настоящее время пластики получают все большее, интенсивное распространение по причине простоты, технологичности и дешевизны производства из них деталей.

В композиции с полимерной матрицей усилие от матрицы к армирующему элементу передается за счет сил межмолекулярного взаимодействия и имеет адгезионный характер. Обеспечить прочную связь между волокном и матрицей можно при полном смачивании жидкой связующей упрочняющих волокон. В этом случае поверхностная энергия волокна должна быть больше поверхностного натяжения жидкой матрицы. Среди полимеров жидкая эпоксидная смола, обладающая энергией поверхностного натяжения 5 • 10^-5 Дж/м², лучше других полимеров смачивает углеродные и борные волокна, энергия поверхности которых имеет следующие значения: (2,7—5,8) • 10~³ Дж/м² и 2• 10^-5 Дж/м² соответственно. На практике повышения энергии поверхности волокон достигают, например, травлением, окислением, вискеризацией.

Изделия из композиционных материалов с полимерной матрицей стараются получать одновременно с материалом. Несмотря на сравнительно большую трудоемкость, в этом случае удается наиболее полно реализовать преимущества композиции и существенно снизить стоимость детали.

Технология производства изделий с полимерной матрицей, армированной волокнами, включает следующие основные операции:

1) подготовка упрочняющих волокон:

• удаление замасливателя;

• нанесение на поверхность водоотталкивающих покрытий;

• снование, т.е. перемотка и укладывание волокон (лент) в однонаправленную полосу — ровнину;

2) приготовление связующего:

• проверка компонентов связующего;

• приготовление смеси компонентов (компаунда);

3) пропитка:

• пропитка волокон связующим;

• подсушивание и частичное отверждение;

4. формование;

5. отверждение;

6. удаление оправки;

7. контроль качества изделий;

8. механическая доработка и соединение с другими деталями.