1.2 Классификация композиционных материалов

Композиты – многокомпонентные     материалы,    состоящие     из полимерной, металлической, углеродной, керамической или др. основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодиспeрсных частиц и др. Путем подбора состава и свойств наполнителя и матрицы (связующего), их соотношения, ориентации наполнителя можно получить материалы с требуемым сочетанием эксплуатационных и технологических свойств. Использование в одном материале нескольких матриц (полиматричные композиционные материалы) или наполнителей различной природы (гибридные композиционные материалы) значительно расширяет возможности регулирования свойств композиционных материалов. Армирующие наполнители воспринимают основную долю нагрузки композиционных материалов.

Композиты можно разделить по следующим признакам:

1. По природе матрицы:

• Термореактивная матрица – это матрица, полученная отверждением эпоксидных, эфирных олигомеров в процессе изготовления материала;

• Термопластичная матрица – это матрица, которая расплавляется для пропитки наполнителя, а затем охлаждается;

• Гибридная матрица – это сочетание термореактивных и термопластичных компонентов.

2. По природе и форме наполнителя:

• Органические и неорганические вещества природного или искусственного происхождения;

• Дисперсно-наполненные композиты;

• Материалы на основе коротких и непрерывных волокон.

3. По структуре полимерных композитов:

• Матричная – для материалов на основе дисперсных и коротких волокнистых частиц;

• Слоистая (двухмерная) и объемная (трехмерная) для армированных пластиков на основе тканных и нетканых материалов.

4. По степени ориентации наполнителя, анизотропии материала:

• Хаотическое расположение частиц и волокон – изотропная структура;

• Однонаправленная ориентация волокон – резко выраженная анизотропия;

• Перекрестная, ортотропная ориентация: ,  – заданная анизотропия;

• Косоугольная ориентация волокон под углами, отличающимися от – заданная анизотропия;

• Веерная структура, состоит из слоев с разной ориентацией волокон – заданная анизотропия.

5. По методам изготовления материалов и изделий:

• Одностадийные методы: экструзия и «мокрая» намотка, протяжка, вакуумное формование;

• Двухстадийные методы предварительного получения пропитанных связующим неориентированных или ориентированных волокнистых материалов с последующим формованием материала методом «сухой» намотки, прессования.

6. По количеству компонентов:

• Двухкомпонентные ПКМ (Полимерные Композиционные Материалы);

• Трехкомпонентные ПКМ, соединяющие дисперсные частицы и короткие волокна;

• Поливолоконные гибридные ПКМ, соединяющие волокна с близкой (стеклоорганопластики) или, наоборот, существенно различной (стеклоуглепластики) деформативностью;

• Полиматричные структуры, на основе сочетания термореактивных и термопластичных связующих.

7. По объемному содержанию наполнителя:

• С неориентированной структурой 30 – 40 %;

• Ориентированной структурой 50 – 75 %;

• Высоко- и предельно наполненные органоволокниты 75 – 95%.

8. По функциональности:

• Однофункциональные (конструкционные);

• Многофункциональные, способные к самодиагностированию (умные);

• Многофункциональные, способные к самодиагностированию и самоадаптации.

Преимущества композиционных материалов:

-высокая удельная прочность;

-высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 ГПа);

-высокая износостойкость;

-высокая усталостная прочность;

Наиболее частые недостатки композиционных материалов:

-высокая стоимость;

-анизотропия свойств;

-повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны .

Среди композиционных материалов в настоящее время наибольшее распространение получили стеклопластики на основе полимерного связующего [2].