Тема 2 СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И

Тема № 2. СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ Здравствуйте, уважаемые слушатели курса «Механика композитов» . Мы приступаем к изучению второй темы нашего курса «Свойства структурных компонентов и особенности границы раздела фаз» . В первой части мы уже узнали, что композиты – это материалы, состоящие из нескольких компонентов с четкой границей раздела между ними. Как правило, эти компоненты представлены матрицей и армирующим наполнителем. Также мы уже знаем, что функция наполнителя состоит в обеспечении высоких механических характеристик материала, наиболее интересных с точки зрения эффективной замены композитами металлических элементов конструкций. 1

Поэтому в первом разделе мы рассмотрим различные виды наполнителей и их свойства. Это будут волокна (стеклянные, углеродные, арамидные и т. д. ) и частицы. Матрица тоже играет очень важную роль в композите, так как именно она обеспечивает совместную работу армирующих элементов, а также защищает их от вредных воздействий окружающей среды. Поэтому различным типам матриц мы тоже уделим весьма пристальное внимание, особенно полимерным матрицам, поскольку сейчас именно они более всего востребованы рынком. Кроме того, мы рассмотрим различные виды модификаторов матриц, а также особенности и роль границы раздела фаз волокно – матрица. 2

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители 1. 1. Волокна • Стекловолокна • Углеродные волокна • Арамидные волокна • Борные волокна • Карбидокремниевые волокна • Волокна из оксида алюминия 1. 2. Частицы 2. Матрицы 2. 1. Роль матрицы в композите 2. 2. Полимерные матрицы 2. 3. Металлические матрицы 2. 4. Керамические матрицы 3. Модификаторы матриц 4. Особенности и роль границы раздела фаз в композите Волокна Матрица 40 микрон Частицы Матрица 2 микрона 3

1. НАПОЛНИТЕЛИ. 1. 1. Волокна Итак, начнем с изучения наполнителей, среди которых важнейшая роль отведена волокнам. Мы, я надеюсь, уже запомнили, что волокна являются основными компонентами волокнистых композитов с точки зрения несущей способности. Они занимают большую часть объема композита и принимают на себя большую часть нагрузки, действующей на композит. Грамотный выбор типа волокон, их объемной доли, длины и ориентации в композите крайне важен, так все это влияет на такие важные характеристики материала как: • плотность; • прочность и модуль упругости при растяжении и сжатии; • усталостная прочность; • электро- и теплопроводность; • а также стоимость. 4

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна являются основными компонентами волокнистых композитов с точки зрения несущей способности Волокнистый композит Волокна Характеристики волокон: • тип (материал волокон) • объемная доля в композите • длина • ориентация в композите Характеристики волокон определяют: • плотность композита • прочность и жесткость композита при растяжении или сжатии • усталостные свойства композита • электро- и теплопроводность композита • стоимость композита Волокна 5

Сравнивая некоторые характеристики типичных армирующих волокон, изготовленных из стекла, углерода, арамида, карбида кремния и оксида алюминия, можно отметить очень малый диаметр волокон – порядка 10 микрон (то есть одной сотой доли миллиметра). Очевидно, что работать с объектами столь малых размеров неудобно, поэтому волокна используются обычно в виде пучков, переплетенных или непереплетенных в жгуты. 6

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна Диаметр волокон составляет порядка 10 микрон Пучки волокон Пучок, переплетенный в жгут 10 микрон Пучок, непереплетенный в жгут 7

Отметим, что свойства отдельных волокон и их пучков различаются, причем как количественно, так и качественно. Большую часть армирующих волокон изготавливают из хрупких материалов, таких как стекло, углерод или керамика. Диаграммы растяжения таких материалов имеют линейный вид, а их остаточные деформации не превышают 5%. Преимуществом хрупких материалов, как правило, является их высокая прочность, а недостатком – восприимчивость к механическим повреждениям. При использовании таких технологий производства, как, например, намотка на оправку или пултрузия, где применяют длинные армирующие волокна, частые повреждения и даже разрушения волокон приводят к снижению несущей способности композитной конструкции в целом. 8

В отличие от единичных волокон, их пучки имеют нелинейную диаграмму деформирования при растяжении, и проявляют себя как пластичные материалы. Это объясняется статистическими разбросами свойств волокон в пучке. При растяжении такого пучка самые слабые волокна разрушаются в первую очередь еще при низких уровнях нагрузок, при этом оставшиеся волокна вынуждены выдерживать не только свою часть нагрузки, но и ту ее часть, которую раньше несли разрушившиеся волокна. При дальнейшем возрастании нагрузки происходит то же самое – разрушение наиболее слабых волокон и перераспределение нагрузки на оставшиеся. После того как нагрузка достигла максимального значения удлинение пучка продолжает возрастать, а нагрузка начинает постепенно снижаться, оставшиеся волокна продолжают разрушаться, но опять-таки не одновременно, а постепенно, начиная с самых слабых. 9

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна Диаграмма растяжения пучка волокон (300 стекловолокон E-glass) Напряжение, МПа P P Высокопрочный Кевлар 49 углерод Стекло (S-glass) Стекло (E-glass) P P Напряжение, ГПа Диаграммы растяжения отдельных волокон Высокомодульный углерод Деформация, % Напряжение – отношение растягивающего усилия P к площади поперечного сечения отдельного волокна (пучка волокон) Деформация – процентное отношение удлинения волокна (пучка волокон) к начальной длине 10

Стекловолокна Вот уже более трех с половиной тысяч лет человечеству известно о возможности вытягивания различных изделий из расплавленного стекла. Такие изделия изначально использовались как украшения. Позже в XIX веке было теоретически показано, что стекло, вытянутое в длинное волокно, пригодно для текстильных изделий. Более того, экспериментальные ткани из смеси стекловолокон с шелковыми волокнами использовались при создании новых видов одежды и для дамских туалетов во Франции и США. 11

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна СТЕКЛО Стеклянные изделия древнего Рима Платья и аксессуары, изготовленные из стекловолокон (конец IX – началj XX века) 12

Однако промышленного производства стекловолокон реально не существовало до 1939 года. Начало коммерческого выпуска стекловолокон связано с образованием фирмы Оуэнс Корнинг Файбергласс. В настоящее время производство стеклянных нитей выросло в целую индустрию с многомиллионными оборотами. 13

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна СТЕКЛО Фирма Оуэнс Корнинг Файбергласс 14

Современная промышленность выпускает стекловолокна нескольких видов: это может быть непрерывная нить или штапельное (то есть резаное) волокно. По внешнему виду непрерывное стекловолокно напоминает нити натурального или искусственного шёлка, а штапельное – короткие волокна хлопка или шерсти. Также стекловолокна производят в виде ровингов (изготовленных в виде скрученных жгутов из нитей стекловолокон) и стекломатов, представляющих собой нетканое полотно, состоящее из хаотично расположенного рубленого стекловолокна 15

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна СТЕКЛО Стекломат Непрерывная стеклонить Резаное стекловолокно Ровинг Распушенная нить ровинга 16

Стекловолокна на сегодняшний день являются наиболее популярными армирующими волокнами полимерных композитов. Из них изготавливают корпуса судов, самолётов, машин, цистерны, мосты, бассейны, рыболовные удилища, диэлектрические лестницы для работы под напряжением и многие другие изделия. 17

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна СТЕКЛО Стеклопластиковый корпус лодки Самолет со стеклопластиковыми корпусными элементами Стеклопластиковый корпус автомобиля Мост из стеклопластика Диэлектрическая лестница из стеклопластика Стеклопластиковый бассейн 18

Главные преимущества стекловолокон – это: • низкая стоимость (по сравнению с другими типами армирующих волокон, стекловолокна имеют самую низкую стоимость); • высокая прочность при растяжении (удельная прочность стекловолокон значительно превышает удельную прочность стальной проволоки); • невосприимчивость к агрессивным средам (стекловолокна не разрушаются под влиянием большинства химикатов, а кроме того, они устойчивы к воздействию грибков, бактерий и насекомых); • влагостойкость (стекловолокна не сорбируют влагу, следовательно, не набухают и не разрушаются под ее воздействием, они не гниют и сохраняют свои высокие прочностные свойства в среде с повышенной влажностью); • термические свойства (стекловолокна имеют низкий коэффициент линейного расширения и высокий коэффициент теплопроводности, что позволяет эксплуатировать их при повышенных температурах, особенно, если необходима быстрая диссипация энергии); • изоляционные свойства (поскольку стекловолокна не проводят ток, они могут быть использованы в качестве очень хороших изоляторов). 19

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна СТЕКЛО Достоинства стекловолокон: • • • низкая стоимость высокая прочность при растяжении невосприимчивость к агрессивным средам влагостойкость термические свойства изоляционные свойства Стеклопластиковая огнеупорная лента Стеклопластиковые изоляторы 20

Недостатками стекловолокон является: • сравнительно низкий модуль упругости; • высокая плотность по сравнению с другими типами волокон; • чувствительность к абразивному износу при механической обработке; • относительно слабая сопротивляемость усталости; • и высокая твердость. 21

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна СТЕКЛО Недостатки стекловолокон: • • • низкий модуль упругости высокая плотность чувствительность к абразивному износу при механической обработке слабая сопротивляемость усталости высокая твердость 22

Углеродные волокна Впервые получение и применение углеродных волокон было предложено и запатентовано известным американским изобретателем Томасом Эдисоном в 1880 г. в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Эти волокна получались в результате пиролиза хлопкового или вискозного волокна и отличались хрупкостью и высокой пористостью, поэтому впоследствии были заменены вольфрамовыми нитями. Вторично интерес к углеродным волокнам появился в середине XX в. , когда велись поиски материалов для упрочнения композитов в ракетных двигателях. Одним из наиболее подходящих для этого материалов и оказался углерод. 23

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна УГЛЕРОД Томас Эдисон с электрической лампой Композитные ракетные двигатели 24

Углеродные волокна выпускаются в разнообразном виде: штапелированные и непрерывные нити, а также ткани и нетканые материалы. Наиболее распространенный вид продукции – это жгуты, пряжа, ровинг и нетканые холсты. 25

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна УГЛЕРОД Штапелированные нити Ткань Нетканый холст (мат) Непрерывная нить Ровинг 26

К преимуществам углеродных волокон относят: • исключительно высокую удельную прочность при растяжении, а также удельный модуль; • очень низкий и иногда даже отрицательный коэффициент теплового расширения, что гарантирует стабильность размеров при изменении температуры; • высокий предел выносливости; • и высокую теплопроводность – даже выше, чем у меди. Отметим, что на сегодняшний день углеродные волокна выпускают в достаточно широком диапазоне модулей упругости при растяжении: от 207 ГПа (такие волокна называют низкомодульными) до 1035 ГПа (это высокомодульные волокна). Низкомодульные углеродные волокна, как правило, обладают более низкой плотностью, более высокой прочностью при растяжении и при сжатии, а также стоят дешевле. 27

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна УГЛЕРОД Преимущества углеродных волокон: • высокие величины удельной прочности и удельного модуля при растяжении • низкий и иногда отрицательный коэффициент теплового расширения • высокий предел выносливости • высокая теплопроводность 28

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна УГЛЕРОД Типы углеродных волокон: • низкомодульные волокна (модуль упругости при растяжении = 207 ГПа) • высокомодульные волокна (модуль упругости при растяжении = 1035 ГПа) 29

Основными недостатками углеродных волокон являются: • низкое относительное остаточное удлинение; • слабая сопротивляемость ударным нагрузкам; • высокая электропроводность, способная вызывать короткое замыкание незащищенных элементов электрооборудования; • и высокая стоимость, исключающая эти материалы из широкого спектра коммерческих приложений. 30

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна УГЛЕРОД Недостатки углеродных волокон: • низкое относительное остаточное удлинение • слабая сопротивляемость ударным нагрузкам • высокая электропроводность • высокая стоимость 31

Наибольшее применение на сегодняшний день углеродные волокна нашли в аэрокосмической и спортивной индустрии, где снижение веса конструкции является более важным фактором, чем стоимость. 32

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДЫХ ВОЛОКОН • Аэрокосмическая индустрия 33

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДЫХ ВОЛОКОН • Спортиндустрия • Другие приложения 34

Арамидные волокна – это синтетические волокна, обладающие высокой прочностью в широком диапазоне температур. 35

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна АРАМИД Арамидные волокна – это синтетические волокна, обладающие высокой прочностью в широком диапазоне температур 36

Впервые арамидное волокно было получено в 1960 -х годах в лаборатории химического гиганта Du. Pont командой специалистов во главе со Стефани Кволек (кстати обладатели бронежилетов с использованием арамидных волокон считают, что эта женщина достойна нобелевской премии). На рынок оно было выпущено в 1975 году под торговой маркой Kevlar. В настоящее время выпуск арамидных волокон налажен во многих странах мира под различными торговыми марками – это Кевлар, Тварон, Номекс, Кермель и др. 37

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна АРАМИД Торговые марки арамидных волокон: • • Кевлар Тварон Номекс Кермель Стефани Кволек в перчатках из арамидных волокон 38

В СССР в начале 70 -х годов было разработано волокно, превосходящее Кевлар по ряду показателей. Это волокно первоначально называлось Вниивлон по названию института, где оно было разработано, затем это название изменили на СВМ. Волокна СВМ получают из другого полимера и по иной технологии, если сравнивать с Кевларом. Однако но по свойствам эти материалы близки. Аналогом Кевлара по химическому составу было советское волокно Терлон, выпуск которого уже прекратился. Сегодня в России единственным производителем арамидных волокон является предприятие «Каменскволокно» (г. Каменск-Шахтинский, Ростовская обл. ), выпускающее синтетические нити СВМ, Русар, Руслан, Artec, АРУС и др. 39

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна АРАМИД ОАО Каменскволокно выпускает синтетические нити: СВМ, Русар, Руслан, Artec, АРУС и др. 40

К достоинствам арамидных волокон относят: • наибольшую удельную прочность по сравнению с другими армирующими волокнами; • высокий удельный модуль; • как и в случае некоторых углеродных волокон, отрицательный коэффициент теплового расширения в продольном направлении, обеспечивающий стабильность размеров композитных конструкций при изменении температуры; • огнестойкость и способность длительно выдерживать температуры до 250 С, а также кратковременно выдерживать температуры до 1000 С; • высокая ударопрочность. В качестве недостатков арамидных волокон отмечают: • их высокую стоимость; • низкую прочность при сжатии; • сложность машинной обработки, связанную с очень высокой твердостью материала. 41

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна АРАМИД Достоинства арамидных волокон: • наибольшую удельную прочность • высокий удельный модуль • отрицательный коэффициент теплового расширения в продольном направлении • огнестойкость и способность длительно выдерживать температуры до 250 С, а также кратковременно выдерживать температуры до 1000 С • высокая ударопрочность арамидной ткани пробивании пулей Арамидная ткань для армирования бронежилетов 42

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна АРАМИД Недостатки арамидных волокон: • высокая стоимость • низкая прочность при сжатии • сложность машинной обработки, связанная с высокой твердостью материала Напряжение, МПа Диаграммы сжатия однонаправленных композитов, армированных стеклянными, углеродными и арамидными волокнами У арамидного композита самая низкая прочность (максимальное напряжение) Деформация, % Арамидные волокна обладают высокой твердостью 43

Изначально арамидное волокно было создано для армирования автомобильных шин, оно и сейчас с успехом применяется для этого, но за счёт своих высоких характеристик оно нашло широкое применение в самых различных отраслях. Чистое арамидное волокно применяется для изготовления сверхпрочных тросов и тканей, оплётки оптических и иных кабелей. 44

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна АРАМИД Шина, армированная арамидными волокнами Паруса из арамидной ткани Арамидные оплетки кабелей Сверхпрочные тросы из арамидных волокон 45

Арамидные волокна широко используются в судостроении, а также аэрокосмической индустрии, где определяющими являются такие качества материала как низкая плотность, обеспечивающая конструкциям малый вес, высокая прочность при растяжении и хорошая сопротивляемость ударным нагрузкам. Огнестойкость арамидных волокон обеспечила им широкое применение при производстве защитной спецодежды – ткани из таких волокон не воспламеняются, а лишь обугливаются. А при производстве бронежилетов арамидным волокнам просто нет равных. 46

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна АРАМИД Судостроение Арамидная спецодежда Аэрокосмическая индустрия Бронежилеты, армированные арамидной тканью 47

Борные волокна Впервые высокопрочное и высокомодульное борное волокно было получено в 1959 г. фирмой «Тексако Эксперимент» . Понимая перспективность этих исследований для применения в аэрокосмической индустрии, активно развивавшейся в то время, управление разработками ВВС США развернуло интенсивные работы в этой области. В результате появились новые технологии получения борных волокон и композитов на их основе. В конце 60 -х годов интерес к применению борных волокон в некоторых областях вновь обострился. Успехи, с которыми боропластики стали применяться в авиационных композитах, сделали их предвестниками целого нового и уникального класса материалов с высокими физико-механическими свойствами. 48

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна БОР Работы по применению борных волокон в космической индустрии Борные волокна Борный препрег 49

Основными достоинствами борных волокон являются: • наибольший удельный модуль при растяжении; • отличная сопротивляемость изгибу и сжатию, благодаря большому диаметру волокон, который примерно на порядок выше диаметров других типов волокон (для сравнения: диаметр углеродных волокон составляет порядка 5 микрон, диаметр стекловолокон – порядка 10 микрон, а диаметр борных волокон – около 140). Если говорить о недостатках, то следует отметить, что • главным среди них является высокая стоимость - примерно на порядок выше даже по сравнению с углеродными и арамидными волокнами. Из-за этого применение борных волокон весьма ограничено. • Еще одним недостатком борных волокон является то, что иногда они теряют свои механические свойства при химическом взаимодействии с металлической матрицей. 50

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна БОР Достоинства борных волокон : • наибольший удельный модуль при растяжении • отличная сопротивляемость изгибу и сжатию Борное волокно Сравнение диаметров волокон: • Борные – около 140 микрон • Углеродные – порядка 5 микрон • Стекловолокна – порядка 10 микрон Недостатки: • высокая стоимость • способность терять механические свойства при химическом взаимодействии с металлической матрицей 100 микрон 51

Сегодня волокна бора наиболее эффективно применяются в качестве наполнителей полимерных и алюминиевых композитов в конструкциях космических аппаратов и в спортивной индустрии, где высокие механические характеристики материалов имеют большее значение, чем стоимость. 52

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна БОР Аэрокосмическая индустрия Спортивная индустрия Борные волокна 53

Карбидокремниевые волокна С начала 60 х годов XX века началось особенно интенсивное изучение материалов с высокой удельной прочностью и удельным модулем для использования в аэрокосмической области. Наряду с исследованиями борных волокон ряд фирм США, таких как Тексако Рисерч, Дженерал Текнолоджис, Авко и др. , начали изучение волокон на основе керамики, в частности карбидокремниевых волокон. В результате исследований карбидокремниевых волокон были обнаружены их многочисленные преимущества. 54

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна КАРБИД КРЕМНИЯ Компании, занимающиеся разработкой карбидокремниевых волокон Карбидокремниевые нити Карбид кремния 55

В частности, в отличие от борных волокон, при армировании алюминиевых матриц карбидокремниевые волокна не теряют своих характеристик из-за химического взаимодействия с алюминием в процессе изготовления. Это позволяет создавать новые материалы с необычными свойствами. Например, композит на основе алюминиевой матрицы, армированный полыми сферами из карбида кремния, обладает уникальными свойствами при сжатии и способен поглощать энергию взрыва. 56

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна КАРБИД КРЕМНИЯ Алюминий, армированный карбидом кремния Напряжение, МПа Полые сферами из карбида кремния Диаграммы сжатия алюминиевых образцов, армированных полыми сферами из карбида кремния Деформация 57

Еще одним преимуществом карбидокремниевых волокон является возможность их длительного использования при повышенных температурах – например, их прочность не снижается вплоть до 650 С. Поэтому композиты, армированные карбидокремниевыми волокнами, используют для изготовления радиационных труб, работающих при температурах до 580 С. Борные волокна, например, теряют 50% своей прочности при температурах свыше 500 С. А по сравнению с традиционными жаропрочными сплавами преимуществом карбидокремниевых композитов является низкая плотность, а также отличные антикоррозионные свойства. 58

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна КАРБИД КРЕМНИЯ Нагревательные элементы Радиационные трубы 59

Благодаря высокой износостойкости эти материалы используют в качестве абразивных инструментов, например, из них делают абразивные диски на пластиковой основе. 60

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна КАРБИД КРЕМНИЯ Абразивные материалы из карбида кремния 61

Кроме того, карбидокремниевые волокна являются полупроводниками, что еще больше расширяет область их применения. Из них, например, делают подложки микросхем. 62

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна КАРБИД КРЕМНИЯ Применение карбида кремния в радиоэлектронике 63

Карбидокремниевые тормозные диски сочетают низкий коэффициент трения (как у чугуна) с малым удельным весом. Поэтому их используют в конструкциях спортивных автомобилей и мотоциклов такие компании как Мерседес Бенц, Дукати, Порше, Ламборджини, Феррари, Корвет и др. Такие диски по твердости сравнимы с алмазом, весят в 4 раза меньше стальных и способны работать при температурах до +1400 °С. Для сравнения температура плавления чугуна – около 1200 °С, а чистого железа – более 1500 °С. Поэтому керамические диски практически незаменимы для авто- и мотоспорта. Обобщая выше сказанное, можно сказать, что основные приложения карбидокремниевых волокон связаны с их высокой прочностью, износостойкостью и способностью длительное время работать при повышенных температурах, не теряя при этом механических свойств. Недостатком этих материалов является их слабое сопротивление ударным нагрузкам и, конечно же стоимость. 64

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна КАРБИД КРЕМНИЯ Тормозные диски из карбида кремния 65

Волокна из оксида алюминия Как уже было отмечено ранее, разработка композитов на основе керамики началась в середине прошлого столетия, что было связано с поиском новых высокомодульных и высокопрочных материалов для авиакосмической отрасли. Тогда наряду с карбидокремниевыми композитами также были начаты исследования композитов на основе волокон из оксида кремния. Сегодня разработкой композитов на основе таких волокон занимаются многие фирмы ведущих стран мира, такие как Imperial Chemical Industries (Великобритания), 3 M (Minnesota Mining and Manufacturing company, США), Боинг, Митсубиси и др. 66

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна ОКСИД АЛЮМИНИЯ Разновидности оксида алюминия Частицы Волокна Пена 2 микрона 67

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна ОКСИД АЛЮМИНИЯ Компании, занимающиеся разработкой композитов на основе волокон из оксида алюминия Imperial Chemical Industries 68

Оксид алюминия несколько уступает по некоторым характеристикам карбиду кремния (это прочность, теплопроводность и твердость). Однако этот материал способен сохранять свои свойства в более широком диапазоне температур и применяется тоже очень широко. Например, керамика на основе оксида алюминия используется • в горелках газоразрядных ламп, • в подложках интегральных схем, • в запорных элементах керамических трубопроводных кранов, • в зубных протезах. • Из оксида алюминия делают изоляторы, используемые на высоковольтных и транспортных линиях электропередач, • компоненты лазерных резонаторов и многие другие детали, в которых высоко ценится долговечность, стойкость к коррозии и изоляционные качества этого материала. 69

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна ОКСИД АЛЮМИНИЯ Газоразрядная лампа Зубные протезы Интегральная схема Керамические клапаны Изоляторы 70

Еще одним достоинством оксида алюминия является то, что он, как и карбид кремния, подходят для упрочнения композитов с металлическими матрицами в отличие от углерода или бора, вступающих с некоторыми металлами в химическое взаимодействие. Главным недостатком всех композитов с керамическими наполнителями является высокая стоимость. Поэтому на сегодняшний день их применение ограничено. 71

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна ОКСИД АЛЮМИНИЯ Достоинства оксида алюминия: • • долговечность стойкость к коррозии изоляционные свойства совместимость с металлами Основной недостаток – высокая стоимость 72

Они используются в теплозащитных конструкциях авиационной, космической и ракетной техники, где теплозащитные свойства и масса теплоизоляции является более важными параметрами, чем стоимость. 73

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Волокна ОКСИД АЛЮМИНИЯ Тепловой щит для посадки космического корабля Теплозащитный материал Для космических челноков Теплозащита камеры сгорания двигателя 74

Частицы Кроме волокон для армирования материалов иногда используют различного рода частицы, размер которых составляет порядка микрона, то есть тысячной доли миллиметра. Эти частицы могут иметь форму сфер, таблеток или чешуек. Они бываю металлическими (например, свинцовыми, алюминиевыми или магниевыми частицами) и неметаллическими (например, частицы песка, слюды, карбида кремния и т. д). Основным преимуществами использования частиц в качестве армирующих компонентов является то, что улучшение физических и механических свойств материала достигается при относительно невысокой себестоимости по сравнению с волокнистыми композитами. 75

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Частицы Типы частиц: • металлические o свинцовые o алюминиевые o магниевые 20 микрон 10 микрон • неметаллические o частицы песка o частицы слюды частицы карбида кремния 2 микрона 76

По механическим свойствам композиты, армированные частицами, уступают волокнистым композитам, однако выигрывают в сравнении с традиционными конструкционными материалами – сталями и сплавами. Например, модуль упругости алюминиевого композита, армированного частицами карбида кремния, при 20% объемной доле наполнителя превышает модуль упругости типичного алюминиевого сплава примерно в 1, 5 раза, а при армировании волокнами с той же объемной долей модуль упругости композита вдоль волокон увеличивается примерно в 2 раза. То же самое касается и других физико-механических характеристик, таких как прочность, износостойкость, тепловое расширение и так далее. 77

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Частицы МОДУЛЬ УПРУГОСТИ Алюминиевый сплав Композит на основе алюминиевой матрицы, армированный частицами карбида кремния Композит на основе алюминиевой матрицы, армированный карбидокремниевыми волокнами 1, 5 E 2 E (объемная доля наполнителя равна 20%) E (та же объемная доля наполнителя - 20%) 78

Один из наиболее распространенных примеров использования частиц для армирования материала – это бетон, где частицы песка и гравия наполняют цементную матрицу, повышая тем самым несущую способность и долговечность материала. Кроме того, в строительстве бетон обычно дополнительно упрочняют металлической арматурой. Конструкции, построенные из такого материала, могут достигать огромных размеров. Примерами могут служить такие сооружения как небоскреб Бурдж. Калифа в Дубае – самое высокое строение в мире, и башни близнецы Петронас в Куала Лумпуре. 79

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Частицы Армированный бетон Бетон = цементная матрица + армирующие частицы песка и гравия 80

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Частицы БЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ Небоскреб Бурдж-Калифа в Дубае Башни близнецы Петронас в Куала Лумпуре 81

В современных твердотопливных двигателях большой мощности часто применяют смесь, содержащую армирующие частицы твердого топлива в полимерной матрице. Это могут быть металлические частицы, например, частицы алюминия, магния, лития или берилия, или неметаллические, такие как борные или углеродные частицы. 82

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Частицы Твердотопливный двигатель Твердое топливо 83

Металлические частицы могут также использоваться для улучшения характеристик других металлов, не растворяясь при этом как в сплавах. Например, частицы свинца обычно используют в медных сплавах и сталях для облегчения их механической обработки. Кроме того, свинец, являясь природным лубрикантом, значительно повышает антифрикционные качества подшипников, изготовленных из медных сплавов. 84

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Частицы Свинец в медном сплаве Подшипники 50 микрон 85

Широкое распространение получили металлокерамические композиты, или подругому керметы, представляющие собой композиты на основе металлов или сплавов, армированные керамическими частицами карбида кремния или оксида алюминия. Керметы, объединяя преимущества металлов и керамики, отличаются повышенной прочностью, износо- и жаростойкостью, а также обладают отличными антикоррозийными и антифрикционными свойствами. Поэтому их широко применяют в авиастроении, автомобилестроении, электронике, и других отраслях промышленности. 86

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Частицы Керметы 10 микрон 2 микрона 87

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 1. Армирующие наполнители. 1. 1. Частицы Керметы Авиастроение Автомобилестроение Электроника Благодаря высокой прочности и износостойкости керметы применяют при изготовлении режущих инструментов 88

2. МАТРИЦЫ Роль матрицы в композите В первой теме нашего курса мы уже узнали, что основные функции матрицы в композите - это: • обеспечение заданного расположения армирующих элементов в пространстве; • передача внешних нагрузок армирующим элементами; • защита наполнителя от неблагоприятных и агрессивных воздействий окружающей среды; • а также защита армирующих элементов от износа. Матрица играет второстепенную роль в обеспечении несущей способности композитных конструкций. Однако ее выбор оказывает значительное влияние на свойства волокнистых композитов при сжатии, а также при сдвиге (как межслойном, так и внутрислойном). 89

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 1. Роль матрицы в композите Функции матрицы в композите: • обеспечение заданного расположения армирующих элементов в пространстве • передача внешних нагрузок армирующим элементами • защита наполнителя от неблагоприятных и агрессивных воздействий окружающей среды • защита армирующих элементов от износа Матрица играет второстепенную роль в обеспечении несущей способности композитных конструкций 90

• В частности, матрица обеспечивает боковую поддержку волокон и препятствует потере устойчивости волокон при сжатии, что в значительной степени определяет прочность композита при сжатии. • Прочность при межслойном сдвиге является важной характеристикой материала при изгибе композитных конструкций, • а прочность при внутрислойном сдвиге важна при кручении. • Взаимодействие между волокном и матрицей является одним из определяющих факторов при проектировании конструкций с повышенной устойчивостью к повреждениям. • И наконец, требования к механической обработке композитных конструкций определяются качеством поверхности, а значит, в определенной степени зависят от выбора матрицы. Например, для композитов на основе полимерных матриц, качество поверхности определяется такими характеристиками как вязкость, а также время и температура полимеризации. В нашем курсе мы рассмотрим основные типы матриц: полимерные, металлические и керамические. 91

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 1. Роль матрицы в композите Выбор матрицы оказывает существенное влияние на свойства волокнистых композитов при сжатии и при сдвиге: • матрица обеспечивает боковую поддержку волокон и препятствует потере устойчивости волокон при сжатии • прочность при межслойном сдвиге является важной характеристикой материала при изгибе композитных конструкций • прочность при внутрислойном сдвиге важна при кручении композитных конструкций Сжатие Потеря устойчивости волокон при сжатии Кручение Изгиб 92

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 1. Роль матрицы в композите • • Взаимодействие между волокном и матрицей является одним из определяющих факторов при проектировании конструкций с повышенной устойчивостью к повреждениям Требования к механической обработке композитных конструкций определяются качеством поверхности, а значит, в определенной степени зависят от выбора матрицы Отслоения волокон от матрицы Трубы, армированные стекловолокнами, в полимерной матрице 93

Полимерные матрицы 2. 2. 1. Особенности структуры полимеров Полимеры – это вещества, которые представляют собой наборы макромолекул различной длины, но обязательно содержащие некоторые повторяющиеся модули атомов – мономеры, соединенные друг с другом химическими связями. Названия полимеров образуются от названий мономеров с приставкой «поли» : например полиэтилен, полипропилен, полиамид, поливинилацетат и т. д. 94

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 2. Полимерные матрицы Полимеры – это вещества, которые представляют собой наборы макромолекул различной длины, но обязательно содержащие некоторые повторяющиеся модули атомов – мономеры, соединенные друг с другом химическими связями Примеры: • полиэтилен • полипропилен • полиамид • поливинилацетат Повторяющийся модуль атомов 95

Полимер получается из мономеров в процессе реакции полимеризации (или отверждения). В твердом (то есть полимеризованном) состоянии макромолекулы располагаются в пространстве либо хаотично, как в случае аморфных полимеров, либо в виде сочетания хаотичных и упорядоченных структур, что свойственно кристаллическим полимерам. 96

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 2. Полимерные матрицы Кристаллическая часть Аморфные полимеры Кристаллические полимеры 97

Композиты, на основе полимерных матриц часто называют армированными пластиками. Иногда при этом указывают тип наполнителя, например, стеклопластиками называют пластики, армированные стеклянными волокнами, углепластиками – углеродными, а боропластиками – борными. 98

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 2. Полимерные матрицы Композиты, на основе полимерных матриц называют армированными пластиками Иногда при этом указывают тип наполнителя, например: • • • стеклопластиками называют пластики, армированные стеклянными волокнами углепластиками – углеродными волокнами боропластиками – борными волокнами СТЕКЛОПЛАСТИКовые трубы Стекловолоконный ровинг Ткань из углеродных волокон УГЛЕПЛАСТИКовые трубы 99

2. 2. 2. Термопласты и реактопласты В зависимости от типа межмолекулярных связей полимеры делят на два основных класса: термопласты и реактопласты (или термореактивные полимеры). 100

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 2. Полимерные матрицы ТЕРМОПЛАСТЫ И РЕАКТОПЛАСТЫ Полимеры делят на два основных класса: • термопласты • реактопласты (или термореактивные полимеры) Термопласты Реактопласты 101

У термопластов макромолекулы не соединены друг с другом химически. Связи между ними осуществляются с помощью слабых сил Ван-Дер-Ваальса или водородных соединений. При повышении температуры эти связи временно разрушаются, и материал постепенно переходит в высокоэластичное состояние, то есть размягчается и в конечном итоге плавится. Если к термопласту, размягченному под воздействием повышенной температуры, приложить нагрузку, то его мономеры свободно перемещаются в новые положения. При этом меняется форма материала, которая затем сохраняется при охлаждении, когда снова образуются межмолекулярные связи, но уже в новых местах. Такая замечательная особенность термопластов позволяет использовать их многократно. Для этого старые конструкции из термопластов измельчают, затем нагревают, придают им новую требуемую форму и охлаждают. Наиболее распространенные термопласты – это полистирол, полиэтилен, полипропилен, фторопласт и поливинлхлорид. 102

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 2. Полимерные матрицы ТЕРМОПЛАСТЫ Бесконечный цикл Нагрев Отверждение Аналогия Нагрев Термопласты: • полистирол • полиэтилен Размягчение • полипропилен • фторопласт • поливинилхлорид Охлаждение 103

У реактопластов макромолекулы соединены необратимыми химическими связями, образуя жесткую пространственную структуру. Как только эта структура сформировалась в результате реакции полимеризации, реактопласт не расплавится при нагреве. Вместо этого он начнет гореть. Типичные представители реактопластов – это полимеры на основе эпоксидных, полиэфирных или фенолформальдегидных смол. 104

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 2. Полимерные матрицы РЕАКТОПЛАСТЫ Единовременное действие Нагрев Начальное (вязкое) состояние Твердое состояние Аналогия Нагрев Реактопласты – полимеры на основе эпоксидных, полиэфирных или Отверждение фенолформальдегидных смол Охлаждение 105

Грамотный выбор матрицы является одним из важнейших аспектов при проектировании композитных изделий. В этой связи к матрицам могут быть предъявлены следующие требования: • высокий модуль упругости, поскольку он определяет прочность композитов при сжатии; • высокая прочность при растяжении, так как это является одним из факторов, определяющих вероятность внутрислойного расслоения композита; • высокая вязкость разрушения, влияющая на процесс распространения трещин в композите; • высокая температура стеклования, необходимая для использования композитов при повышенных температурах; • стойкость к агрессивным факторам окружающей среды; • низкая вязкость на этапе пропитки наполнителя при изготовлении композита. 106

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 2. Полимерные матрицы ТЕРМОПЛАСТЫ И РЕАКТОПЛАСТЫ Требования, предъявляемые к полимерным матрицам: • высокий модуль упругости • высокая прочность при растяжении • высокая вязкость разрушения • высокая температура стеклования • стойкость к агрессивным факторам окружающей среды • низкая вязкость на этапе пропитки наполнителя при изготовлении композита 107

При выборе между термопластами и реактопластами необходимо учитывать преимущества и недостатки этих материалов. Например, к преимуществам реактопластов относится: • низкая вязкость; • термостойкость; • невосприимчивость к агрессивным средам; • и хорошие реологические свойства. А к недостаткам: • ограниченный срок хранения при комнатной температуре; • длительность процесса полимеризации; • и низкое относительное остаточное удлинение, означающее хрупкость материала и его слабую сопротивляемость ударным нагрузкам. 108

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 2. Полимерные матрицы ТЕРМОПЛАСТЫ И РЕАКТОПЛАСТЫ Преимущества реактопластов: • низкая вязкость • термостойкость • невосприимчивость к агрессивным средам • хорошие реологические свойства Недостатки реактопластов : • ограниченный срок хранения при комнатной температуре • длительность процесса полимеризации • низкое относительное остаточное удлинение 109

Преимущества термопластов – это: • неограниченный срок хранения при комнатной температуре; • более короткое время отверждения, чем у реактопластов; • возможность многократного использования; • возможность соединения деталей методом склейки с использованием растворителей; • простота проведения текущего ремонта конструкций. К недостаткам термопластов относится: • высокая вязкость в неотвержденном состоянии, так как это существенно затрудняет пропитку наполнителя; • слабая сопротивляемость ползучести; • низкая термостойкость. 110

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 2. Полимерные матрицы ТЕРМОПЛАСТЫ И РЕАКТОПЛАСТЫ Преимущества термопластов: • неограниченный срок хранения при комнатной температуре • более короткое время отверждения, чем у реактопластов • возможность многократного использования • возможность соединения деталей методом склейки с использованием растворителей • простота проведения текущего ремонта конструкций Недостатки термопластов : • высокая вязкость в неотвержденном состоянии • слабая сопротивляемость ползучести • низкая термостойкость 111

2. 2. 3. Применение полимерных композитов Если посмотреть, какие полимерные композиты нас окружают, то можно заметить, что подавляющее число окружающих нас изделий сделано не из “чистых” полимеров, а из полимерных композитов. • Это все резины, поскольку резина представляет собой каучук, содержащий армирующие частицы технического углерода или оксида кремния. • К полимерным композитам также относятся все красочные эмалевые покрытия, поскольку представляют собой полимер, содержащий твердые порошкообразные пигменты и наполнители. • Это древесностружечные и древесноволокнистые плиты, в которых стружки или древесные волокна связаны термореактивным полимером. • Это линолеум и искусственная кожа, поскольку они состоят из полимерного связующего, пластификатора и различного рода дисперсных наполнителей. • Это различные армированные пластики, состоящие из волокон, связанных полимером. • Это ударопрочный полистирол, состоящий из полистирола с включениями частиц каучука. Этот перечень можно еще долго продолжать, поскольку полимерные композиты буквально окружают нас всюду. 112

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 3. Применение полимерных композитов Резины ДСП и ДВП Линолеум и искусственная кожа Краски и эмали Армированные пластики Ударопрочный полистирол 113

Металлические матрицы Теперь ознакомимся с металлическими матрицами. В некоторых областях такие матрицы имеют преимущества над полимерными. • Например, они предпочтительнее там, где материал подвергается длительному воздействию повышенных температур. • Поскольку предел текучести и модуль упругости большинства металлов выше аналогичных характеристик полимеров, металлические композиты превосходят полимерные композиты с точки зрения прочности при сжатии и трансверсальной прочности. • Металлы способны испытывать пластические деформации, благодаря чему их механические характеристики могут быть улучшены с помощью соответствующей обработки. Среди слабых сторон композитов на основе металлических матриц можно отметить: • их высокую плотность, снижающую удельную прочность и удельный модуль материала; • высокие температуры плавления, и, следовательно, высокие температуры изготовления изделий; • а также склонность к коррозии на границе раздела фаз. 114

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 3. Металлические матрицы Преимущества композитов с металлическими матрицами: • они предпочтительнее там, где материал подвергается длительному воздействию повышенных температур • металлические композиты превосходят полимерные композиты с точки зрения прочности при сжатии и трансверсальной прочности • металлы способны испытывать пластические деформации, благодаря чему их механические характеристики могут быть улучшены с помощью соответствующей обработки Недостатки композитов с металлическими матрицами: • высокая плотность • высокие температуры плавления • склонность к коррозии 115

На сегодняшний день существует два основных типа композитов с металлическими матрицами: алюминиевые и титановые композиты. Оба этих металла, как алюминий, так и титан, имеют сравнительно низкую плотность и являются основой различных сплавов. Несмотря на то, что магний имеет еще меньшую плотность, он в большей степени подвержен атмосферной коррозии и в этой связи его применение ограничено. Бериллий является самым легким из конструкционных металлов и его модуль упругости выше, чем у стали. Однако это очень хрупкий материал, что исключает его использование в качестве композитной матрицы. Сплавы, на основе никеля и кобальта, также используют в качестве композитных матриц, однако легирующие элементы этих сплавов способствуют окислению волокон при повышенных температурах. 116

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 3. Металлические матрицы Основные типы композитов с металлическими матрицами: Алюминиевые композиты Титановые композиты Магний? В большей степени подвержен атмосферной коррозии Бериллий? Очень хрупкий материал Сплавы, на основе никеля и кобальта? Легирующие элементы этих сплавов способствуют окислению волокон при повышенных температурах 117

Алюминий и его сплавы привлекает наибольшее внимание в качестве материала композитной матрицы. В промышленности, чистый алюминий обычно используют из-за его высоких антикоррозионных качеств. Некоторые алюминиевые сплавы используют из-за их высокой удельной прочности. 118

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 3. Металлические матрицы АЛЮМИНИЕВЫЕ КОМПОЗИТЫ Преимущества алюминия: • хорошие антикоррозионные качества • высокая удельная прочность по сравнению с большинством металлов • способность сохранять свойства в более диапазоне температур Алюминиевая композитная панель Алюминиевая трехслойная панель с сотовым заполнителем 119

Для армирования алюминиевых композитов иногда используют углеродные волокна, однако при типовых температурах изготовления композита, которые составляют порядка 500 С или выше, углерод вступает с алюминием в химическое взаимодействие, образуя карбид алюминия. Это существенно снижает механические характеристики композита. Для устранения этой проблемы используют специальные покрытия для обработки волокон, такие как борид титана или натрий. Более распространенным наполнителем алюминиевых композитов служит карбид кремния. 120

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 3. Металлические матрицы АЛЮМИНИЕВЫЕ КОМПОЗИТЫ Армирующие элементы алюминиевых матриц: • Углерод • Карбид кремния Углеродные волокна (в разрезе) в алюминиевой матрице Частицы карбида кремния в алюминиевой матрице 20 микрон 121

Титановые сплавы, по сравнению с алюминиевыми, имеют даже большую удельную прочность, и они лучше сохраняют свои свойства при температурах порядка 400 -500 С. Кроме того, коэффициенты теплового расширения титановых сплавов и армирующих волокон близки по величинам, что снижает вероятность появления температурных напряжений в композите. Одной из проблем титановых композитов является их химическое взаимодействие с волокнами бора и оксида алюминия при температурах изготовления композита. Улучшить ситуацию можно либо с помощью карбонизации волокон, то есть покрытия волокон слоев углерода, либо с помощью использования карбидокремниевых волокон. 122

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 3. Металлические матрицы ТИТАНОВЫЕ КОМПОЗИТЫ Преимущества титана: • хорошие антикоррозионные качества • еще более высокая удельная прочность, чем у алюминия • способность сохранять свойства в еще более широком диапазоне температур по сравнению с алюминием • близость коэффициентов теплового расширения матрицы и типичных наполнителей Титановая композитная лопасть Волокна карбида кремния (в разрезе) в титановой матрице 1 мм 123

Основные приложения композитов с металлическими матрицами в настоящее время – это аэрокосмические конструкции, однако потенциально они способны заменить металлические сплавы во многих наземных приложениях, в том числе в автомобильной технике. 124

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 3. Металлические матрицы ТИТАНОВЫЕ КОМПОЗИТЫ 125

Керамические матрицы Керамики известны • своей способностью сохранять механические свойства при повышенных температурах, • высокими характеристиками прочности и жесткости, • высокой твердостью, • стойкостью к коррозии • и малым удельным весом. При всем при этом, являясь хрупкими материалами, они обладают низкой трещиностойкостью. В этой связи основной причиной армирования керамик является повышение их трещиностойкости. 126

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 4. Керамические матрицы Достоинства керамических материалов: • способностью сохранять механические свойства при повышенных температурах • высокие характеристики прочности и жесткости • высокая твердость • стойкость к коррозии • малый удельный вес Основной недостаток - низкая трещиностойкость 127

Конструкционные керамики, используемые в качестве матриц композитов, разделяют на две категории: оксиды и не оксиды. Наиболее распространенные оксиды – это оксид алюминия (корунд) и муллит. Они ценятся своей жаростойкостью и химической стойкостью. В качестве типичных не оксидов можно перечислить • карбид кремния, • нитрид кремния, • карбид бора • и нитрид алюминия. Среди перечисленных материалов наибольшее применение нашел • карбид кремния, особенно в областях, требующих повышенной жесткости и теплостойкости материала. • Нитрид кремния используется там, где определяющим фактором является высокая удельная прочность, • а нитрид алюминия интересен своей высокой теплопроводностью. 128

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 4. Керамические матрицы Конструкционные керамики, используемые в качестве матриц композитов Оксиды: Корунд (оксид алюминия) Не оксиды: Муллит Карбид кремния Нитрид кремния Карбид бора Нитрид алюминия 129

Для упрочнения керамических композитов, как правило, используют все те же керамики – карбид кремния, нитрид алюминия и т. д. Наиболее часто используется карбид кремния из-за его высокой теплостойкости и совместимости с широким спектром керамических матриц (как оксидных, так и не оксидных). Упрочняющие элементы в керамических композитах могут иметь форму усов, с отношением длины к диаметру до 500, таблеток, волокон и нитей. Применяются керамические композиты, как правило, в качестве жаростойких материалов, а также составляющих броневых элементов. Наполненные специальными частицами, керамические композиты используются в режущих кромках инструментов, в качестве износостойких материалов, а также в стоматологии для изготовления пломб и протезов. 130

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 2. Матрицы 2. 4. Керамические матрицы Жаровая труба и ее фрагмент Армирующие материалы: • карбид кремния • нитрид алюминия В конструкции самолета Sky Wale планируется использовать керамические композиты Броневые элементы Стоматология 131

3. МОДИФИКАТОРЫ МАТРИЦ Иногда для улучшения свойств полимеров их наполняют модификаторами, представляющими мелкодисперсные порошки каких-либо (чаще всего недорогих) материалов. Полученный в результате модифицированный материал представляет собой композит (или наполненный полимер). Использование модификаторов может снижать стоимость материала, поскольку большинство модификаторов значительно дешевле полимеров, снижать химическую усадку, сопровождающую обычно процесс полимеризации, улучшать цвет и качество поверхности. Наиболее распространенными типами модификаторов на сегодняшний день являются мел, тальк, порошки металлов, кварц, каолин, графит и сажа. 132

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 3. Модификаторы матриц Модификаторы - это мелкодисперсные порошки какихлибо материалов, используемые для улучшения свойств полимеров Использование модификаторов: • снижает стоимость материала • уменьшает химическую усадку • улучшает цвет и качество поверхности Наиболее распространенные типы модификаторов: • мел • тальк • порошки металлов • кварц • каолин • графит • сажа 133

Мел (он же карбонат кальция) используется для коррекции белизны изделия, повышения сопротивляемости ударному разрушению, облегчению механической обработки, стабилизации экзотермических реакций при отверждении полимерных композитов и снижения себестоимости. Тальк повышает плотность материала, уменьшает химическую усадку, улучшает теплостойкость, изоляционные и реологические свойства полимеров. 134

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 3. Модификаторы матриц Тальк Мел • • • коррекция белизны изделия повышение сопротивляемости ударному разрушению облегчение механической обработки стабилизации экзотермических реакций при отверждении полимерных композитов снижение себестоимости • • повышение плотности материала уменьшение химической усадки повышение теплостойкости, улучшение изоляционных и реологических свойств 135

Порошки металлов (таких как железо, олово, серебро, цинк, медь, алюминий и свинец) улучшают электрические, магнитные и тепловые свойства изделий, а также увеличивают плотность материала. 136

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 3. Модификаторы матриц Порошки металлов Железо Олово Медь • • Серебро Алюминий Цинк Свинец улучшение электрических, магнитных и тепловых свойств увеличение плотности материала 137

Кварц (он же диоксид кремния) улучшает электрические и механические свойства полимеров, а также обеспечивает стабильность размеров изделий при изменении температуры. Каолин (или белая глина) способствует улучшению электрических и реологических свойств материала, снижает его способность поглощать влагу и замедляет процессы старения полимеров. 138

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 3. Модификаторы матриц Каолин (белая глина) Кварц (диоксид кремния) • • улучшает электрические и механические свойства обеспечивает стабильность размеров при изменении температуры • • • способствует улучшению электрических и реологических свойств снижает способность поглощать влагу замедляет процессы старения 139

Графит чаще всего используется для снижения коэффициента трения. А сажа (технический углерод) повышает электропроводимость изделий и выполняет функцию свето-стабилизатора, защищая полимер от ультрафиолетового излучения. 140

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 3. Модификаторы матриц Сажа (технический углерод) Графит • снижение коэффициента трения • • повышение электропроводимости светостабилизация 141

4. ОСОБЕННОСТИ И РОЛЬ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ В КОМПОЗИТЕ. Граница раздела фаз композитного материала – это пограничная область между его фазовыми компонентами, то есть волокном и матрицей, обеспечивающая их взаимосвязь и передачу усилий. Границу раздела иногда относят к третьей фазе композита и называют интерфазой. Физические, химические и механические свойства границы раздела отличаются от свойств волокон и матрицы. Они изменяются в некотором диапазоне между свойствами волокон и матрицы либо постепенно, либо скачкообразно. Граница раздела не только неоднородна по своим свойствам, но и может иногда не быть сплошной – в ней могут находиться пустоты и микротрещины. 142

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 4. Особенности и роль границы раздела фаз в композите Граница раздела фаз композитного материала – это пограничная область между его фазовыми компонентами, то есть волокном и матрицей, обеспечивающая их взаимосвязь и передачу усилий Воздействия Материал матрицы Виды воздействий: • • Тепловое Механическое Химическое Адсорбция поглощение различных веществ (влага, химические соединения) из окружающей среды Материал матрицы в приграничной области Воздействия Адсорбированный материал (влага, химические соединения) Поверхностный слой Воздействия Волокно 143

На сегодняшний день известно несколько механизмов, обеспечивающих взаимосвязь между фазами композита на границе раздела: • молекулярное взаимодействие; • электростатическое напряжение; • диффузия; • химическая реакция между группами А на одной поверхности и B на другой; • химическая реакция, в результате которой формируется новый материал; • механическое сцепление. 144

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 4. Особенности и роль границы раздела фаз в композите Механизмы, обеспечивающие взаимосвязь между фазами композита на границе раздела фаз: (а) молекулярное взаимодействие (b) электростатическое напряжение (c) диффузия (d) химическая реакция между группами А на одной поверхности и B на другой (e) химическая реакция, в результате которой формируется новый материал (f) механическое сцепление 145

На границе раздела фаз в композите обычно протекают особые процессы, отличающиеся от тех, что протекают в волокнах и матрице, а иногда и совсем им не свойственные. Именно эти процессы и обуславливают отличие свойств этой зоны от аналогичных свойств волокон и матрицы. К таким процессам относят: • адсорбцию, влекущую за собой появление и накопление адсорбированного вещества на поверхности раздела фаз, а также изменение свойств волокон и матрицы в этой области; • химические реакции – окисление волокон, например; • различные дилатационные процессы, связанные с изменением объема волокон и матрицы, например, в результате нагрева, влажностного разбухания или химической усадки полимера. Все это сопровождается возникновением и постепенным изменением поля напряжений в этой области. На границе раздела могут возникать зоны давления между волокном и матрицей или наоборот – зоны отрыва, что влияет на свойства композита в целом. В частности, состояние границы раздела оказывает значительное влияние: • на механизм разрушения композита; • на его трещиностойкость; • на наличие зон псевдотекучести диаграммы деформирования; • а также на демпфирующие характеристики композита. 146

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 4. Особенности и роль границы раздела фаз в композите Процессы, протекающие на границе раздела фаз композита: • адсорбция - поглощение влаги или других химических соединений из окружающей среды • химические реакции • различные дилатационные процессы, связанные с изменением объема волокон и матрицы Состояние границы раздела влияет на: • механизм разрушения композита • трещиностойкость • наличие зон псевдотекучести диаграммы деформирования • демпфирующие характеристики композита 147

При некоторых видах нагружения композита происходит скольжение волокон по поверхности матрицы, что иногда рассматривают как аналог текучести малоуглеродистых сталей. Это характерно, например, для тканевых композитов при растяжении вдоль волокон. При низких уровнях нагрузки связь между волокном и матрицей не нарушается, и они работают как единое целое. Затем при возрастании нагрузки изогнутые участки волокон армирующей ткани постепенно начинают выпрямляться. Этот процесс сопровождается частичным разрушением межфазовых связей и скольжением волокна по поверхности матрицы. На диаграмме деформирования это сопровождается появлением площадок псевдотекучести, которых может быть несколько в зависимости от структуры композита. 148

В поперечных нитях (нити утка) волокна отрываются от матрицы – в результате образуются поперечные трещины Продольные нити (нити основы) отрываются от матрицы и начинают скользит по ее поверхности Продольная нагрузка СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 4. Особенности и роль границы раздела фаз в композите Площадка псевдотекучести Продольное удлинение 149

Иногда для повышения прочности адгезионной связи между фазами полимерного композита его волокна подвергают предварительной обработке – отжигу и аппретированию. Отжиг – это выдержка волокон при повышенной температуре для удаления с их поверхности парафинового замасливателя, а аппретирование – это обработка поверхности наполнителя специальным веществом, называемым аппретом. В качестве аппретов используют химические соединения с двойной функциональностью. Считается, что одна функциональная группа аппрета реагирует с химическими группами на поверхности наполнителя, а вторая его группа или реагирует с полимером или обеспечивает хорошую адгезию с ним. Как правило, в качестве аппретов используются элементоорганические соединения (кремнийорганические, титанорганические, хроморганические, и др. ). Пример взаимодействия триэтоксивинилсилана с поверхностью стекла показан на слайде. На поверхности стекла всегда имеются – ОН группы, с которыми и реагирует этот материал. В результате обработки аппретом на поверхности минерального наполнителя появляется тонкий слой углеводородного вещества, к которому полимер обладает более высокой адгезией, чем к поверхности неорганического вещества. В определенных случаях возможно образование химических связей полимера с углеводородным покрытием наполнителя. Строгих доказательств образования таких связей нет, но на практике аппрет очень существенно повышает прочность композиций, особенно в случае использования полимера с невысокой адгезионной 150 активностью.

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИТОВ И ОСОБЕННОСТИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ. 4. Особенности и роль границы раздела фаз в композите Предварительная обработка волокон: • отжиг (выдержка волокон при повышенной температуре для удаления с их поверхности парафинового замасливателя) • аппретирование (обработка поверхности наполнителя специальным веществом, называемым аппретом) Взаимодействие аппрета (триэтоксивинилсилан) с поверхностью стекла Тонкий слой углеводородного вещества 151