Волокнистые углеродные материалы: виды и применение

Волокнистые композиционные материалы являются разновидностью композиционных материалов. Под термином «композиционные материалы» понимаются материалы, имеющие следующие отличительные признаки: не встречаются в природе, поскольку созданы человеком; состоят из двух или более компонентов, различающихся по своему химическому составу и разделенных выраженной границей; имеют новые свойства, отличающиеся от свойств составляющих их компонентов; неоднородны в микромасштабе и однородны в макромасштабе; состав, форма и распределение компонентов в изделии «запроектированы» заранее; свойства определяются каждым из компонентов (большой выбор которых вы найдете здесь), которые в связи с этим, должны быть в материале в строго нормируемых количествах.
Компонент, формирующий объем и конфигурацию композиционного материала, называется матрицей, компоненты с высоким уровнем упругопрочностных свойств, локально или непрерывно распределенный в объеме матрицы называется армирующим элементом. В качестве матрицы могут использоваться металлы, их сплавы, органические и неорганические полимеры, керамика и другие вещества. Армирующими компонентами чаще всего являются тонкодисперсные порошкообразные частицы или волокнистые материалы различной природы.
Существуют различные принципы классификации композиционных материалов. В частности, в зависимости от вида армирующего компонента композиты могут быть разделены на две основные группы: дисперсно-упрочненные и волокнистые композиционные материалы. Дисперсно-упрочненные композиты представляют собой материал, в матрице которого равномерно распределены мелкодисперсные частицы второго вещества. В таких материалах при нагружении всю нагрузку воспринимает матрица, в которой с помощью множества практически нерастворяющихся в ней частиц второй фазы создается структура, эффективно сопротивляющаяся пластической деформации. Особенность волокнистой композиционной структуры заключается в равномерном распределении высокопрочных, высокомодульных волокон в пластичной матрице (содержание их может достигать 75%). В дисперсно-упрочненных материалах оптимальным содержанием дисперсной фазы считается 2-4%. Дисперсные частицы в указанных материалах в отличие от волокон создают только «косвенное» упрочнение.
В волокнистых композиционных материалах волокна воспринимают основные напряжения, возникающие в композите при действии внешних нагрузок, и обеспечивают прочность и жесткость композиции в направлении ориентации волокон. Матрица, заполняющая межволокнистое пространство, обеспечивает совместную работу отдельных волокон за счет собственной жесткости и взаимодействия, существующего на границе раздела матрица - волокно. Механические свойства волокнистого композиционного материала определяются тремя основными параметрами: высокой прочностью армирующих волокон, жесткостью матрицы и прочностью связи на границе матрица-волокно.
К волокнистым композиционным материалам, наиболее широко применяемым в технике, можно отнести: полимерные композиционные материалы на основе термореактивных (эпоксидных, полиэфирных, феноло-формальдегидных, полиимидных и др.) и термопластичных связующих, армированных стеклянными (стеклопластики), углеродными (углепластики), органическими (органопластики), борными (боропластики) и др. волокнами; металлические композиционные материалы на основе сплавов Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Сг, армированных борными, углеродными или карбидкремниевыми волокнами, а также стальной, молибденовой или вольфрамовой проволокой; композиционные материалы на основе углерода, армированного углеродными волокнами (углерод-углеродные материалы); композиционные материалы на основе керамики, армированной углеродными, карбидкремниевыми и др. жаростойкими волокнами.

Тэги: н