 |
Тема 2. 8 композиционные материалы
|
|
|
|
Композиционные материалы (композиты) состоят из химически разнородных компонентов, нерастворимых друг в друге и связанных между собой в результате адгезии. Основой композитов является пластическая матрица, которая связывает наполнители, определяет форму изделия, его монолитность, теплофизические, электро- и радиотехнические свойства, герметичность, химическую стойкость, а также распределение напряжений между наполнителями.
В качестве матрицы применяют металлы (алюминий, магний, их сплавы), полимеры (эпоксидные, фенолформальдегидные смолы, полиамиды), керамические, углеродные материалы.
Наполнители чаще всего играют роль упрочнителей, воспринимают основную долю нагрузки и определяют модуль упругости и твердость композита, а иногда также фрикционные, магнитные, теплофизические и электрические свойства. Наполнителями служат тонкая (диаметром несколько микрометров) проволока из высокопрочной стали, вольфрама, титана, а также стеклянные, полиамидные, углеродистые, боридные волокна и волокна на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов) и др.
Композиты получают пропиткой наполнителей матричным растворов, нанесением материала матрицы из волокна плазменным напылением, электрохимическим способом, введением тугоплавких наполнителей в расплавленный материал матрицы, прессованием, спеканием.
Для композитов характерны высокая прочность, жесткость и вязкость, а также коррозионная стойкость, жаропрочность и термическая стабильность.
Композиты находят все большее применение в различных отраслях машино- и приборостроения. К композитам (композиционным пластмассам) принято также относить пластмассы с армирующими наполнителями (стеклопластики, углепластики, боропластики, органопластики и др.).
|
|
|
Композиты с полимерными матрицами используют в автомобиле-, авиа-, судостроении, для деталей химической аппаратуры и криогенной техники, для вычислительных машин.
Металлопластами называют конструкционный материал из металлического листа (сталь, а также титан, алюминий, их сплавы) толщиной 0,3-1,2 мм с одно- или двусторонним покрытием полимерами (полиэтиленом, полипропиленом, полиизобутиленом, поливинилхлоридом и др.) с толщиной слоя 0,05-1 мм. Эти материалы обладают электроизоляционными свойствами, не расслаиваются, не коробятся при штамповке, сварке, механической обработке, не требуют декоративной отделки. Металлопласты применяют для изготовления кузовов автомобилей, корпусов холодильников, стиральных машин, телевизоров, дверных и оконных рам, кровли и т.д.
Антифрикционные сплавы
Наряду с подшипниками качения в машинах широкого используются подшипники качения. Поскольку вкладыши подшипников скольжения непосредственно соприкасаются с валами, их изготовляют из сплавов достаточных пластичных, чтобы было легко перерабатываться к поверхности вращающегося вала, и достаточных прочных. Чтобы служили опорой для вала; кроме того, сплавы должны иметь малый коэффициент трения с материалом вала и достаточно низкую температуру плавления, что необходимо для заливки подшипников. Сплавы, удовлетворяющие перечисленные требованиям, называются подшипниковыми или антифрикционными.
Антифрикционные сплавы имеют пластичную основу, в которой равномерно рассеяны более твердые частицы. Подшипниковые материалы делят на следующие группы: белые антифрикционные сплавы, сплавы на основе меди; металлокерамические пористые материалы; пластмассы.
В оловянном баббите марки Б83 пластичной основой является твердый раствор сурьмы в меди и олове, а твердыми частицами – соединений SnSb и Cu3Sn.
|
|
|
В свинцовых баббитах с сурьмой марки Б16 твёрдые частицы образуют кристаллы соединений SnSb и Cu3Sn, рассеянные в мягкой основе - растворе сурьмы и олова в свинце. Эти баббиты уступают по качеству оловянным, однако с успехом применяются для подшипников средней нагруженности (например, в тракторных и автомобильных двигателях).
Сплавы алюминия по сравнению с баббитами отличаются меньшей плотностью, большей прочностью и меньшей стоимостью. Недостатком их является значительная разница в коэффициенте расширения алюминиевых сплавов и стали.
В качестве антифрикционных сплавов применяют бронзы и цинковые сплавы, а в качестве дешёвых заменителей металлических материалов для подшипников используют пластифицированную древесину, текстолит и резину. Большое распространение получили спечённые антифрикционные материалы.
Каучук
Врезультате быстрого развития промышленных отраслей в начале 20 века, появилась огромная потребность в каучуке. Но натурального каучука было слишком мало для удовлетворения этих потребностей. Поэтому остро встал вопрос о синтетическом получении каучука. В конце 20-х годов нашего столетия ленинградские химики во главе с С. В. Лебедевым разработали способ получения каучука из этилового спирта с последующей полимеризацией его на металлическом натрии. На основе этого метода в нашей стране было основано первое в мире промышленное производство синтетического каучука.
Синтетические каучуки - синтетические полимеры, способные перерабатываться в резину путем вулканизации, составляют основную массу эластомеров.
Синтетический каучук - высокополимерный, каучукоподобный материал. Его получают полимеризацией или сополимеризацией бутадиена, стирола, изопрена, хлорпрена, изобутилена, нитрила акриловой кислоты. Подобно натуральным каучукам, синтетические имеют длинные макромолекулярные цепи, иногда разветвленные, со средним молекулярным весом, равным сотням тысяч и даже миллионам. Полимерные цепи в синтетическом каучуке в большинстве случаев имеют двойные связи, благодаря которым при вулканизации образуется пространственная сетка, получаемая при этом резина, приобретает характерные физико-механические свойства.
|
|
|
Обычно приняты классификация и наименование каучуков по мономерам, использованным для их получения (изопреновые, бутадиеновые и т. д.) или по характерной группировке (атомам) в основной цепи или боковых группах (уретановые, полисульфидные и др.). Синтетические каучуки также подразделяют по признакам, например, по содержанию наполнителей (наполненные и ненаполненные); по молекулярной массе (консистенции) и выпускной форме (твердые, жидкие, порошкообразные). Часть синтетических каучуков выпускают в виде водных дисперсий - синтетических латексов. Особую группу каучуков составляют - термоэластопласты.
Некоторые виды синтетических каучуков (например, полизобутилен, силиконовый каучук) представляют собой полностью предельные соединения, поэтому для их вулканизации применяют органические перекиси, амины и др. вещества. Отдельные виды синтетических каучуков по ряду технических свойств превосходят натуральный каучук.
По области применения синтетические каучуки разделяют на каучуки общего и специального назначения. К каучукам общего назначения относят каучуки с комплексом достаточно высоких технических свойств (прочность, эластичность и др.), пригодных для массового изготовления широкого круга изделий. К каучукам специального назначения относят каучуки с одним или несколькими свойствами, обеспечивающими выполнение специальных требований к изделию и иго работоспособности в часто экстремальных условиях эксплуатации.
Каучуки общего назначения: изопреновые, бутадиеновые, бутадиенстирольные и др.
Каучуки специального назначения: бутилкаучук, этиленпропиленовые, хлоропреновые, фторкаучуки, уретановые и др.
|
|
|
