Композитные материалы — это вещества, состоящие из нескольких уровней, включая слой-основу и слой-наполнитель. Объединение различных слоев с различными свойствами в одном материале позволяет создать продукт с уникальными характеристиками, которые существенно отличаются от свойств отдельных слоев.
- Композитные материалы — это сочетание двух или более компонентов, обладающих различными свойствами, что позволяет получить материалы с улучшенными характеристиками.
- Классификация композитов осуществляется по различным критериям: по типу матрицы, по способу получения и по назначению.
- Матрица в композитных материалах служит связующим элементом, обеспечивающим согласованность и целостность компонентов.
- Основные типы матриц: полимерные, металлические и керамические, каждая из которых обладает уникальными свойствами и областями применения.
- Композиты находят широкое применение в авиационной, автомобильной и строительной отраслях благодаря своей легкости и высокой прочности.
В первой части нашей истории о композитах мы познакомим вас с этой концепцией, кратко обсудим классификацию композитных материалов и начнем рассмотрение самой обширной группы из них — полимерных композитов.
Все эксперты единогласно признают, что за композитами — будущее. Тем не менее, само слово «композит» известно уже довольно долго. Множество людей знакомы с такими материалами, как ДВП, ДСП, текстолиты и триплексные стекла, которые уже долгое время используются как в промышленности, так и в повседневной жизни.
 |  |
| Вытяжной шкаф ВА-103, комплектация «Люкс» сделан из ЛДСП | Лиофильные первапорационные композитные мембраныВладипор |
Композитные материалы представляют собой комбинацию двух или более компонентов, которые обладают различными физическими и химическими свойствами. Основная цель их использования заключается в создании материала, который будет иметь лучшие характеристики по сравнению с отдельными ингредиентами. В результате взаимодействия разных компонентов, таких как волокна и матрица, композиты могут продемонстрировать значительно улучшенные механические свойства, такие как прочность, легкость и стойкость к коррозии.
Классификация композитных материалов может основываться на различных критериях. Одним из самых распространенных способов является деление по типу матрицы, которая может быть полимерной, металлургической или керамической. Полимерные композиты часто используются в строительстве и авиационной промышленности из-за их легкости и высокой прочности. Металлические композиты, в свою очередь, применяются в условиях высоких температур и химической активности, тогда как керамические композиты обладают выдающимися характеристиками в термоизоляции и жесткости.
Матрица в композитных материалах играет ключевую роль, так как именно она обеспечивает связность компонентов и распределяет нагрузки между ними. Выбор матрицы определяет конечные свойства композитного материала и его пригодность для определенных условий эксплуатации. Полимерные матрицы, например, могут обеспечивать высокую устойчивость к влаге и химическим веществам, в то время как металлические матрицы могут гарантировать высокую термостойкость. Эти выбора напрямую влияют на производственные процессы и конечные области применения композитов.
Классификация композитов
Композитные материалы могут быть классифицированы по следующим критериям:
- по структуре: слоистые, волокнистые и композиты, усиленные частицами;
- по матрице: возможно создание композитов с полимерными, керамическими или металлическими матрицами.
К волокнистым композитам относятся такие материалы, как ДВП, МДФ, ЛДСП и кевлар. Свойства конечного изделия можно настраивать за счет изменения количества волокон и их направления. Ярким примером слоистого материала являются триплексные стекла, состоящие из слоев стеклянных панелей и полимерной пленки.
Композиты, которые усилены частицами, делятся на три категории, в зависимости от размера наполнителя (от 1 мкм до 10 нм) и его пропорций (от 15 до 25% по объему).
Полимерные композиты
Это самый крупный класс композитных материалов. В качестве матрицы для полимерных композитов используются термопласты (которые сохраняют свои свойства при многократном нагреве и охлаждении) и термореактивные смолы (которые при нагреве принимают определенную структуру необратимо). Полимерные композиты условно можно разделить на несколько категорий:
- Стеклопластики, содержащие до 80% волокон из силикатного стекла. Они обладают высокой прочностью, оптической и радиочувствительностью, хорошими теплоизолирующими характеристиками и доступны по цене.
- Углепластики, содержащие как искусственные, так и природные углеродные волокна, основанные на целлюлозе, нефтепродуктах или угле. Углепластики легче и прочнее, чем стеклопластики, непрозрачны, не изменяют размеры при колебаниях температуры и отлично проводят электричество. Они способны справляться с высокими температурами даже в агрессивных условиях.
- Боропластики на основе борных волокон, нитей и жгутов. Эти материалы отличаются высокой твердостью и стойкостью к износу, не боятся вредных химикатов, но относительно дороги и не предназначены для эксплуатации при высоких температурах.
В следующем материала мы продолжим обсуждение полимерных композитов и обратим внимание на керамические композитные материалы, а также на композиты на базе металлов и их применение.
Вопросы по теме
Как композитные материалы влияют на устойчивость строительных конструкций?
Композитные материалы, применяемые в строительстве, значительно увеличивают устойчивость конструкций благодаря своей высокой прочности и легкости. Они позволяют снизить нагрузку на фундамент и использовать менее прочные, но более экономичные материалы в других частях здания. Например, использование углепластиковых арматур может предотвратить коррозию, что в свою очередь продлевает срок службы строительных объектов. В некоторых случаях такие материалы могут даже выполнять функции, которые ранее требовали дополнительных компонентов, что упрощает проектирование и снижает затраты.
Какие инновации в области композитных материалов могут радикально изменить производство в будущем?
Одна из главных инноваций — это использование биокомпозитов, которые предполагают интеграцию природных волокон с современными полимерными матрицами. Это может привести к созданию более устойчивых и экологически чистых материалов, что очень актуально в условиях экологических вызовов. Также стоит отметить развитие 3D-печати композитов, позволяющее создавать сложные структуры с заданными свойствами. В будущем это может радикально изменить подход к производству, открыв новые горизонты для кастомизации и увеличения производительности.
Почему выбор матрицы в композитных материалах столь важен?
Выбор матрицы определяет не только физические свойства композита, такие как прочность, жесткость и термостойкость, но и его долговечность и стоимость. Разные матрицы обладают различными характеристиками: эпоксидные смолы обеспечивают отличную прочность, в то время как полиэфирные смолы более экономичны, но могут уступать по долговечности. Неправильный выбор матрицы может привести к ухудшению эксплуатационных характеристик конечного изделия, что особенно критично в таких областях, как авиа- и автомобилестроение, где безопасность имеет первостепенное значение. Тщательный анализ требований к материалу и условий его эксплуатации помогает оптимально выбрать матрицу для достижения необходимых свойств композита.
