Армирование пластмасс

Армирование пластмасс - метод усиления пластмасс другими материалами (например, металлом или гуглеродом) для повышения прочности изделий, улучшения физико-механических показателей таких пластмасс, значительного снижения усадки. Новые, современные промышленные материалы и изделия, получаемые с помощью армирования пластмасс, имеют улучшенную структуру и физико-механические свойства, что значительно расширило область применения таких пластмасс.
Пластмассы, армированные углеродом, представляют собой полимерную матрицу, упрочненную углеродными волокнами. Технологический процесс армирования пластмасс проивходит на стадии получения самого композита.
Композиционными материалами или композитами называют материалы, полученные соединением двух и больше компонентов, которые нерастворимы или малорастворимы друг в друге, и наделены сильно отличающимися химическими свойствами. Один компонент композиционных материалов всегда пластичен (он является соединительным веществом композитов, или матрицей), а второй - имеет высокие характеристики прочности (является укрепителем композита). Таким образом, в композиционных материалах каждый компонент играет свою специфическую роль - матрица обеспечивает пластичность материала, а укрепитель - его феноменальную прочность. Свойства композиционных материалов в огромной степени зависят от материалов матрицы и укрепителя, их количественного соотношения, а для волокнистых композитов - от схемы их армирования и длины волокон.
Матрица связывает композит, придает ему форму. Именно от свойств матрицы зависят технологические режимы получения композиционных материалов, а также такие важные характеристики как рабочая температура, прочность, и плотность материала. Для создания матриц применяются различные материалы - металл, керамика, углерод. В каждом конкретном случае матрица играет свою роль.
Особенный интерес представляют композиционные материалы с углеродными матрицами и укрепителем в виде углеродного волокна. Их еще называют углекомпозитами. Армированные углеродом пластмассы имеют небольшую плотность - всего 1,3-2,1 т/м3. А механические свойства углекомпозитов в большей степени зависят от схемы их армирования. Прочность углекомпозитов, таким образом, может меняться от 100 до 1000 мПа.
В зависимости от схемы армирования волокнами или тканями свойства углекомпозитных материалов могут меняться в достаточно широких границах. Меняется их прочность, температура плавления, а также коэффициент трения.
Так, если волокна уложены горизонтально - углекомпозитный материал имеет очень низкий показатель трения и может работать как антифрикционный. Его прочность в таком случае составляет до 700мПа.
В то же время, если волокна направлены перпендикулярно поверхности, коэффициент трения растет до 0,8, и такой углекомпозитный материал может использоваться как фрикционный материал в тормозных системах, причем ресурс его работы увеличивается в 2-3 раза, а прочность в этом случае растет вплоть до 1000 мПа.
Предпочтительным является многоосевое армирование материала, благодаря которому углекомпозиты и приобретают свои основные уникальные свойства - увеличение прочности и модуля упругости с повышением температуры (как только температура начинает повышаться - повышается потенциальная прочность углекомпозита, вплоть до 1000мПа).
Углекомпозитным материалам свойственны высокая теплоемкость, сопротивление тепловому удару, эрозии. Кроме того композиты отличаются высокой радиационной и коррозийной стойкостью, низким коэффициентом линейного расширения, широким диапазоном электромеханических свойств.
Благодаря уникальной прочности и износостойкости материала, применение углекомпозита оказывается весьма оправданным также и с экономической точки зрения. На единицу удельного веса изготовленного из углекомпозиционного материала изделия потребуется практически в 3 раза меньше энергии, чем на изготовление изделия из стали, и где-то в двадцать раз меньше, чем на изделие из титана. Тонна углеродных композитов способна заменить около двадцати тонн высoколегированной стали.
Именно уникальная прочность и износостойкость углекомпозиционных материалов предопределяет все более широкое их использование в современной технике.
Одно из улучшенных свойств изделий из армированных пластмасс - высокая коррозионная стойкость. Благодаря этому армирование пластмасс отлично себя показало при производстве таких контструкций, как корабельные мачты, рубки, баки, рангоуты, буи, детали радиолокаторов, оборудование химических предприятий, аэрокосмические конструкции.
Также одно из современных и перспективных направлений сегодня считается армирование пластмасс с помощью особо прочных полиамидных арамидных волокон. В данном случае армирование пластмасс осуществляется не только с использованием полиамидного модификатора в виде волокон или сетки, но и в качестве наполнителя в виде резаного волокна.

29.06.2013

29.06.2013, 3380 просмотров.