Лабораторная работа № 4 определение количественного содержания составляющих композиционных пластмасс

4.1 Цель проведения лабораторной работы

Изучить строение и пористость композиционных материалов с неметаллической матрицей.

Задачи проведения лабораторной работы состоят в том, чтобы

знать: строение композиционных материалов, виды композитов с неметаллической матрицей, физико-механические свойства, области применения, методику проведения и обработку результатов испытаний на определение объемного содержания наполнителя и связующего, а также пористости;

уметь: самостоятельно проводить испытания по определению объемного содержания наполнителя и связующего в стекловолокнитах, а также их пористости.

4.2 Основные теоретические положения

Композиционными называют материалы, состоящие из конструктивных элементов, разделенные ярко выраженной границей. При этом их свойства резко отличаются.

В состав композиционных материалов наряду с матрицей, которая связывает композицию и придает ей форму, вводят наполнители (волокнистые, листовые) и различные специальные добавки, которые существенно изменяют весь комплекс физико-механических и химических свойств материала.

Наполнитель, как правило, улучшает механические свойства, изменяет коэффициент трения, снижает горючесть, расширяет интервал рабочих температур и влияет на другие свойства материала. Таким образом, конструктивные элементы композиционного материала дополняют друг друга (например, пластичная матрица и прочный, но хрупкий упрочнитель).

Свойства композиционных материалов определяются свойствами и объемными долями входящих в них составляющих, а также прочностью связи между ними.

Кроме того, строение неметаллических материалов, характеризуемое степенью структурной однородности, оказывает большое влияние на вес, механические свойства, устойчивость к термоокислительной деструкции, воздействию различных жидких и газообразных сред и т.д.

Нарушения структурной однородности материала могут быть вызваны неравномерным распределением исходных компонентов, наличием посторонних примесей, пор, газовых включений, вследствие чего материал становится неравнопрочным.

Среди различных композитов, применяемых в современной технике, широкое применение нашли композиционные материалы на неметаллической основе.

Для таких композитов используют полимерные, углеродные и керамические матрицы.

Среди полимерных наибольшее распространение получили матрицы на основе эпоксидного, фенолоформальдегидного и полиамидного связующего.

Угольные матрицы, коксованные или пироуглеродные, получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу.

В качестве упрочнителей служат различные виды волокон: стеклянные, углеродные, борные, органические, волокна на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов), а также металлические проволоки, обладающие высокой прочностью и жесткостью.

По виду упрочнителя композиционные материалы классифицируют на стекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, карбостекловолокниты, карбоволокниты с углеродной матрицей, бороволокниты и органоволокниты.

Полимерные карбоволокниты используют в судо- и автомобилестроении (кузова гоночных машин, шасси, гребные винты). Кроме того, из них изготавливают подшипники, панели отопления, спортивный инвентарь, части ЭВМ. Высокомодульные карбоволокниты применяют для изготовления деталей авиационной техники, аппаратуры для химической промышленности, деталей рентгеновского оборудования.

Карбоволокниты с углеродной матрицей заменяют различные типы графитов. Они применяются для тепловой защиты, изготовления тормозных дисков в авиастроении, производства химически стойкой аппаратуры.

Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космической технике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов и трансмиссионные валы вертолетов).

Органоволокниты применяют в качестве изоляционнго и конструкционного материала в электрорадиопромышленности, авиационной технике, автомобилестроении. Кроме того, из них изготавливают трубы, емкости для реактивов, покрытия корпусов судов.

Физико-механические свойства различных видов композиционных материалов с полимерной матрицей приведены в таблице 4.1.