- •Содержание
- •Механические свойства при статическом нагружении.
- •Механические свойства впкм при динамическом нагружении.
- •Трещиностойкость пм, пкм, впкм.
- •Теплостойкость (деформационная устойчивость) пм,пкм,впкм при нагреве.
- •Огнестойкость.
- •Электрические свойства.
- •Теплофизические свойства
- •1. Конструкционные полимерные материалы [1-70].
- •1.1. Принципы, реализация которых определяет конструкционные свойства композиционных материалов.
- •1.2.1. Термореактивные матрицы впкм.
- •1.2.2. Технологии формирования полуфабрикатов и формования изделий из термореактивных впкм [93 - 104].
- •1.2.3. Термореактивные впкм [8, 38, 47, 66, 102-146].
- •1.2.3.1. Стеклопластики
- •1.2.3.2. Органопластики.
- •Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ).
- •1.2.3.3. Углепластики и пиролизованные углепластики
- •1.2.3.3.2. Углепластики.
- •1.2.3.3.3 Углеродные композиционные материалы (укм, уукм) [41,133, 147-162]
- •1.2.3.4. Поливолокнистые (гибридые) впкм (пвпкм) [11, 63, 163].
- •Vнмв в однонаправленных пвпкм.
- •1.3. Конструкционные волокнистые полимерные композиционные материалы на основе термопластичных матриц (твпкм) [7-9, 19, 44, 47, 60, 63, 66, 68, 69, 164 – 166].
- •1.3.1 Термопластичные матрицы тпкм, твпкм.
- •1.3.2. Технологии формирования полуфабрикатов и формования изделий из тпкм, твпкм.
- •1.3.3. Термопластичные впкм (твпкм)
- •2. Интеллектуальные впкм ( ивпкм ) [47, 65, 167-186 ].
- •3. Полимерные нанокомпозиционные материалы (пнкм) [63,65,66,187-199].
- •4. Многослойные материалы и конструкции из впкм.
- •4.1 Многослойные (супергибридные) композиционные материалы и конструкции.
- •4.2. Многослойные материалы и конструкции с сотовыми заполнителями [38,60,63,65,69,200-214].
- •4.2.1. Сотовые заполнители.
- •4.2.2. Конструкции (панели, тск) с сотовым заполнителем.
- •5. Броневые пм, пкм, впкм [60,65,215-220].
- •6. Радиоэкранирующие и радиопоглощающие полимерные материалы и конструкции [65,222-236]
- •6.3. Радиопоглощающие материалы (рпм), покрытия (рпп) и конструкции (рпк), уменьшающие радиолокационную заметность объектов (урз. Технология Stealth.
- •1. Сублимирующиеся тзм
- •2. Теплозащитные материалы, аблирующие через стадию плавления.
- •3. Теплозащитные материалы, аблирующие по смешанному механизму.
1. Конструкционные полимерные материалы [1-70].
Использование лёгких элементов (углерод в органических полимерах, углеродных материалах) теоретически приводит к получению высокопрочных твёрдых тел, т.к. σтеор ≈ 1/а00,5, а а0= f (Rатома). При радиусе атома углерода Rc=0,071нм теоретическая прочность σ+теор для полимеров, рассчитанная по уравнению ЛУМР (Гриффитс): составляет 26,5-39,2 ГПа, Етеор 40-350 ГПа. (σтеор рассчитывают с учётом деформаций и энергии активации разрыва цепей U0, τp=τo . exp . U0-γδ / kT, τo = 10-12-10-13c).
σтеор = (2 γF . E/πc . а0)0,5 = У (GIC . E/а0 ) 0,5, где
γF – удельная поверхностная энергия, удельная энергия роста трещин (для полимеров 100-1000 Дж/м2);
Е – модуль упругости Юнга, ГПа; у - геометрия образца;
GIC≈2γF – энергетический параметр трещинодвижущих сил, скорость (интенсивность) высвобождения упругой энергии при увеличении дефекта, Дж/м2; Ic-индекс для условий роста трещины с её раскрытием при растяжении.
По ЛУМР σ+теор/ σ+практ ≈ (а0/l)0,5, где l-длина трещины, т.е. достаточно иметь трещину длиной 1мкм, чтобы σ+практ снизилась в 10 раз.
Разрушающее напряжение промышленных блочных ненаполненных полимеров σ+практ ≈ 2,5-3,8% σ+теор (σ+ отверждённых эпоксидных реактопластов 60-120МПа, жёсткоцепных полиариленов 100-180МПа), Е+практ ≈ 5% Е+теор, что связано с их дефектностью, определяемой структурными и технологическими причинами.
Механические свойства волокон, особенно, полимерных и углеродных, при формировании которых наряду с масштабным фактором реализуется микрофибриллярная высокоориентированная структура существенно ближе к теоретическим (табл.3).
практ+ высокопрочных углеродных волокон 5-7 ГПа, что составляет уже 20-25% от теор+ , равной 70 ГПа. Епракт+ высокомодульных углеродных волокон 200-980 ГПа (20-90% от Етеор+). практ+ высокомодульных углеродных волокон из-за разориентирования микрокристаллов графита с низкой сдвиговой прочностью относительно оси волокна не превышает 3% теор+ (25 ГПа).
Значение Епракт+ полимерных волокон из ароматических полимеров, СВМПЭ достигает 50% Етеор+, практ+ = 10-15% теор+ .
Реализация высоких упругопрочностных свойств волокон позволило получить волокнистые однонаправленные полимерные композиционные материалы (ВПКМ) с //практ+ до 2,5 ГПа, E//практ+ до 220 ГПа.
Таблица 3. Теоретические и практические значения разрушающего напряжения при растяжении (σ+) и модуля упругости (Е+) объемных материалов и волокон.
Материалы |
σтеор, ГПа |
Е+теор, ГПа |
σ+практ, ГПа |
Е+практ, ГПа |
1 .ПОЛИЭТИЛЕНЫ (ПЭ) |
27-35 |
240-350 |
|
|
ПЭВП (формованные изделия) |
|
|
0,02-0,04 |
0,4-1,0 |
ПЭВП (волокно) |
|
|
0,45-0,80 |
3,0-8,5 |
Сверхвысокомолекулярные ПЭ (ТПЛ147°С, Траб 100-120° С)
|
|
|
|
|
Волокна: Spectra 900 (38 мкм) |
|
|
2,65 |
120 |
Spectra 1000 (27 мкм) |
|
|
3,10 (до 4) |
175 |
По гель - технологии |
|
|
4 |
250 |
TEKMILON (ρ 0,96 г/см ,ε 4-6% ) |
|
|
1,5-3,5 |
60-100 |
DYNEEMA SK-60 (ρ 0,97 г/см3, ε 3-6%) |
|
|
2,0-3,5 |
50-125 |
ПЭ монокристаллы |
|
|
22 |
|
2. ПОЛИПРОПИЛЕНЫ (ПП) |
16 |
40-50 |
|
|
Формованные изделия |
|
|
0,03-0,04 |
1,1-1,4 |
Волокно (Тпл 170 С) |
|
|
0,3-0,7 |
3,3-10 |
Волокно по гель - технологии |
|
|
3,42 |
21-29 (до 36) |
3.ПОЛИАМИДЫ АЛИФАТИЧЕСКИЕ |
27 |
230 |
|
|
Формованные изделия (ПА6, ПА66, ПА 12, ПА610) |
|
|
0,07-0,08 |
1,0-2,6 |
Волокна(капрон, нейлон) |
|
|
0,50-0,95 |
2-4,5 |
4. ПОЛИАМИДЫ АРОМАТИЧЕСКИЕ (волокна) |
30 |
350 |
|
|
СВМ |
|
|
3,8-4,2 |
100-110 |
РУСАР |
|
|
3,6-3,8 |
120-135 |
РУСАР «О» |
|
|
4,5-5,0 |
150 |
ВМН-88 |
|
|
3,7-4,5 |
157-167 |
Kevlar 49 (К-49, Т969,Т981) |
|
|
2,8-4,0 |
125-140 |
Kevlar PRD-149 (ρ 1,39 г/см3) |
|
|
2,4-4,2 |
160-180 |
TECHNORA HM-50 |
|
|
3,1 |
71 |
TBARON (ρ 1,44 г/см3) |
|
|
2,5-3,0 (до 3,6) |
70 -130 (до 150) |
5. Полибензтиазол (волокно ПФБТ), полибензоксазол (волокна Zylon, Арселан, Т0 6500С, КИ ≥68), ПБИ (волокно М-5) |
|
|
3,2-5,8 |
280-330 |
6.УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ |
|
|
|
|
Алмаз |
200 |
1220 |
|
|
Однослойные нанотрубки |
|
|
45 |
1280-1800 |
Многослойные нанотрубки |
|
|
7 |
600 |
Графитовые кристаллы (плотность 2,27 г/см3) |
122-138 |
1060 |
|
|
Стеклоуглерод |
300 |
|
0,1-0,24 |
32 |
Промышленные волокна (Россия) |
25-70 |
1060 |
|
|
УКН-5000П |
|
|
3,5 |
220-250 |
КУЛОН (нить) |
|
|
3,0-4,0 |
350-450 |
ВЭН-280 |
|
|
2,5-2,8 |
600-700 |
ЭЛУР-П |
|
|
2,0-2,5 |
180-200 |
Зарубежные волокна |
|
|
До 5-7 |
До 450-500 |
Из ЖК-ПЕКОВ: Thornel Р-100 UHM (λ 500 Вт/м•К, Ag-450) |
|
|
2,5 (до 4) |
780 |
Р-120 (λ 600 Вт/м•К) |
|
|
2,2 (до 4) |
840 |
Р-140 (λ 700 Вт/м•К) |
|
|
2,5 (до 4) |
980 |
7. СТЕКЛО |
10-14 |
140 |
|
|
Промышленные волокна |
|
|
2,4-5,0 |
51-116 (до 140) |
8. КВАРЦ |
25 |
160 |
|
|
Волокна 99,9% Si02 |
|
|
2-3 (до 6) |
74 |