Композиционные материалы на неметаллической основе

В качестве матрицы в композиционных материалах на неметаллической основе используют отвержденные эпоксидные, полиэфирные, фенольные, полиамидные и другие смолы. Наиболее распространены композиции, армированные стеклянными, углеродными, органическими, борными и другими видами волокон.

Композиты, армированные однотипными волокнами, получили названия по упрочняющему волокну. Так, композицию, содержащую наполнитель в виде длинных стекловолокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями, называют ориентированным стекловолокиитом. Неориентированные стекловолокниты содержат в качестве наполнителя короткое волокно. В том случае, если упрочнителем является стеклоткань, материал называется стеклотекстолитом. Композиционный материал, содержащий углеродное волокно, называют углеволокнигом, борное волокно — бороволокнитом, органическое волокно — органоволокнитом (органитом).

Композиционные материалы с полимерной матрицей обнаруживают целый ряд достоинств, среди которых следует назвать высокие удельные прочностные и упругие характеристики, стойкость к воздействию агрессивных сред, хорошие антифрикционные и фрикционные свойства наряду с высокими теплозащитными и амортизационными свойствами. Вместе с тем пластики имеют и недостатки: низкую прочность и жесткость при сжатии и сдвиге, снижение прочности при повышении температуры до 100—200°С, изменение физико-механических характеристик при старении и под воздействием климатических факторов.

В настоящее время пластики получают все большее, интенсивное распространение по причине простоты, технологичности и дешевизны производства из них деталей.

В композиции с полимерной матрицей усилие от матрицы к армирующему элементу передается за счет сил межмолекулярного взаимодействия и имеет адгезионный характер. Обеспечить прочную связь между волокном и матрицей можно при полном смачивании жидкой связующей упрочняющих волокон. В этом случае поверхностная энергия волокна должна быть больше поверхностного натяжения жидкой матрицы. Среди полимеров жидкая эпоксидная смола, обладающая энергией поверхностного натяжения 5 • 10~⁵ Дж/м², лучше других полимеров смачивает углеродные и борные волокна, энергия поверхности которых имеет значения.

(2,7-^5,8)-10 ⁵ и 2−10 ^л Дж/м² соответственно. На практике повышения энергии поверхности волокон достигают, например, травлением, окислением, вискеризацией.

Изделия из композиционных материалов с полимерной матрицей стараются получать одновременно с материалом. Несмотря на сравнительно большую трудоемкость, в этом случае удается наиболее полно реализовать преимущества композиции и существенно снизить стоимость детали.

Технология производства изделий с полимерной матрицей, армированной волокнами, включает следующие основные операции.

• 1. Подготовка упрочняющих волокон:
  • • удаление замасливателя;
  • • нанесение на поверхность водоотталкивающих покрытий;
  • • снование, т.с. перемотка и укладывание волокон (лент) в однонаправленную полосу — ровнину.
• 2. Приготовление связующего:
  • • проверка компонентов связующего;
  • • приготовление смеси компонентов (компаунда).
• 3. Пропитка:
  • • пропитка волокон связующим;
  • • подсушивание и частичное отверждение.
• 4. Формование.
• 5. Отверждение.
• 6. Удаление оправки.
• 7. Контроль качества изделий.
• 8. Механическая доработка и соединение с другими деталями.