Электрические свойства.

Определяются при 23⁰С, 50%-ной относительной влажности по DIN 50014-23/50, ISO 291.

1. Удельное объёмное сопротивление (Volume resistivity, Spezifischer Durchgangs widerstand, ρ_v Ом ^. см (по IEC 93, образец 60х60х1мм, по ГОСТ 6433.4-71 80х80х1мм) определяется по DIN 53482, VDE 0303/3; ASTM D 257;)

2. Удельное поверхностное сопротивление (Surface resistivity, Spezifischer Oberflachenwiderstand, ρ_s, O_M (по IEC 93, образцы 60х60х1 или 80х80х1мм) определяется по DIN 53482, VDE0303/3; ГОСТ 6433.2)

3. Диэлектрическая проницаемость (Relative permittivity, Dielektriziatszahl, ε_r) при 100Гц и 1Мгц определяется (образцы 60х60х1, 80х80х1мм) определяется по IEC 250, DIN VDE 0303, часть 4; при 1КГц и 1ГГц (ε_к) по ASTM D150; ГОСТ 22372-77;

4. Коэффициент (тангенс угла) диэлектрических потерь (Dissipation factor, dielektrtishe verlustfaktor, tgδ) при 100Гц и 1Мгц определяется (образцы 60х60х1, 80х80х1мм) по IEC 250, DIN VDE 0303; ГОСТ 6433.4-71, 22372-77, 27496, 12723; при 1ГГц по ASTM D115, DIN 53482, VDE 030314;

5. Электропроводность, проводимость, γ=1/ρ_v, Ом^-1.см^-1 по ГОСТ 20214-74.

Коэффициент пропорциональности между напряжённостью E электрического поля и соответствующей плотностью то, ј = γ ^.Е

В системе СИ удельная объёмная электрическая проводимость выражается в S/см, См/м (1 См/м=10м^-1.м^-1), удельная поверхностная проводимость в См (1 См=10м^-1).

Теплофизические свойства

1. Теплоёмкость (heat capacity, wärme kapazität) – отношение количества теплоты, сообщённой системе, к изменению её температуры, количество теплоты, затрачиваемое на изменение температуры на один градус (удельная, на 1г; атомная, на 1г-атом; мольная, на 1 моль; изохорная С_v, при постоянном объёме, изобарная С_р при постоянном давлении), Дж/кг ^. К, Дж/моль ^. К; ГОСТ 22630.1,2; ASTM D177;

2. Теплопроводность (thermal conductivy, Wärmeleitfähigueit)-способность переносить тепло от более нагретых элементов к менее нагретым. Количественно характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, Вт/м ^. К; ГОСТ 22630, ASTM D177;(λ полистирола 0,13 Вт/м ^. К=0,112 ккал/м ^. ч ^{. 0}С);

3. Температуропроводность (temperature conductivity, Temperaturleitfähigheit), а = λ/C_p ^. ρ, м²/сек, параметр, характеризующий скорость распространения температуры под действием теплового потока в нестационарных температурных условиях; ГОСТ 22630; ASTM D177.

На основе полимеров разработан и широко используется в технике большой ассортимент ПМ, ПКМ, ВПКМ, различного назначения.

Конструкционные ВПКМ получают сочетанием высокопрочных волокон (ниетй, жгутов, лент) с термореактивными и термопластичными матрицами (глава1), с использованием принципов, реализация которых приводит к ВПКМ с требуемым уровнем конструкционных свойств.

Основными матрицами конструкционных ВПКМ на первых этапах их разработки и применения были составы на основе реактопластов (отверждённых эпоксидных, фенолоальдегидных, эпоксифенольных, имидных). Их недостатки стимулировали переход к использованию в качестве матриц жёсткоцепных термопластов. Полиарилены, полигетероарилены - полисульфоны, полифенилсульфиды, полиэфиркетоны, полиэфиримиды при теплостойкости 200-300⁰С имеют высокую трещинностойкость (G_Ic 1-2МДж/м²), высокую огнестойкость (КИ=30-60) и низкое (2-3%) равновесное водопоглощение. После получения из них плёнок и волокон решена проблема изготовления на основе их расплавов (вязкость при 300-350⁰С 10⁵-10³ Па ^. с) высоконаполненных термопластичных ВПКМ (плёночная и волоконная технология).

Оптимизация свойств матриц созданием гетерофазных дисперсий с эластичными микроразмерными наполнителями (эластификация без снижения упругопрочностных свойств, с повышением трещинностойкости) и наноразмерными наполнителями (нанотехнологическое модифицирование для повышения упругопрочностных свойств, обеспечение монолитности, огнестойкости, непроницаемости, тепло- и электрофизических свойств) позволяет получать ВПКМ с наиболее полной реализацией упругопрочностных свойств высокопрочных и высокомодульных волокон.

Использование волокнистых наполнителей из веществ различной химической природы (стеклянных, полимерных, углеродных), поверхность которых подготовлена к оптимальному контакту с термореактивным или термопластичным связующим (соответственно аппретирование, активация, окисление), определило ассортимент основных типов конструкционных ВПКМ – стекло-, органо-, углепластиков.

Контролируемые процессы деструкции и пиролиза углепластиков с матрицами на основе отверждённых фенолоальдегидных, фенолокремнийорганических реактопластов лежат в основе технологии получения углеродных и углеродкерамических композиционных материалов (УКМ, УУКМ, УККМ), нашедших применение в качестве абляционных теплозащитных материалов (ГЧ, БРДД, сопловые блоки РДТТ), многоразовых переизлучающих теплозащитных материалов (ТЗ ВКС), материалов для горячих трактов авиадвигателей 5 и 6 поколений, тормозных устройств высокоскоростных ЛА (см. раздел 1.2.3.3).

При оптимизации структур ВПКМ им придаётся определённый уровень “интеллектуальности”, в части хотя и пассивной, но эффективной реакции материала на внешние воздействия (диссипация энергии при разрыве волокон, вязкоупругое поведение и гашение колебаний при вибрациях, остановка роста трещин стопперами и т.д.).

Направленная интеллектуализация материалов обеспечивает стабильность свойств конструкционных и специальных ПКМ за счёт модификации их специальными компонентами и на основе использовния достижений микро- и нанотехнологий, переводящих ПКМ в самодиагностирующиеся и адаптирующиеся к внешним воздействиям интеллектуальные полимерные композиционные материалы (ИПКМ, глава 2).

За счёт введения в объём изделий из ПКМ, ВПКМ (конформно) датчиков (сенсоров, элементов микросенсорики), исполнительных компонентов и механизмов (актюаторов, элементов микромеханики), элементов систем связи, обработки информации и управления (оптические волокна, микропроцессоры, элементы микроэлектроники, микрооптоэлектроники) в ИПКМ реализуются возможности самодиагностики и адаптирования. Для создания датчиков, исполнительных механизмов и систем управления в ИМ используют различные материалы (токопроводящие, электроактивные, фоторефрактивные, люминисцирующие, пьезоэлектрические, фоторезисторные, механохимические, дендримерные, жидкокристаллические и другие полимеры) и процессы. Использование наукоёмких технологий позволило проводить нанотехнологическое модифицирование матриц ПКМ, ВПКМ и разработать новое поколение многофункциональных материалов с наноразмерными дисперсными наполнителями, полимерных нанокомпозиционных материалов (ПНКМ, глава3).

Повышение эксплуатационных характеристик конструкций достигается использованием специфических разновидностей КМ (сотовые материалы, глава 4; многослойные, супергибридные металлопластиковые материалы, Алоры, Сиалы, глава 4).

Защита людей, техники, сооружений от высокоскоростного высокоэнергетического проникающего (инденторного) воздействия (“баллистический” удар) эффективно обеспечивается при использовании экранов из ПМ, ПКМ, ВПКМ (броневые материалы, глава 5). ВПКМ, как правило, являются материалами многофункционального назначения, которые в зависимости от свойств компонентов могут сочетать конструкционные свойства, с тепло- и термостойкостью, химстойкостью, способностью экранировать ионизирующее излучение, радиопрозрачностью, радиоэкранированием, радиопоглощением.

Токопроводящие и магнитодиэлектрические ПКМ, наполненные углеродными компонентами, ферритами, аморфными металлами являются узко- или широкодиапазонными радиоэкранирующими и радиопоглощающими материалами, используемыми для уменьшения радиолокационной заметности (УРЗ, технология Stealth, глава 6).

Условия работы многих конструкций требуют использование материалов с высокой термоустойчивостью(конструкции ракетно-космической техники, РДТТ, ГЧБРДД, возвращаемые КА-теплозащитных материалов (ТЗМ, глава 7).

При воздействии высокоскоростных (гиперзвуковых) высокотемпературных газовых потоков в полимерных ТЗМ на основе ПМ, ПКМ, ВПКМ проходят многочисленные энергоёмкие физико-химические превращения их компонентов, что делает полимерные материалы эффективными абляционными ТЗМ.

В книге рассмотрены принципы создания композиционных материалов, критерии оценки их свойств, типы и свойства термореактивных и термопластичных конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ), в основном, волокнистых полимерных композиционных материалов (ВПКМ), использующих наполнители в виде нитей, лент, тканей (стекло-, органо-, углепластики), типы и свойства функциональных полимерных композиционных материалов (главы 4-7), применение ВПКМ (глава 8) в различных областях техники.