12.5. Гібридні матеріали

До гібридних відносять такі матеріали, в яких використовуються шари із двох і більше типів волокон, що підвищують ті або інші властивості матеріалу. Існує п’ять основних типів гібридних композитів:

- усереднені − волокна рівномірно розподілені по всій масі композиту;

- внутришньошарові − волокна в кожному шарі регулярно чергуються;

- міжшарові − кожен шар композиту містить волокна одного виду;

- такі, що містять окремі підсилювальні елементи (зв’язки, ребра жорсткості) і волокна різних видів;

- супергібриди, тобто такі, що містять шари з органічною матрицею і металевою матрицею у вигляді фольги, що покладені в певній послідовності.

12.6. Органопластики

Органопластики виготовляють із застосуванням різноманітних органічних волокон і матеріалів на їх основі. Вони застосовуються в авіації, ракетобудуванні, у виробах військового призначення, спортивному спорядженні, для виготовлення різних оболонок, кабелів і канатів, армування шин і інших РТВ, для виробництва кулезахисного одягу і броні та ін.

Найцінніші органопластики отримують з використанням ароматичних поліамідних (так званих арамідних) волокон. Це лінійні полімери з амідними ланками в макромолекулярному ланцюзі, що містяться переважно між двома ароматичними кільцями. Їх отримують поліконденсацією діамінів і галогенангідридів дикарбонових кислот у розчині при низькій температурі.

При формуванні волокон розчин очищеного полімеру в сильній кислоті, наприклад концентрованій сірчаній, екструдується через філь’єру при температурі 51−100 °С і після проходження повітряного прошарку товщиною 5-19 мм попадає в осаджувальну ванну з холодної (0−4 °С) водою. Після ретельного промивання матеріал висушують на бобінах.

Волокно з продукту поліконденсації терефталоілхлориду і п-фенілендіаміну – полі-п-фенілентерефталаміду − має назву кевлар. Це кристалізований полімер, хімічну будову і міжмолекулярну взаємодію можна зобразити так:

.

Макромолекулярні ланцюги орієнтовані у напрямі осей волокна і зчеплені між собою водневими зв’язками. Відмінність енергій поздовжніх ковалентних і поперечних водневих зв’язків обумовлює високу анізотропію механічних властивостей волокон кевлар. Ароматичні кільця, що надають макромолекулам високу жорсткість, також сприяють орієнтації макромолекул, у результаті чого виникають протяжні щільні міцелярні структури. Це зменшує дефектність і визначає високу міцність волокон. Наявність ароматичних кілець у структурі макромолекул обумовлює також високу хімічну стабільність волокна. Кристалічна природа полімеру забезпечує високу термічну стабільність волокна. Волокно кевлар не перетерплює при нагріванні значних ентропійних змін аж до розкладання при високій температурі. Він має меншу пластичність при відносно високих температурах і істотно меншу крихкість, ніж більшість сітчастих полімерів. Кевлар випускається у вигляді пряжі, ровінга й тканин.

Властивості одновісно-орієнтованих листових композитів на основі волокна кевлар і різних епоксидних зв’язувальних можуть сильно змінюватися залежно від вибору зв’язувального й умов формування. Найчастіше це волокно застосовують для виготовлення резервуарів, здатних витримувати значні внутрішні тиски. ВКМ на основі кевлара виготовляють переважно методом намотки з використанням епоксидних зв’язувальних.

Текстоліти з текстильних матеріалів на основі кевлара виготовляють на епоксидних або поліефірних зв’язувальних.

Композиційні матеріали на основі волокна кевлар мають досить низькі зсувні характеристики. Ця проблема вирішується включенням до складу ВКМ інших волокон, наприклад, вуглецевих, тобто шляхом створення гібридних композитів. Арамідні й вуглецеві волокна звичайно добре сполучаються в матеріалі завдяки близьким значенням коефіцієнтів лінійного розширення. Використання арамідних волокон у гібридних композитах з вуглецевими волокнами поліпшує ударну в’язкість ВКМ у порівнянні з вуглепластиками, при деякому зниженні міцності й твердості.