7. Матричные материалы.
В композитах важным элементом является матрица, которая:
1) обеспечивает монолитность композита;
2) фиксирует форму изделия;
3) фиксирует взаимное расположение армирующих волокон;
4) распределяет действующее напряжение по объему материала, обеспечивая равномерную нагрузку на волокна и ее перераспределение при разрушении части волокон;
5) определяют метод изготовления изделий из композитов;
6) определяет возможность выполнения конструкции заданных габаритов;
7) определяет параметры технологических процессов и т. д.
Таким образом, требования, предъявляемые к матрицам, можно разделить на эксплуатационные и технологические.
Эксплуатационные требования. К ним относятся требования, связанные с механическими и физико-химическими свойствами материала матрицы. Они обеспечивают работоспособность композиции при действии различных эксплуатационных факторов:
1. Механические свойства матрицы должны обеспечивать совместную работу армирующих волокон или частиц при различных видах нагрузок.
2. Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композита в направлениях, отличных от ориентации волокон, а также при циклическом нагружении.
3. Природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита, характер изменения свойств при воздействии атмосферных и других факторов. С повышением температуры прочность и другие характеристики матричных материалов так же, как и прочность их соединений со многими типами волокон, снижается. Материал матрицы также характеризует устойчивость композита к воздействию внешней среды, химическую стойкость, частично теплофизические, электрические и другие свойства.
Технологические требования к матрице определяются протекающими обычно одновременно процессами получения композита и изделия из него, т. е. процессами совмещения армирующих волокон с матрицей и окончательного формообразования изделия. Целью технологических операций является:
1) обеспечение равномерного (без касания между собой) распределения волокон в матрице при заданном их объемном содержании;
2) максимально возможное сохранение прочностных свойств волокон;
3) создание достаточно прочного взаимодействия на границе волокно – матрица.
Рис. 9. Пространственные схемы армирования
Таким образом, к материалу матрицы предъявляют следующие требования:
1) хорошая смачиваемость волокна;
2) возможность предварительного изготовления полуфабрикатов (например, препрегов) с последующим изготовлением из них изделий;
3) качественное соединение нескольких слоев композитов в процессе формования;
4) невысокие значения параметров формообразования (например, температуры, давления и т. п.).
Для литейного производства применяются следующие матричные материалы: Al, Cu, Fe, Mg, Ni и др., а также промышленные сплавы на их основе.
8.Основные определения и классификация композиционных материалов.
Композиционный материал (КМ) - это материал, состоящий из двух или нескольких компонентов, которые отличаются по своей природе или химическому составу.
Компоненты в КМ объединены в монолитную единую структуру с границей раздела между структурными составляющими (компонентами), оптимальное сочетание которых позволяет получить комплекс физико-химических и механических свойств, отличающихся от комплекса свойств компонентов.
Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей.
Компонент или компоненты прерывистые, разъединенные матрицей, называются арматурой, или армирующим компонентом, или, иногда, наполнителем. Понятие «армирующий» означает «введенный в материал с целью изменения его свойств», но не несет в себе однозначного понятия «упрочняющий».
Композиционный материал классифицируется по нескольким основным признакам:
- материалу матрицы и армирующих компонентов;
- структуре: геометрии (морфологии) и расположению компонентов (структурных составляющих);
- методу получения;
- области применения.