Главная страница
Навигация по странице:

  • КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Издательство МИСИ – МГСУСТРОИТЕЛЬСТВО

  • Композиционные материалы в строительстве

  • ГЛАВА 1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 1.1. Основные понятия Композиционными материалами (КМ)

  • Условия, необхомимые для создания композиционных материалов.

  • Методы получения композиционных материалов.

  • 1.2. Классификация композиционных материалов по геометрии и параметрам наполнителя В зависимости от геометрии армирующих элементов наполнителя и их взаимного

  • Классификация наполнителя по форме

  • Композиты с дисперсными наполнителями.

  • Слоистые композиционные материалы

  • Композиционные материалы в строительстве_уч.пособ. Композиционные материалы в строительстве


    Скачать 3.84 Mb.
    НазваниеКомпозиционные материалы в строительстве
    Дата11.10.2022
    Размер3.84 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаКомпозиционные материалы в строительстве_уч.пособ.pdf
    ТипДокументы
    #727912
    страница1 из 8
      1   2   3   4   5   6   7   8


    © Национальный исследовательский
    Московский государственный строительный университет, 2020
    ISBN 978-5-7264-2163-6
    Москва
    2020
    КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
    В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
    Издательство МИСИ – МГСУ
    СТРОИТЕЛЬСТВО
    Рекомендовано
    Учебно-методическим советом НИУ МГСУ в качестве учебного пособия
    для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство
    (№ 01 от 05.02.2019)

    УДК 678
    ББК 30.36
    К63
    Авторы:
    В.Г. Соловьев, В.Ф. Коровяков, О.А. Ларсен, Н.А. Гальцева
    Рецензенты: кандидат технических наук, доцент В.А. Ушков, доцент кафедры строительных материалов НИУ МГСУ; кандидат технических наук Д.А. Ильин, технический специалист
    ИТЦ ООО «ТЕХНОНИКОЛЬ — Строительные Системы»
    К63
    Композиционные материалы в строительстве [Электронный ресурс] : [учебное пособие для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство] / [В.Г. Соловьев и др.] ;
    Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный иссле- довательский Московский государственный строительный университет, кафедра технологии вяжущих веществ и бетонов. — Электрон. дан. и прогр. (3,8 Мб). — Москва : Издательство
    МИСИ – МГСУ, 2020. — Режим доступа: http://lib.mgsu.ru/. — Загл. с титул. экрана.
    ISBN 978-5-7264-2163-6 (сетевое)
    ISBN 978-5-7264-2162-9 (локальное)
    В учебном пособии дана характеристика композиционных материалов, приведены сведения об их классификации, применяемом сырье и особенностях технологических схем изготовления. Освещена сущность процессов, протекающих при изготовлении строительных материалов, представлены прису- щие им физико-механические свойства и области применения.
    Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство.
    Учебное электронное издание
    © Национальный исследовательский
    Московский государственный строительный университет, 2020

    Редактор Е.Б. Махиянова
    Корректор
    Л.А. Попова
    Компьютерная верстка В.Е. Гурьянчевой
    Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного
    Для создания электронного издания использовано:
    Microsoft Word 2010, ПО Adobe Acrobat
    Подписано к использованию 26.03.2020. Объем данных 3,8 Мб.
    Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
    «Национальный исследовательский
    Московский государственный строительный университет»
    129337, Москва, Ярославское ш., 26
    Издательство МИСИ – МГСУ.
    Тел.: (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95.
    E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

    Оглавление
    ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................... 5
    ГЛАВА 1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ .................................................................... 6 1.1.
    Основные понятия .............................................................................................................. 6 1.2.
    Классификация композиционных материалов по геометрии и параметрам наполнителя ........................................................................ 8
    ГЛАВА 2. КОМПОЗИЦИОННЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА.
    ВЯЖУЩИЕ НИЗКОЙ ВОДОПОТРЕБНОСТИ ....................................................... 13
    ГЛАВА 3. ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ .................................... 15 3.1.
    Общие положения .............................................................................................................. 15 3.2.
    Упругие и прочностные свойства волокнистых композитов ........................................ 16 3.3.
    Материалы матрицы .......................................................................................................... 17 3.4.
    Фибробетоны ...................................................................................................................... 18 3.5.
    Разновидности армирующих волокон .............................................................................. 20 3.6.
    Сталефибробетоны ............................................................................................................. 22 3.7.
    Бетоны, армированные неметаллическими волокнами .................................................. 30
    ГЛАВА 4. БЕТОНОПОЛИМЕРЫ ................................................................................................ 36 4.1.
    Основные понятия .............................................................................................................. 36 4.2.
    Бетонополимеры ................................................................................................................. 36 4.3.
    Полимербетоны .................................................................................................................. 37
    ГЛАВА 5. ДРЕВЕСНЫЕ КОМПОЗИТЫ НА МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ....................... 40 5.1.
    Общие понятия ................................................................................................................... 40 5.2.
    Влияние древесных наполнителей на структурообразование минеральных вяжущих ...................................................................................................... 41 5.3.
    Фибролит ............................................................................................................................. 41 5.4.
    Арболит ............................................................................................................................... 46 5.5.
    Цементно-стружечные плиты ........................................................................................... 48 5.6.
    Гипсоволокнистые листы .................................................................................................. 54 5.7.
    Гипсостружечные плиты ................................................................................................... 57 5.8.
    Системы КНАУФ ............................................................................................................... 58 5.9.
    Строительные композиты на основе магнезиальных вяжущих и древесных наполнителей ................................................................................................ 60
    ГЛАВА 6. ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ................ 63 6.1.
    Классификация древесно-полимерных композиционных материалов ......................... 63 6.2.
    Сырьевые материалы ......................................................................................................... 63 6.3.
    Клееная фанера ................................................................................................................... 64 6.4.
    Древесностружечные плиты ............................................................................................. 69 6.5.
    Древесноволокнистые плиты ............................................................................................ 72
    ГЛАВА 7. ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ....................................... 74 7.1.
    Общие понятия и положения ............................................................................................ 74 7.2.
    Композитная арматура ....................................................................................................... 76
    БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .......................................................................................... 85

    ВВЕДЕНИЕ
    Композиционные материалы (композиты) позволяют эффективно использовать индиви- дуальные свойства своих компонентов. В последние годы значительно возросло количество исследований и разработок в этой области, что связано с возможностью получения материа- лов с новыми функциональными свойствами. Новый термин в материаловедении — «компо- зиционный материал» — был предложен в середине прошлого века для определения, изуче- ния и прогнозирования свойств конструкционных материалов. Данное понятие объединяет в себе многообразие видов материалов, состоящих из двух или нескольких разнородных компонентов. По этой причине большинство материалов, существующих в природе или соз- данных человеком, можно считать композиционными. Однако принципиальные различия в механизмах упрочнения, обусловленные химическим составом, физико-механическими свойствами, формой и размерами составляющих, не позволяют рассматривать все двух- и мно- гокомпонентные системы с единых позиций и вызывают необходимость в определении со- временного толкования понятия «композиционные материалы» применительно к новым ма- териалам.
    История использования человеком композиционных материалов насчитывает много ве- ков, а его представление о них заимствовано у природы. Особенно широкое распространение композиты получили в строительстве. Так, сравнение прочности двух стержней одинакового сечения, изготовленных из бамбука и древесины, показывает, что прочность и гибкость пер- вого приблизительно в 2 раза больше. Такие исключительные свойства на протяжении дли- тельного времени нашли применение при изготовлении шестов для прыжков, корабельных мачт и т.д.
    Существует обширная группа материалов, сочетающих в себе необычные свойства разно- родных материалов. Например, железобетон — искусственно созданный на рубеже XIX–XX ве- ков материал — позволяет сооружать элементы пролетов мостов, балок, оболочек, воспри- нимающих значительные изгибающие нагрузки, конструкции которых из обычного бетона категорически невозможны ввиду недостаточной трещиностойкости при воздействии даже достаточно небольших изгибающих нагрузок.
    Чаще всего композиционные материалы представляют собой металлические или неметаллические конструкционные материалы, в которых, как правило, присутствуют уси- ливающие компоненты. В качестве таких компонентов могут выступать нити, волокна или хлопья более прочного материала.
    Применение дисперсного армирования в бетонах открывает широкие возможности для снижения материалоемкости, стоимости и трудоемкости конструкций по сравнению с тради- ционными бетонами, способствуя улучшению прочностных характеристик изгибаемых, сжа- тых, растянутых элементов конструкций, увеличивая трещиностойкость, ударную вязкость, износостойкость, термическое сопротивление и другие характеристики.
    5

    ГЛАВА 1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
    1.1. Основные понятия
    Композиционными материалами (КМ) называют искусственные многокомпонентные материалы, состоящие из матрицы и наполнителя. При этом между составляющими компо- нентами композита имеется четкая граница раздела фаз.
    Прочностные, эксплуатационные и другие свойства композиционного материала зависят от соотношения трех основных параметров:
    − прочности армирующих компонентов;
    − свойств и жесткости матрицы;
    − межфазового взаимодействия на границе между связующим и наполнителем.
    Основными признаками композитов принято считаться следующие:
    композиционный материал должен быть создан человеком;
    − композиционный материал (или композиция) образуется за счет объемного сочетания составляющих его компонентов.
    − композит должен обладать свойствами, которыми не обладает ни один из составляю- щих его материалов;
    − разнородные компоненты композита не должны химически взаимодействовать между собой;
    − композиционный материал должен состоять не менее чем из двух разнородных компо- нентов с четкой границей раздела между ними.
    По структуре и расположению компонентов композиционные материалы могут быть каркасными, матричными, слоистыми и иметь комбинированную структуру.
    Композиционные материалы также подразделяют по геометрии (форме) армирующего компонента, схеме его расположения в матрице и механизму упрочнения.
    Условия, необхомимые для создания композиционных материалов. При выборе ма- териалов для изготовления композита необходимо, чтобы между компонентами присутство- вала физико-химическая совместимость, которая сводится к следующему:
    − при изготовлении и в условиях эксплуатации компоненты, входящие в состав компо- зита, не должны образовывать химических соединений или твердых растворов, кото- рые могут снизить прочность армирующих элементов;
    − для выбранных компонентов следует обеспечить прочную связь между матрицей и на- полнителем;
    − различие между коэффициентами термического расширения компонентов не должно вызывать разрушения или растрескивание какого-либо из них в составе композита;
    − отсутствие остаточных деформаций при асимметричном цикле нагружения, способст- вующих снижению прочности композита;
    − полученный композиционный материал должен иметь лучшие показатели по удельной прочности и жесткости, чем монолитные материалы, используемые для создания са- мого композита в данных условиях;
    − вновь созданный композит должен быть экономически более эффективным, чем суще- ствующие материалы.
    Композиционные материалы различают:
    − по материалу матрицы;
    − армирующим компонентам;
    − геометрии компонентов, их структуре и их расположении в композите;
    − методам изготовления.
    Наиболее широко применяется классификация композитов по материалу матрицы. На рис. 1.1 приведена классификация композитов по виду применяемого материала матрицы.
    В соответствии с этим композиционные материалы подразделяются на металлические и не- металлические. К металлическим относятся композиты на металлической матрице, к неме-
    таллическим — цементные, керамические, полимерные, углеродистые материалы.
    6

    Композиты с матрицей смешанного типа носят название полиматричных композицион-
    ных материалов (рис. 1.2, а).
    Композиционные материалы, состоящие из трех и более компонентов и содержащие в своем составе наполнители различной природы, называются гибридными (полиармирован-
    ными) композитами (рис. 1.2, б).
    В композиционных материалах существенная роль отводится матрице, которая выполня- ет следующие функции:
    − обеспечивает монолитность композита;
    − выполняет укрепляющую функцию;
    − фиксирует взаимное расположение армирующих компонентов (волокон, дисперсных частиц) и форму изделия;
    − выполняет функцию равномерного распределения действующих напряжений по всему объему материала на наполнитель, а также их перераспределение при разрушении час- ти волокон.
    В качестве матрицы и наполнителя применяются самые разнообразные по природе и проис- хождению материалы. Существуют композиты на основе металлов, керамики, стекол, цементно- го камня, углерода, полимеров и других материалов. Матрица (связующее) является пластичной, а наполнитель (армирующие компоненты) обладает высокой прочностью и жесткостью.
    Рис. 1.1. Классификация композиционных материалов по материалу матрицы
    Методы получения композиционных материалов. Основные требования, предъяв- ляемые к любому методу изготовления композитов, состоят в максимальном сохранении ис- ходной прочности армирующих компонентов, обеспечении необходимой ориентации в мат- рице и создании условий для прочного соединения исходных компонентов.
    Для композитов на металлической матрице существует три основных метода синтеза компонентов, зависящих от исходного агрегатного состояния матрицы:
    − твердофазный (прокатка, диффузионная сварка, горячее динамическое прессование, сварка взрывом и магнитно-импульсным способом);
    − жидкофазный;
    − осаждение;
    − комбинированный.
    а
    б
    Рис. 1.2. Схемы армирования композитов:
    а — полиматричный композит; б — гибридный (полиармированный) композит
    7

    В процессе проведения твердофазного синтеза в качестве матрицы используются лис- товые материалы или материалы в порошкообразном состоянии. При этом создание компо- зита осуществляется в пресс-формах посредством совместного прессования порошкообраз- ного связующего с равномерно распределенными в нем дискретными волокнами (металли- ческими, керамическими, нитевидными кристаллами).
    Недостаток этого метода заключается в трудностях с приданием направления ориента- ции армирующих волокон. Так, например, для придания определенной ориентации арми- рующих компонентов виде нитевидных кристаллов их предварительно покрывают металлом
    (
    никелизация), после чего смесь волокон с матрицей из алюминиевого сплава помещают в магнитное поле, в котором волокна располагаются по направлению силовых линий.
    Достоинством метода являются высокие прочностные показатели получаемых изделий, минимальные допуски по размерам изделий, сокращение времени спекания, поскольку про- цессы прессования и спекания совмещаются. Недостатком метода является быстрый износ пресс-форм и невысокая производительность процесса.
    Жидкофазные методы изготовления композитов являются высокопроизводительными, применяются при изготовлении изделий сложной формы с возможностью использования жгутовых и тканевых армирующих материалов, позволяют полностью автоматизировать технологический процесс производства. Методы предусматривают получение металлических композитов путем совмещения армирующих волокон с расплавленной матрицей. К ним отно- сят методы пропитки волокон жидкими матричными сплавами и метод направленной кри- сталлизации. Недостатками данных методов являются высокая температура получения, при- сутствие межфазных взаимодействий и тщательный выбор компонентов.
    Метод осажденияпозволяет получать многослойные композиции, обладающие высокой прочностью. При производстве металлических композитов методом осаждения — напыле- ния матричный металл наносят на волокна из растворов солей или других химических со- единений при помощи плазменного или вакуумного напыления.
    Комбинированный метод получения композитов представляет собой сочетание двух и более указанных методов.
    1.2. Классификация композиционных материалов
    по геометрии и параметрам наполнителя
    В зависимости от геометрии армирующих элементов наполнителя и их взаимного
    расположения свойства композитов могут быть одинаковыми во всех направлениях — изо- тропными (дисперсно-упрочненные КМ) и различными — анизотропными (КМ, упрочнен- ные непрерывными волокнами, ориентированными в определенных направлениях). Изо-
    тропные композитыобладают одинаковыми свойствами во всех направлениях. К ним отно- сятся композиты с порошкообразными наполнителями. К числу изотропныхусловно можно отнести композиты с дискретными частицами. Свойства материалов с анизотропными свойствами зависят от направления расположения армирующего компонента, которые могут быть однонаправленными, слоистыми и трехмерно-направленными.
    Характер расположения составляющих элементов, как в направлениях действующих на- грузок, так и по отношению друг к другу, т.е. их упорядоченность, оказывает большое влия- ние на свойства композита. Композиты, обладающие высокой прочностью, имеют, как пра- вило, высокоупорядоченную структуру.
    Композиты в зависимости от геометрических размеров наполнителя подразделяют
    (табл. 1.1):
    − на нульмерные или дисперсно-упрочненные — упрочненные частицами с весьма со- измеримо малыми размерами в трех измерениях;
    − одномерные — армированные волокнами, с малыми размерами в двух направлениях и значительно превосходящим размером в третьем измерении;
    − двумерные — армированные наполнителем в виде слоев, листов, пластин или тканей с двумя размерами, соизмеримыми с размером композиционного материала и значи- тельно превосходящими третий размер.
    8

    Применение наполнителей различной формы и природы способствует улучшению физи- ческих, технологических и эксплуатационных свойств композитов. Например, для увеличе- ния прочности связи между волокнами на основе углерода или стекла в полимерное связую- щее вводятся частицы карбида кремния. Для повышения модуля упругости композиционных материалов с полимерной матрицей совместно вводятся волокна на основе стекла и бора.
    Таблица 1.1
    Классификация наполнителя по форме
    Компонент
    Геометрия компонента
    Соотношение размеров
    Нульмерный
    𝑙
    1
    𝐿 ≪ 1;
    𝑙
    2
    𝐿 ≪ 1;
    𝑙
    3
    𝐿 ≪ 1;
    Одномерный
    𝑙
    1
    𝐿

    1;
    𝑙
    2
    𝐿 ≪ 1;
    𝑙
    3
    𝐿 ≪ 1;
    Двумерный
    𝑙
    1
    𝐿 1;
    𝑙
    2
    𝐿 ≪ 1;
    𝑙
    3
    𝐿 1;
    Наполнители композитов могут выполнять различные функции. В зависимости от назначе-
    ния наполнители подразделяют на армирующие (усиливающие механические свойства) и техно-
    логические (изменяющие фрикционные, электрические, теплофизические и другие свойства).
    Варьируя объемное содержание составляющих компонентов можно получать компози- ционные материалы с заданными свойствами: высокой прочностью, жаростойкостью, высо- ким модулем упругости, абразивной стойкостью, а также необходимыми магнитными, ди- электрическими, радиопоглощающими показателями.
    В зависимости от схемы армирования или расположения армирующих компонентов в матрице (рис. 1.3) различают следующие виды композитов.
    Рис. 1.3. Классификация композитов по схеме армирования:
    9

    аодноосное армирование; б — двуосное армирование; в —трехосное армирование
    Композиты с одноосным (линейным) расположением армирующих компонентов в мат-
    рице (рис. 1.3, а), представляющих собой нульмерные и одномерные наполнители в виде частиц, волокон, нитей, ориентированных цепочек нитевидных кристаллов. При этом рас- стояние между нульмерными наполнителями вдоль одного направления значительно мень- ше, чем по двум другим, т.е. 𝑙
    𝑥
    ≪ 𝑙
    𝑦
    ; 𝑙
    𝑥
    ≪ 𝑙
    𝑧
    . Содержание нульмерных наполнителей в ком- позитах по объему составляет 1–5 %. При одноосном армировании одномерные наполнители располагаются параллельно друг другу.
    Композиты с двухосным (плоскостным) расположением армирующих компонентов
    (рис. 1.3, б) в виде нульмерных, одномерных и двумерных наполнителей, представляющих собой частицы, волокна, фольгу, маты. При этом, в случае армирования нульмерными и од- номерными наполнителями, они располагаются параллельно друг другу со значительно меньшим расстоянием между собой в пределах плоскости, чем между самими плоскостями, т.е. 𝑙
    𝑥
    ≪ 𝑙
    𝑧
    ; 𝑙
    𝑦
    ≪ 𝑙
    𝑧
    . Содержание нульмерных армирующих компонентов по объему может достигать 15–16 %. Одномерные наполнители располагаются параллельно в границах данной плоскости, но по отношению к другим плоскостям обычно под разными углами. Двумерные наполнители расположены параллельно друг другу.
    Композиты с трехосным (объемным) армирование (рис. 1.3, в), которые характеризуется отсутствием какого-либо направления в распределении наполнителя. Для армирования ис- пользуют нульмерные и одномерные наполнители. Располагаются нульмерные наполнители на одинаковом расстоянии от друга во всех трех измерениях в пределах одного порядка, т.е. 𝑙
    𝑥
    𝑙
    𝑦
    𝑙
    𝑧
    . При этом их содержание в матрице по объему может превышать 15 %. Одно- мерные наполнители располагаются в трех и более пересекающихся плоскостях.
    На рис. 1.4 представлены возможные схемы армирования композитов.
    Рис. 1.4. Схемы армирования композитов:
    а — хаотическая; б — слоистая; в — розеточная; г—з — ортогональное армирование; и — аксиально-радиально- окружная; к — аксиально-спиральная; л — радиально-спиральная; м — аксиально-радиально-спиральная
    В зависимости от характера взаимодействия с материалом матрицы наполнители подразделяют на инертные и активные (упрочняющие). Механизм взаимодействия матрицы с наполнителем определяется химической природой этих материалов и состоянием поверх- ности наполнителя. Наибольший эффект усиления достигается при возникновении между наполнителем и материалом матрицы химических связей или значительного адгезионного
    10
    взаимодействия. Наполнители, способные к такому взаимодействию с матрицей, называются
    активными. Инертными являются наполнители, не способные к этому взаимодействию. По- следние применяют для облегчения переработки или снижения стоимости изделий.
    По виду армирующего компонента композиционные материалы разделяются:
    − волокнистые — армированные дискретными или непрерывными волокнами, нитевид- ными кристаллами;
    − армированные дисперсными частицами с неопределенной, кубической, шарообразной или чешуйчатой формой;
    − слоистые, созданные путем прессования или прокатки разнородных материалов, арми- рованные непрерывными и дискретными пластинами;
    − нанокомпозиты, полученные путем введения в состав наночастиц размером 1–100 нм
    Волокнистые композитыпредставляют собой материал, армированный волокнами.
    Основой волокнистых наполнителей являются дискретные (короткие) или непрерывные эле- ментарные волокна, которые могут использоваться самостоятельно или для производства других форм волокнистых материалов: нитей, ровингов, лент, тканей, холстов и т. п.
    При создании волокнистых композитов применяются высокопрочные стеклянные, углерод- ные, борные и органические волокна, волокна растительного происхождения (льноволокно, дре- весные опилки), металлические проволоки, а также волокна и нитевидные кристаллы ряда кар- бидов, оксидов, нитридов и других соединений. разнообразные волокнистые материалы.
    Введение волокон в состав композита, даже в небольших количествах, приводит к сущест- венному улучшению механических характеристик материала. Значительное влияние на свойства композитов оказывает ориентация волокон, их размер и концентрация в объеме материала.
    Предел прочности волокнистых композиционных материалов прямо пропорционален пределу прочности волокон и их объемному содержанию. Прочность композиций с прерыви- стыми волокнами определяется механическими свойствами и длиной волокон, прочностью связи между компонентами, а также способностью матрицы сопротивляться сдвигающим напряжениям.
    Основное назначение матрицы в волокнистых композиционных материалах состоит в следующем:
    − объединении волокон в единое целое;
    − равномерном разобщении их между собой;
    − предохранении волокон от воздействия внешней среды;
    − перераспределении напряжений между волокнами.
    Волокнистые композиционные материалы изготавливают двумя способами:
    1) упрочняющая фаза в виде тончайших волокон образуется непосредственно при направленной кристаллизации эвтектических сплавов в случае применения металлической матрицы;
    2) упрочняющие волокна сначала подготавливаются отдельно, а затем вводятся в матрицу.
    Композиты с дисперсными наполнителями.В большинстве случаев дисперсные или порошковые наполнители рассматриваются как дешевые добавки или заполнители объема.
    Дисперсные наполнители отличаются формой частиц: сферические, пластинчатые, чешуйча- тые, игольчатые и др.
    Наполнители могут быть органического (порошки древесной муки, крахмала) и неорга- нического (тальк, мел, каолин, стекло) происхождения.
    Для получения полимерных КМ обычно применяют твердые наполнители:
    − тонкодисперсные с частицами зернистой формы (сажа, диоксид кремния, древесная мука, крахмал, мел, каолин и др,);
    − пластинчатой формы (тальк, слюда, графит и др.);
    − полые сферы из стекла шарообразной формы с функцией уменьшения веса композитов.
    В композиционных материалах на полимерной матрице дисперсные наполнители (сажа, графит, порошки металлов, рубленые волокна, порошки металлов и ферриты) применяются для придания материалу специальных электрофизических свойств.
    11

    Еще одной группой дисперсных наполнителей, которые все чаще используются в на- стоящее время, являются полимеры в форме дисперсных частиц.
    Композиционные материалы с применением дисперсных наполнителей на металлической матрице носят название дисперсно-упрочненных. В этом качестве применяются дисперсные час- тицы тугоплавких фаз: оксиды, бариды, нитриды, карбиды, такие как Al
    2
    O
    3
    , SiO
    2
    , BN, SiC.
    Дисперсно-упрочненные композиты на металлических матрицах относятся к классу по-
    рошковых композитов, содержат частицы размером 0,01–0,1 мкм с расстоянием между ними
    0,05–
    0,5 мкм. Объемное содержание наполнителя может достигать 1–15 % и зависит от схе- мы армирования. Дисперсно-упрочненные композиты представляют собой материал, со- стоящий из матрицы, воспринимающей основную нагрузку и являющейся основным несу- щим элементом, и дисперсного наполнителя, упрочняющего материал и оказывающего со- противление движению дислокаций при нагружении, которое препятствует развитию пластической деформации. Прочность дисперсно-упрочненных композитов тем выше, чем больше сопротивление упрочняющих частиц, и зависит от дислокационной структуры, фор- мируемой в процессе пластической деформации при изготовлении изделий.
    Прочность дисперсно-упрочненных композиционных материалов зависит от объемного содержания наполнителя, равномерности его распределения, дисперсности наполнителя и расстояния между его частицами. Сопротивление сдвигу возрастает с уменьшением расстоя- ния между частицами:
    σ = 𝐺𝑏/𝑙, где 𝐺 — модуль сдвига;
    𝑏 — межатомное расстояние;
    𝑙 — расстояние между частицами.
    Дисперсно-упрочненным композитам присущи свойства изотропии. Этим они отличают- ся от волокнистых композитов. В металлургии дисперсно-упрочненные композиты получают механическим и химическим смешиванием порошков, поверхностным или внутренним окислением, механическим легированием.
    Слоистые композиционные материалы представляют собой сочетание матрицы и на- полнителя, расположенного слоями. Примерами таких материалов являются триплекс, фане- ра, клееные деревянные конструкции и слоистые пластики.
    Нанокомпозитыявляются новым классом композиционных матералов, в составе кото- рых присутствуют частицы нанометрового диапазона. Размеры частиц, входящих в состав, находятся в диапазоне от 1–100 нм.
    12

      1   2   3   4   5   6   7   8


    написать администратору сайта