Полимерные композиционные материалы

Среди большинства материалов наиболее популярными и широко известными являются полимерные композиционные материалы (ПКМ). Они активно применяются практически в каждой сфере человеческой деятельности. Именно данные материалы являются основным компонентом для изготовления различных изделий, применяемых с абсолютно разными целями, начиная от удочек и корпусов лодок, и заканчивая баллонами для хранения и транспортировки горючих веществ, а также лопастей винтов вертолетов. Такая широкая популярность ПКМ связана с возможностью решения технологических задач любой сложности, связанных с получением композитов, имеющих определенные свойства, благодаря развитию полимерной химии и методов изучения структуры и морфологии полимерных матриц, которые используются при производстве ПКМ. Т.е. использование ПКМ делает конструктивный материал или само изделие в разы легче, что и является главной причиной того, что данные материалы практически незаменимы.

Итак, что же представляют собой полимерные композиционные материалы. Стоит сказать, что композитом называется абсолютно любой материал, имеющий несколько составляющих. Композиционные материалы (или композиты) представляют собой многокомпонентные материалы, структура которых состоит из: пластичной основы (матрицы) и армированных наполнителей. Последние, как правило, являются очень прочными и жесткими. Благодаря возможности сочетать различные вещества становится возможным получать каждый раз новый материал, отличающийся своими свойствами от свойств каждого из его компонентов как качественно, так и количественно.

Так, в основе композитных материалов может находиться любой компонент, начиная от керамики и стекла, и заканчивая металлом и углеродами. Использование того или иного наполнителя напрямую зависит от того, насколько жестким, прочным, деформируемым получится материал на выходе. А матрица влияет на монолитность материала, передачу натяжения в наполнителе, а также устойчивость к разного рода воздействиям. Их главным отличием и преимуществом является то, что их матрица образуется из разнообразных полимеров, которые и являются связующим материалом для арматуры. В свою очередь, арматурой могут служить волокна, ткани, пленки и другие материалы.

ПКМ

Свойства полимерных композиционных материалов

Как уже говорилось выше, ПКМ являются очень прочными материалами. Сказать о том, что абсолютно все подобные материалы обладают одинаковыми свойствами, будет не верно. Ведь, в процессе производства путем компоновки разных материалов получается совершенно новый ПКМ со своими индивидуальными свойствами. Однако, некоторые, так сказать, общие свойства, присущи практически каждому такому материалу, все таки существуют. К ним относятся:

Упругость;
Жесткость;
Низкий удельный вес;
Устойчивость к разного рода химическим воздействиям (например, кислоты, щелочи, растворителей, масел, морской воды);
Теплостойкость;
Радиопрозрачность;
Вибростойкость;
Электроизоляционность;
Демпфирующие способности;
Отсутствие чувствительности к магнитному полю;
Привлекательный внешний вид;
Отсутствие необходимости в дополнительном покрытии разными лакокрасочными материалами.

Стоит также отметить, что ПКМ имеют ряд преимуществ, в отличие от других материалов, которые заключаются в технологичности, относительно низкой стоимости, простоте изготовления, а также в низкой плотности. Однако, стоит упомянуть и о недостатках, которые также присутствуют, несмотря на множество положительных характеристик. К недостаткам можно отнести малый температурный диапазон, при котором допустимо использовать данные материалы, относительно малые значения межслойной сдвиговой прочности и отрыва. На сегодняшний день присутствуют такие связующие, которые позволяют работать с изделиями из ПКМ при температурах, не выше 300-400 градусов Цельсия.

Технология полимерных композиционных материалов

Получение ПКМ

Для формирования ПКМ используется несколько методов – прессование, литье под давлением, экструзия, напыления. Получение того или иного полимерного композиционного материала зависит от нескольких факторов. Главным образом, влияние на технологию производства оказывают: тип наполнителя и агрегатное состояние самого полимера. Так, наполнитель может быть дисперсным, волокнистым или слоистым. Полимер, в свою очередь, - жидкий или твердый.

На сегодняшний день существует полимерные композиты можно разделить на четыре основные группы:

Слоистые пластики (текстолиты), образованные волокнистыми слоями;
Литьевые, прессовочные композиции, созданные из рубленных;
Ориентированные армированные пластики. Данный материал формируется стеклянными или синтетическими волокнами, а также прядями и нитями, путем их параллельного укладывания, чередуя со связующим веществом;
Стеклопластики. Их основой при производстве являются заранее сформированные волокна.

Стоит отметить, что если при производстве ПКМ применяется дисперсный наполнитель, в таком случае присутствует еще одна стадия технологического процесса – мокрого метода.

Также ученым удалось разработать еще один принципиально новый способ, которым можно получить ПКМ, - полимеризационный наполнитель. Данный метод позволяет на выходе получать исключительно качественные новые материалы.