ТКМ + / Зачет / TKM_OTVETY / композиты

Композиты-материалы состоящ.из двух или более материалов.

Компози́т (композицио́нный материа́л) — неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов.

Классификация композиционных материалов

По геометрии наполнителя композиционные материалы подразделяются на три группы:

• с нульмерными наполнителями, размеры которых в трех измерениях имеют один и тот же порядок;

• с одномерными наполнителями, один из размеров которых значительно превышает два других;

• с двухмерными наполнителями, два размера которых значительно превышают третий.

По схеме расположения наполнителей выделяют три группы композиционных материалов:

• с одноосным (линейным) расположением наполнителя в виде волокон, нитей, нитевидных кристаллов в матрице параллельно друг другу;

• с двухосным (плоскостным) расположением армирующего наполнителя, матов из нитевидных кристаллов, фольги в матрице в параллельных плоскостях;

• с трехосным (объемным) расположением армирующего наполнителя и отсутствием преимущественного направления в его расположении.

По природе компонентов композиционные материалы разделяются на четыре группы:

• композиционные материалы, содержащие компонент из металлов или сплавов;

• композиционные материалы, содержащие компонент из неорганических соединений оксидов, карбидов, нитридов и др.;

• композиционные материалы, содержащие компонент из неметаллических элементов, углерода, бора и др.;

• композиционные материалы, содержащие компонент из органических соединений эпоксидных, полиэфирных, фенольных и др.

1. Физико-технологические основы получения композиционных материалов

Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку: компонент, обладающий непрерывностью по всему объему, называют матрицей; компонент прерывный, разделенный в объеме композиционного материала, считают армирующим или упрочняющим.

В качестве матриц в композитах могут быть использованы металлы и их сплавы, а также полимеры органического или неорганического происхождения, керамические, углеродные и другие материалы. Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса получения композиции и ее эксплуатационные характеристики: плотность, удельную прочность, рабочую температуру, сопротивление усталостному разрушению и воздействию агрессивных сред.

Армирующие компоненты равномерно распределены в матрице. Они, как правило, обладают высокими прочностью, твердостью и модулем упругости, превосходящими эти показатели у матрицы.

Свойства композиционных материалов зависят не только от физико-химических свойств компонентов, но и прочности связи между ними. Обычно компоненты выбирают со свойствами, значительно отличающимися друг от друга. Высокая надежность в работе конструкций из композиционных материалов связана с особенностями распространения в них трещин. В обычных сплавах трещина развивается быстро, и скорость роста ее в период работы детали возрастает. В композиционных материалах трещина обычно возникает и развивается в матрице и, встречая на своем пути армирующий элемент, прекращает свое развитие.

Выбор метода получения композиции из различных сочетаний матрицы и армирующего компонента определяется рядом факторов: размерами, профилем и природой исходных материалов матрицы и упрочнителя; возможностью создания прочной связи на границе раздела матрица-упрочнитель; возможностью получения равномерного распределения упрочнителя в матрице; возможностью совмещения процессов получения композита и изготовления из него деталей; экономичностью процесса.

Комбинированные заготовки. При изготовлении заготовок сложной конфигурации значительный экономический эффект дает изготовление отдельных элементов заготовки прогрессивными методами (штамповка, отливка, сортовой и фасонный прокат) с последующим соединением этих элементов сваркой или другими способами. В сельскохозяйственных машинах сварку применяют: при изготовлении рам, колес, и т.д.

Изготовление резиновых деталей и полуфабрикатов

Резины - это пластмассы с редкосетчатой структурой, в которых связующим выступает полимер, находящийся в высокопластическом состоянии.

В качестве связующих используются натуральные и синтетические каучуки, обладающие высокой пластичностью. Чистый каучук, ползущий даже при комнатной температуре не может применяться в готовых изделиях. Для повышения упругих и других физико-механических свойств в каучук вводят специальные химические вещества - вулканизаторы.

Получаются резины различной твердости - мягкие, средней твердости, твердые.

Технология приготовления резиновых смесей состоит из ряда операций: подготовки ингредиентов, смешивания и получения полуфабрикатов требуемой формы. Подготовка ингредиентов включает нарезание каучука на куски и пластифицирование путем многократного пропускания через нагретые до 40-500С валки. Смешивание проводят в резиносмесителях или на вальцовочных машинах. Полученная масса подвергается каландированию на специальных машинах - каландрах. В результате получается сырая резина в виде листов или лент определенной толщины. Эти листы наматывают на деревянные бобины, на которых они могут храниться при 5-200С до 3-6 месяцев.

Из сырой резины методами прессования и литья под давлением изготавливают детали требуемой формы и размеров. Прессованием получают детали из сырой резины в специальных прессформах на гидравлических прессах, как в холодном, так и в горячем состоянии. В последнем случае вулканизация протекает одновременно с формовкой. Этим способом можно получить кольца, муфты и другие изделия.

Более прогрессивным методом является литье под давлением, в котором форма заполняется предварительно разогретой пластичной сырой резиновой смесью под давлением 30-150 МПа. Прочность резиновых изделий увеличивают армированием стальной проволокой, сеткой, капроном и другими материалами.

Завершающей стадией является вулканизация, обеспечивающая повышение прочности и упругости резины.