Что такое композитные материалы.

Что такое композитные материалы.

Что общего между железобетоном, авиационной фанерой и стеклопластиком? Эти известные материалы появились в разное время. У каждого из них свои характеристики и своя область применения. Объединяет эти твердые конструкции одно — все они относятся к особому виду соединений, композитам, необычным материалам, без которых сегодня невозможно представить сегодняшний мир.

Развитие современной мировой экономики, промышленности, техники немыслимо без применения композитов.

Эволюция материалов — основа технического прогресса. Традиционные массивы и сплавы выработали свой ресурс. Они больше не справляются с запросами архитекторов, конструкторов и инженеров. Современные композиты дали человеку новые возможности. Благодаря своим уникальным свойствам, их уже называют материалом будущего.

Всегда главным толкателем науки в области композитов была авиация, потому что самолет предъявляет наибольшие требования к материалу. Все современные изделия боевой и гражданской авиации без композитов уже не обходятся.

Сотни лет человек пользовался одним и тем же натуральным сырьем и сплавами, такими как железо или сталь. В XX веке в сфере материалов произошла настоящая революция. Открытие полимеров позволила ученым создать твердые соединения с оригинальными свойствами. Материалы состоящие из нескольких компонентов получили название — композиционные. Прообраз всех композитов — железобетон.

Свойства композита превосходят индивидуальные качества его элементов: связующей матрицы (полимерный связующий) и армирующего наполнителя. Яркий пример такой эффективной комбинации — дельта-древесина, первый серийный отечественный композит. Его разработали в институте авиационных материалов в 1940 году. До сих пор ее можно приобрести в строительных магазинах под названием авиационная фанера, которая используется и при производстве мебели и в строительстве. В отличие от дерева, авиационная фанера плохо горит и практически не уступает алюминию по прочности.

Защита от внешних факторов — зона ответственности полимерных связующих. Эти субстанции производят на основе эпоксидных, фенольных, кремне-органических и полиамидных смол. Прочность и жесткость конструкции придает армирующий наполнитель. Первый этап производства композита — сплетение гибкого массива. Базой для этого материала стало стекловолокно.

Стеклянные волокна получаются из специальных расплавов кварцевых стекол, в которые вносятся соответствующие добавки, вытягивают в соответствующих фильерах при очень высоких температурах и получают непрерывные волокна, которые собирают в жгуты.

Доступное сырье сделало стеклопластик самым популярным видом полимерных композитов. Сегодня изделия из кварцевого волокна окружают нас на каждом шагу: оконные профили, бассейны, лодки, детали автомобилей, интерьеры и корпуса самолетов. Везде можно встретить этот легкий и прочный материал. Однако еще в прошлом веке у стеклопластика появился сильный конкурент — углеродное волокно, карбон. Углеродные композиты, углепластики, необходимы для производства самых ответственных конструкций.

Углеродные волокна на данный момент самые прочные армирующие наполнители для самых высокопрочных конструкций с композиционных материалов. В углепластике можно реализовать 2500 — 3000 МПа. Для сравнения самая лучшая сталь 1300 МПа. 3000 МПа — это нагрузка в 300 кг, которую выдержит 1 мм2 материала.

Одним из главных преимуществ композиционного материала является такое понятие как анизотропия свойств, т. е. В разных направлениях материал имеет разную прочность, разную жесткость. Умелые конструкторы используют это качество, чтобы дать готовому изделию определенные свойства в нужном направлении. Если нужно чтоб материал имел в продольном направлении максимальную прочность, то все волокна положим в одном направлении. Если надо ее распределить, то материал необходимо укладывать в разных направлениях.

Из всех физических воздействий композиционные материалы больше всего боятся удара. Падение обычного молотка может привести к необратимым последствиям, расслоению и замене конструкции целиком. Новые термопластичные добавки увеличивают вязкость и эластичность полимерной матрицы. Они словно гасят энергию удара.

Будущее за интеллектуальными материалами и интеллектуальными конструкциями. В современном мире конструкции из полимерных композитных материалов можно встретить везде, от окружающих бытовых приборов до атомных электростанций. Уже сегодня ученые научились использовать не только преимущества этих соединений, но и создавать композиты с индивидуальными свойствами. И в этом среди известных материалов им нет равных.

По материалам передачи «Композиционные материалы» телеканала Наука 2.0.