книги / Композиционные материалы

Графитопласты - КПМ, содержащие в качестве наполнителя при­ родный и искусственный графит или карбонизированные продукты (кокс, термоантрацит и т.п.). Характерным представителем графитонаполненных полиамидов является АТМ-2 - антифрикционный самосмазывающийся литьевой материал на основе капрона, обладающий повышенной механи­ ческой прочностью, жесткостью, теплопроводностью, низким и стабиль­ ным коэффициентом линейного расширения (см. табл. 8).

Саженаполненные каучуки применяют при производстве шинных протекторов. Вулканизаты из таких каучуков обладают высокими показа­ телями износостойкости и выносливости при многократных деформациях.

Порошковые фено- и аминопласты имеют широкую номенклатуру, включающую материалы для литейных форм и стержней (наполнитель - кварцевый песок, 95-97 %), для абразивных инструментов (при наполне­ нии корундом, оксидами алюминия, алмазами), теплообменной и химиче­ ской аппаратуры и др. Свойства таких материалов приведены в табл. 9.

С пластиками этой группы сходны текстурированные материалы на основе кристаллических полимеров, в которых кристаллические участки образуют элементы макроструктуры (текстуру) с преимущественной ори­ ентацией. Текстура обусловливает анизотропию прочности, твердости, оп­ тических, электрических и других свойств пластиков.

К наполненным пластикам можно отнести также КПМ, содержащие компоненты в жидкой фазе.

Противокоррозионные пластики - КПМ, содержащие ингибиторы коррозии. В зависимости от назначения и условий эксплуатации исполь­ зуют материалы с матрицами, снабженными системой сообщающихся или закрытых пор. В первом случае выделение ингибиторов коррозии из мат­ рицы на поверхность сопряженной металлической детали происходит са­ мопроизвольно, во втором - открытие пор, в которых заключен ингибитор, имеет место при внешних механических воздействиях (давлении, изнаши­ вании и т.п.).

Противокоррозионные пластики выполняют в машинах основную функцию конструкционного материала и обладают дополнительными функциональными свойствами, предохраняя от коррозии сопряженные ме­ таллические детали. Чехление деталей в ингибированную полиэтиленовую пленку обеспечивает их защиту от коррозии в течение 3-7 лет.

КПМ, содержащие компоненты в газовой фазе, - пенопласты, поро­ пласты, пластики с полым наполнителем применяют для защиты машин, оборудования, установок и т.п. от нежелательного теплового обмена с ок­ ружающей средой (теплоизоляционные материалы), а также для поглоще­ ния шумов внутри помещения или (и) защиты его от проникновения звука извне (акустические или звукопоглощающие материалы). В табл. 10 при-

Свойства наполненных пластиков, содержащих компоненты в газовой фазе

применяют в судостроении (корпуса судов), транспортном машинострое­ нии (кузова автомобилей, цистерны и др.), в авиации и ракетной технике (радиопрозрачные обтекатели, лопасти вертолетов и т.д.), в химической промышленности (коррозионно-стойкое оборудование и трубопроводы), в строительстве (несущие и облицовочные элементы), в электро- и радио­ технике (изоляторы и др.).

В ориентированных однонаправленных стекловолокнитах упрочняю­ щие непрерывные волокна расположены в направлении действия нагрузки. Однонаправленные стекловолокниты отличаются анизотропией свойств. Наибольшую прочность и жесткость такие композиции имеют вдоль воло­ кон. Этот недостаток устранен в перекрестно армированных ориентиро­ ванных стеклопластиках, в которых волокна расположены по различным направлениям.

Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) содержит стеклянные нити при соотношении продольных и поперечных слоев 1:1 (волокно Е). СВАМ имеет следующие характеристики: ств = 460-500 МПа, модуль упругости Е > 35000 МПа. В случае соотношения слоев 10:1 пре­ дел прочности возрастает до 850-950 МПа, а модуль упругости - до 58000 МПа. Однонаправленный стекловолокнит, армированный высоко­ прочным волокном ВМ-1 имеет предел прочности в направлении волокон 2100 МПа и модуль упругости 70000 МПа.

Прочность стекловолокнитов зависит от объемного содержания на­ полнителя и повышается с его увеличением.

Уменьшая диаметр волокон и вводя в матрицу монокристаллы А120з, добиваются увеличения прочности стеклопластиков до 2000-2400 МПа.

Свойства стекловолокнитов приведены в табл. 11.

По демпфирующим свойствам стеклопластики превосходят металлы и хорошо работают в условиях вибрации.

По применению стеклопластики делят на конструкционные, электро­ технические и радиотехнические. В качестве конструкционного материала используют как однонаправленные, так и неориентированные стеклопла­ стики.

Однонаправленные стекловолокниты применяют для изготовления труб и различных профилей, в которых при эксплуатации нагрузки на­ правлены по длине детали. Полосы или профильные накладки из однона­ правленных стеклопластиков наклеивают на наиболее нагруженные сече­ ния детали по ее длине, тем самым выполняют местное упрочнение конст­ рукции.

Неориентированные пластики применяют в производстве корпусов лодок, автомобилей, катеров, мебели, покрытий полов, облицовки бытовых и железобетонных конструкций, силовых деталей электрооборудования.

Материалы с перекрестным армированием используют в конструкци­ ях типа оболочки, в секциях крыльев, хвостового оперения и фюзеляжа самолетов. Из этих материалов производят плиты, трубы, корпуса ракет и твердотопливных двигателей, сосуды высокого давления, лопасти вертоле­ тов, радиолокационные обтекатели, топливные баки, пресс-формы, изоля­ торы для электродвигателей и трансформаторов, футеровку емкостей для химического машиностроения и другие изделия для различных областей техники.

Асбопластики - теплостойкие КПМ, матрица которых наполнена ас­ бестовыми материалами. Они длительно сохраняют механические свойст­ ва при температурах до 400 °С. Из асбопластиков изготовляют лопатки ро­ тационных насосов, коллекторы электрических машин, тормозные колод­ ки, химическую аппаратуру, элементы тепловой защиты ракет и др. Из­ вестным асбопластиком являются в о л о к н и т ы - пресс-материалы, со­ стоящие из рубленного волокна, пропитанного термореактивной синтети­ ческой смолой. Волокниты, содержащие хлопковое или химическое во­ локно, называют органоволокнитами, углеродное - карбоволокнитами, борное - бороволокнитами и т.д. Матрицы волокнитов изготовляют из фенолоформальдегидной смолы резольного или новолачного типа, иногда для пропитки волокнистых наполнителей используют другие синтетиче­ ские смолы. В этом случае в названии материала к слову «волокнит» до­ бавляют начальные слоги из названия смолы, например, мелаволокнит - КПМ на основе меламино-формальдегидной смолы. Из волокнитов изго­ товляют детали с высоким сопротивлением ударным нагрузкам: корпуса и крышки аппаратов, шестерни, втулки, строительные панели и др.

Углеродопластики (карбопласты, углепластики) - КПМ, содержащие в качестве упрочняющего наполнителя углеродные волокна. Это прочные, жесткие, термически и химически устойчивые материалы с высокой элек­ тро- и теплопроводностью, небольшой плотностью, низкими значениями коэффициентов линейного расширения и трения (см. табл. 11). Из углеродопластиков выполняют детали ракет, самолетов, судов, спортинвентарь и др. Их применяют для изготовления деталей автомобилей, чтобы преду­ предить влияние внешнего электромагнитного поля на работоспособность электронных устройств, а также для защиты радиоаппаратуры от излуче­ ния двигателя.

Боропластики (бороволокниты) - композиционные 1атериалы на матрице из термопластичных или термореактивных пола, геров, содержа­ щие волокна бора в качестве упрочняющего наполните ля. Боропластики отличаются очень высокой прочностью, жесткостью и термостойкостью. Из них изготовляют несущие детали (винты, рули, обшивка крыльев, ло­ патки вентиляторов) самолетов и энергетических машин, спортивный ин­ вентарь.

Свойства волокнистых армированных пластиков приведены в табл. 11.

К слоистым армированным пластикам относят некоторые из перечис­ ленных материалов с наполнителями в виде ткани (стеклопластики, асбо­ пластики, углеродопластики), а также текстолиты, гетинакс, металлопласт, древесно-слоистые пластики.

Текстолиты - материалы, состоящие из слоев ткани, пропитанной термореактивной синтетической смолой. Характеризуются высокой проч­ ностью, мало зависящей от температуры. Различают текстолиты на основе хлопчатобумажной ткани, стеклотекстолиты (стеклоткань), асботекстолиты (асбестовая ткань), органотекстолиты (ткань из синтетических воло­ кон), карботекстолиты (угольная ткань). Из текстолитов изготовляют крупногабаритные изделия сложной формы (например, из стеклотекстоли­ та - корпуса судов), вкладыши подшипников, электротехнические изделия. Асботекстолиты применяют для теплозащиты ракет и как фрикционный материал.

Гетинакс - слоистый пластик на основе бумаги, пропитанной термо­ реактивной синтетической смолой. Он отличается высокими механически­ ми и электроизоляционными свойствами, поэтому его применяют в основ­ ном при изготовлении электротехнических изделий. Листы и цилиндриче­ ские заготовки из гетинакса используют в производстве трансформаторов, телефонов, радиоаппаратуры и др. Для изготовления гетинакса электро­ технического назначения используют бумагу из сульфатной целлюлозы. Органогетинакс - слоистый пластик на основе бумаги из синтетических волокон. Иногда гетинакс армируют металлической фольгой, облицовы­ вают хлопчатобумажными, стеклянными или асбестовыми тканями. В ка­ честве связующих при производстве гетинакса применяют фенолоформальдегидные, эпоксидно-фенольные, меламиноформальдегидные и дру­ гие смолы.

Металлопласт - конструкционный материал, состоящий из металли­ ческого листа, покрытого с одной стороны или с двух сторон слоем поли­ мера, например полиэтилена, фторопласта, поливинилхлорида. Технология изготовления металлопласта включает в себя наклеивание на металличе­ ские листы полимерной пленки, нанесение паст, напыление порошкооб­ разного полимера и другие методы. Металлопласты можно длительно экс­ плуатировать в интервале температур от -40 °С до +65 °С, штамповать, сваривать электродуговой сваркой без удаления покрытия. Их применяют для защиты от коррозии и декоративной отделки стен и крыш зданий, в производстве кузовов автомобилей, холодильников и др.

Древесно-слоистые пластики - материалы, получаемые горячим прессованием тонких листов древесины (шпона), пропитанных синтетиче­ скими термореактивными смолами. Шпон из лиственных пород древесины