Применение композиционных материалов при изготовлении товаров массового потребления

Исторически сложилось так, что основным заказчиком большей части высокотехнологичных композиционных материалов была во­енная промышленность. Первые образцы многих композиционных материалов появлялись в самолетостроении, ракетостроении, судо­строении. Таким образом, военная промышленность явилась иници­атором разработки многих композиционных материалов, обладаю­щих наиболее высоким комплексом служебных свойств. Однако по­степенно, по мере совершенствования технологии производства композитов, снижения их себестоимости они стали применяться и в других, гражданских отраслях промышленного производства. В на­стоящее время можно привести большое количество реальных при­меров, отражающих эффективность применения композиционных материалов при производстве товаров массового производства.

Широкое распространение композиционные материалы получи­ли в автомобилестроении. Речь идет как о гоночных (единичных) автомобилях, так и об автомобилях массового производства. Основ­ная причина, по которой композиты широко используются при со­здании спортивных автомобилей, заключается в необходимости сни­жения веса изделия. В массовом производстве автомобилей очень важным фактором является также и возможность снижения их цены за счет использования композиционных материалов. При использо­вании полимерных композитов экономия в массе автомобиля дости­гает ~ 40% при сохранении грузоподъемности. Результатом этого является снижение нагрузки на основные узлы автомобиля, повыше­ние его долговечности.

Первым типом матричного материала, использованного для из­готовления композитов в автомобилестроении, была полиэфирная смола. Этот материал является высокотехнологичным и относи­тельно дешевым. В качестве упрочнителя широко используется стек­ловолокно (стеклоткани, маты, ровница). В настоящее время поли­мерные композиционные материалы широко используются для из­готовления различных элементов кузова автомобилей. Однако этим область применения композитов в автомобилестроении далеко не исчерпывется. Активно ведутся работы по использованию металли­ческих и керамических композиционных материалов для изготовле­ния тяжело нагруженных деталей двигателей автомобилей.

В электротехнических приборах широко применяются автомати­ческие выключатели, размыкающие электрическую цепь при пере­грузках или коротких замыканиях. Важным элементом выключате­ля является контакт. Часто контакты выполняются из серебра или с серебряным покрытием. Для изготовления крупных по размерам контактов применяются композиционные материалы типа серебро-оксид кадмия. Содержание оксида кадмия может достигать 10... 15%. Получают такие композиты по методу внутреннего окисления.

Для изготовления прерывателей, рассчитанных на величину тока до 125 А, используют композиционные материалы систем Ag—W, Ag—Mo, Ag—карбид вольфрама, содержащие 25...40% серебра. При­сутствие в материале вольфрама, карбида вольфрама или молибдена позволяет устранить сваривание контактов, снизить степень их раз­рушениями возникновении электрической дуги. В трансформа­торах мощностью до 10 кВА используют контакты, изготовленные из композитов типа Си—W. Содержание вольфрама составляет 68%, что обеспечивает высокую эрозионную стойкость контактов. Полу­чают композиты такого типа по методу пропитки вольфрамового каркаса жидкой медью.

Для изготовления скользящих щеточных контактов, используе­мых в электрических двигателях и генераторах, могут быть приме­нены металлические композиционные материалы. С целью сниже­ния трения в них добавляют определенное количество графита.

Композиционные материалы нашли применение в осветитель­ной технике. Основным материалом, используемым для изготовле­ния нитей накаливания, является тонкая вольфрамовая нить. Для того чтобы снизить количество отказов ламп по причине обрыва нитей, были разработаны непровисающие накальные нити из торированного вольфрама. Упрочнению вольфрама способствуют мелко­дисперсные частицы диоксида тория Th0₂. Материалом катода га­зоразрядных (неоновых) ламп служит вольфрам с оксидом бария или стронция. Для изготовления импульсных ламп применяют спечен­ные композиционные материалы, в состав которых входят вольфрам, никель, алюминат бария или оксида бария.

Высокие показатели удельной прочности композиционных ма­териалов лежат в основе их выбора для изготовления спортивного инвентаря. Речь идет о теннисных ракетках, лыжных палках, лыжах, клюшках для игры в гольф, спортивных велосипедах, других видах спортивных изделий. Прекрасными характеристиками обладают удочки, изготовленные из современных композиционных материа­лов (например, из УУКМ).

Композиционные материалы находят широкое применение при изготовлении протезов. Эти изделия должны быть легкими, надеж­ными и долговечными. В настоящее время из углерод-углеродных и других типов композиционных материалов производят протезы рук и ног. Использование композиционных материалов при изготовле­нии протезов является наиболее перспективным направлением.

Подводя итоги, следует отметить, что композиционные матери­алы находят все более широкое применение в различных отраслях производства. Можно привести сотни других убедительных приме­ров, свидетельствующих об эффективности практического использо­вания композиционных материалов.