Список современных композитных материалов

05.12.2022 388 Вопрос-ответ
Список современных композитных материалов

Правильное сочетание разных по свойствам компонентов позволяет создать композитный материал. Без него сейчас немыслимо строительство, машиностроение другие сферы промышленности. Смысл композитов — в изменении свойств однородной основы путем включения дополнительных элементов. Например, добавление в керамическую основу арматуры — тонких металлических стержней — увеличивает прочность.

Классификация композитных материалов

В композитах два основных элемента — матрица и наполнитель. Они прочнее, чем простые вещества, более износостойкие, менее подвержены механическим повреждениям, при этом имеют меньший вес. Добавление наполнителя в несколько раз снижает стоимость готового продукта.

Форма наполнителя

Получаемый композит

Порошок

Дисперсно-упрочненный

Волокна

Волокнистый, армированный дискретным или непрерывными волокнами

Пластины

Слоистый, состоящий из чередующихся пластин

Все композиционные смеси делятся на группы в зависимости от структуры: 

  • слоистые — триплексные стекла (сочетание слоев полимерной пленки и стекла), 
  • волокнистые — кевлар (прочное пара-арамидное волокно), 
  • упрочненные частицами — содержание мелких компонентов 20–25%, размер больше 1 мкм,
  • дисперсно-упрочненные — включают от 1 до 15% порошка с песчинками менее 0,1 мкм,
  • нанокомпозиты — максимально мелкие частицы в составе размером 10–100 нм.

По видам используемой матрицы различают полимерные, керамические или металлические композиты. 

Полимерные композиты

Это самый большой класс композитов, матрицей для которых служат термопласты и термореактивные смолы. Первые сохраняют свои свойства при нагревании и охлаждении многократно, вторые единожды принимают свою структуру при нагреве. 

Разработка полимерных композитов позволила создавать материалы более легкие, при этом обладающие лучшими качествами. Их разновидности составляют целый перечень композитных материалов.

Стеклопластики

Сюда входят материалы, в которых используется полимерная основа, армированная стеклянными включениями. Их производят нагреванием неорганического стекла, формируя подходящие по размеру волокна. Стеклопластик — недорогой материал, активно используемый в строительстве, изготовлении приборов и спортинвентаря. Он необходим во многих промышленных сферах из-за своих свойств — низкой теплопроводности, прочности. Материал проводит радиоволны, но не пропускает электричество.

Углепластики

Этот вид содержит натуральные или искусственные углеродные волокна. Готовый материал получается неплотный, легкий и очень упругий. Он устойчив к высоким температурам, хорошо проводит ток. Непрозрачный, прочный, не меняет размеров при перепадах температур. Применяется в строительстве автомобилей и авиакосмической техники, для изготовления протезов и спортивных принадлежностей.

Углепластики

Боропластики

Этот сочетание полимерной основы и борных волокон. Такой наполнитель прочнее других при сжатии, поэтому композит получается износостойким и прочным, но хрупким в случае удара. Боропластик инертен к агрессивной среде. Из-за особенных свойств и высокой стоимости он имеет узкую сферу применения — в составе деталей и конструкций, где требуется хорошая надежность при высоких нагрузках, например, в авиастроении.

Боропластики

Органопластики

В качестве наполнителей здесь используются искусственные и натуральные органические волокна. Органопластик обладает более привлекательными эксплуатационными свойствами, чем стеклопластик. Он легче, у него меньше плотность, но по износостойкости он заметно превышает показатели. Предел прочности у него больше в 1,5 раза, а упругость выше в 2 раза. В качестве связующих элементов чаще всего выступают полимерные, фенольные и эпоксидные смолы. Органопластик отлично подходит для изготовления деталей электротехники, радиоприборов и всех видов транспорта.

Органопластики

Дисперсно-наполненные полимеры

Наполнителем служат порошки. Они добавляются для снижения стоимости или для придания материалу определенных свойств. Современный дешевый порошковый наполнитель — каолин. Готовый композит используется обычно для изготовления труб.

В состав могут входить природные компоненты — песок, древесная мука, глина, тальк, мел. Для создания материала с нужными свойствами и показателями прочности используют порошки разной твердости.

Текстолиты

Это полимерные композиты со слоистой структурой и тканевым наполнителем. Чаще всего из них делают кухонные поверхности — столешницы, декоративные панели. Производятся по технологии горячего прессования с предварительной пропиткой и сушкой. Слой полимерной матрицы армируется натуральным или синтетическим текстилем. Когда текстолиты только начали производить, они всегда имели форму пластины. Сейчас они доступны в разных формах. Из него производят амортизирующие и уплотнительные прокладки, подшипники. 

Текстолиты

Композиты на основе керамики

В основании этих материалов используются неорганические полимеры и керамические смеси. Они бывают природного происхождения и искусственно созданные. В матрицу добавляются высокопрочные наполнители — волокна, порошки, сетки.

Путем разного сочетания компонентов можно контролировать свойства готового материала и добиваться нужных характеристик в зависимости от планируемой сферы применения. Керамические композиты становятся частью деталей автомобилей, самолетов, космической техники. Они подходят для производства изделий, которые будут работать в агрессивных условиях — при больших нагрузках, на высоких скоростях и при воздействии экстремальных температур.

По структуре их можно разделить на следующие разновидности:

  • Дисперсный. В керамической основе по всему объему равномерно распределены частицы наполнителя.
  • Слоистый. Компоненты с разными свойствами располагаются поочередно слоями. Часто наполнителем становится фольга, реже — металлические порошки, нити, гранулы.
  • Армированный. Бывает с ориентированным и произвольным армированием. В качестве укрепляющего компонента используют волокна, нити кристаллов, металлопрокат и т.д.

Производство композитных материалов основано на технологии прессования и спекания. Часто основным компонентом выступают керамические порошки с определенной долей металлических включений. Компоненты смешивают, формируют и спекают. Армированные композиты производят по более сложной технологии, которая предусматривает правильную дозировку порошка и бережное перемешивания без повреждения наполнителя.

Композиты на основе керамики

Композитный материал на металлической основе

Он состоит из металла с волокнистыми включениями. Чаще всего для матрицы используется алюминий, никель, магний, а наполнителем могут быть волокна бора, углерода, карбида. Высокопрочные тугоплавкие волокна равномерно распределяются в металле, но не растворяются в нем. При этом дисперсные частицы смешиваются воедино с основным материалом. Наиболее популярные металлические композиты — углеалюминий, бороалюминий.

Волокнистые композиционные материалы

Это одна из разновидностей структуры композитных материалов. Они производятся путем армирования непрерывными волокнами каждого слоя матрицы. Иногда волокна могут быть сплетены в единое полотно, иметь форму конечного изделия или выполняться в формате трехмерных объектов.

Волокна наполнителя

Плотность, кг/м3

Прочность, МПа

Удельная прочность

Упругость, МПа

Бор

2500

7000

0,2

450 000

Алюминия оксид

3950

2000

0,4

390 000

Кремния карбид

3200

4000

0,7

540 000

Углерод

2000

3500

1,1

600 000

Стекло

2540

2800

1

74 000

Арамид (полимерное волокно)

1490

4000

1,6

150 000

Волокнистые композиты более упругие и жёсткие, обладают высоким коэффициентом выносливости, не склонны к образованию трещин.

Прочность материала зависит от свойств волокон. Например, для матрицы из алюминия или магния подойдёт борный или карбидный волокнистый наполнитель.

Сочетание компонентов с разными свойствами — не новшество, метод известен с давних времен. Современные композиты благодаря высоким технологиям в зависимости от цели использования могут получать разные свойства. 

Популярные статьи
Когда подорожает металлолом в 2022 году?
45872

Когда подорожает металлолом в 2022 году? Прогнозы, текущая ситуация, динамика цен на черный и цветной лом.

Когда подорожает металлолом? Прогноз цен на 2023 год
24838

Резкое падение цен на металлолом в середине 2022 года и восстановление спроса к 2023.

Цены на металл во втором полугодии 2022 года
23835

Цены на металл во втором полугодии 2022 года: прогнозы и мнения. Что ждет металлургических гигантов в России.

Особенности выбора арматуры
17657

Стальная арматура лишь на первый взгляд кажется простым изделием. На самом деле существует несколько технологических процессов производства арматурного проката.

Динамика цен на металлолом Октябрь 2022
17372

Динамика цен на металлолом в сентябре-октябре 2022 года. Графики внутреннего и внешнего рынка, прогнозы и причины падения.

ТОП-30 производителей металлочерепицы
16306

Металлочерепица является одним из лучших кровельных материалов. Мы составили рейтинг лучших производителей металлической черепицы по объему производства и продаж.

Падение цен на металл -50% летом 2022
13729

Снижение цен на металл в России 2022. Все предпосылки, текущая ситуация, прогнозы.

Цены на медь во втором полугодии 2022 года
12116

Причины и предпосылки для снижения цен на медь в 2022 году. Прогнозы, перспективы, цены медного лома в городах РФ.

ТОП-30 металлургических заводов России
10533

Металлургическая промышленность показывает большие темпы развития. Обуславливается это высоким спросом на стальное сырье. Учитывая объемы производства и численность работников, мы определили 30 лучших металлургических завода и комбината страны.

Прогноз цен на медь в 2023 году
10484

Прогноз цен на медь в 2023 году: мировые цены, товары из меди, причины падения

Вам будет интересно
Полный список изделий, где применяется арматура
121

Список, где применяется арматура: фундамент, плиты, опоры, конструкции без бетона, сетки арматурные, каркасы арматурные.

ТОП-50 благородных металлов
245

Список 50 благородных металлов. Уникальные свойства редких металлов. Цена за 1 грамм.

Прогноз цен на металл на январь 2023 года: динамика, прогноз, рост и падение
583

График цен на металл в январе 2023 года. Аналитика цен на металлы в России.

Динамика цен на арматуру в январе 2023 года
276

Падение цен на арматуру в январе 2023 года. Аналитика - причины падения цен. График цен на арматуру.

Прогноз цен на металлолом на январь 2023 — динамика, прогноз, рост и падение
1526

График прогноза цен на металл в январе 2023 года. Аналитика - причины падения цен на металлолом. Мировой кризис. Политический момент.

ТОП-20 самых редких металлов Мире
717

ТОП-20 самых редких металлов Мире и их характеристики, отличительные особенности.

Шум от стройки дома
547

В какое время лучше проводить ремонт дома, чтобы не мешать соседям. За что можно получить штраф во время строительных работ. Региональные законы о режиме тишины.

Металлургия детям - как познакомить детей с трудом взрослых?
256

Рассказать о значимости профессий металлургов с помощью мультфильмов.