2.8 Композитные материалы
Композиционный материал. Композиционный материал (композит, КМ) — неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов.
Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.
В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композиции, не только отражающий исходные характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.
Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — текстолит, слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем, стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера... Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.
В последнее время материаловеды экспериментируют с целью создать более удобные в производстве, а значит — и более дешёвые материалы. Исследуются саморастущие кристаллические структуры, склеенные в единую массу полимерным клеем (цементы с добавками водорастворимых клеев), композиции из термопласта с короткими армирующими волоконцами и
Композиционный материалнеоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов. Сплавы с направленной кристаллизацией эвтектических структур также представляют собой композитные материалы
Композитные материалы своим прообразом имеют широко известный железобетон, представляющий собой сочетание бетона, работающего на сжатие, и стальной арматуры, работающей на растяжение, а также полученные в 19 в. прокаткой слоистые материалы.
Успешному развитию современных композитных материалов содействовали: разработка и применение в конструкциях волокнистых стеклопластиков, обладающих высокой удельной прочностью; открытие весьма высокой прочности, приближающейся к теоретической; нитевидных кристаллов и доказательства возможности использования их для упрочнения металлических и неметаллических материалов; разработка новых армирующих материалов - высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон бора, углерода, А12ОЗ, SiC и волокон других неорганических тугоплавких соединений, а также упрочнителей на основе металлов .
В технике широкое распространение получили волокнистые композитные материалы, армированные высокопрочными и высокомодульными непрерывными волокнами, в которых армирующие элементы несут основную нагрузку, тогда как матрица передаёт напряжения волокнам. Волокнистые композитные материалы, как правило, анизотропны. Механические свойства композитных материалов определяются не только свойствами самих волокон, но и их ориентацией, объёмным содержанием,
Способностью матрицы передавать волокнам приложенную нагрузку и др. Диаметр непрерывных волокон углерода, бора, а также тугоплавких соединений ( В4С, SiC и др.) обычно составляет 100-150 мкм.
Важнейшими технологическими методами изготовления композитных материалов являются: пропитка армирующих волокон матричным материалом; формование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы, получаемых намоткой; холодное прессование обоих компонентов с последующим спеканием, электрохимическое нанесение покрытий на волокна с последующим прессованием; осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием; пакетная диффузионная сварка монослойных лент компонентов; совместная прокатка армирующих элементов с матрицей и другие.
Весьма перспективны композитные материалы, армированные нитевидными кристаллами (усами) керамических, полимерных и др. материалов. Размеры усов обычно составляют от долей до нескольких мкм по диаметру и примерно 10-15 мм по длине.
Области применения композитных материалов многочисленны; кроме авиационно-космической, ракетной и других специальных отраслей техники, композитные материалы могут быть успешно применены в энергетическом турбостроении, в автомобильной промышленности - для деталей двигателей и кузовов автомашин; в машиностроении - для корпусов и деталей машин; в химической промышленности - для автоклавов, цистерн, аппаратов сернокислотного производства, ёмкостей для хранения и перевозки нефтепродуктов и др.
- Министерство образования и науки Республики Казахстан
- Введение
- Глоссарий «Строительные материалы»
- 2 Краткий курс лекций
- 2.1 Введение. Классификация строительных материалов. Строение и основные свойства строительных материалов Введение
- Классификация строительных материалов Строительные материалы классифицируются по различным признакам.
- Требования предъявляемые к строительным материалам
- Физические свойства
- Гидрофизические свойства материалов
- Теплофизические свойства материалов
- Физические свойства технологического характера.
- Комплексные свойства материалов.
- Эстетические свойства.
- 2.2 Природные каменные материалы и сырье для производства строительных материалов из горных пород
- Изверженные породы. Глубинные породы применяемые в строительстве - гранит, сиенит, диорит, габбро.
- Осадочные породы. Осадочные породы - являются основанием и средой для различных сооружений и доступны в качестве строительного материала.
- 2.3 Материалы, получаемые термической обработкой минерального сырья.
- 2.3.1 Керамические изделия
- Подготовку сырья: – обогащение, дробление и выделение примесей;
- Классификация керамических изделий по назначению.
- Основы производства стекла.
- Способы формования стеклянных изделий
- Классификация стеклянных материалов.
- Защита металлов в условиях пожара. Незащищенные стальные конструкции используют при до t° - 600 °с. Для повышения предела огнестойкости металлических конструкций их покрывают:
- 3.4.1 Воздушные вяжущие вещества
- Гипсовые и гипсобетонные материалы и изделия
- Известь воздушная. Сырье и принципы производства
- 2.4.2 Гидравлические вяжущие вещества
- Принципы производства цемента
- Основные свойства материалов на основе цементов
- 2.5 Строительные материалы на основе неорганических вяжущих веществ
- 2.5.1 Бетоны. Тяжелые бетоны. Легкие бетоны
- Тяжелые бетоны
- Легкие бетоны
- 2.5.2 Силикатные материалы и изделия. Асбестоцементные изделия Силикатные материалы и изделия
- Асбестоцементные изделия
- 2.5.3 Строительные растворы и сухие строительные смеси
- Заполнители в качестве мелкого заполнителя для приготовления строительных растворов применяют следующие материалы:
- 2.6 Строительные материалы на основе органического сырья
- Сортамент лесных материалов.
- Свойства древесины.
- 2.6.2 Полимерные материалы
- Номенклатура материалов и изделий из полимеров.
- 2.7 Строительные материалы специального назначения
- 2.7.1 Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы.
- Гидроизоляционные материалы
- Герметизирующие материалы
- 2.7.2 Теплоизоляционные и акустические материалы
- 2.7.3 Отделочные материалы Классификация отделочных материалов.
- 2.8 Композитные материалы
- Преимущества композиционных материалов
- Понятие о кристаллических и амфорных телах. Понятие о твердости, износостойкости их размерность.
- Ход работы:
- 1.1 Определение плотности.
- 1.2 Определение плотности на образцах неправильной формы
- Плотность вычисляют по той же формуле
- Объем образца определяют из выражения
- 1.3 Определение плотности (насыпной) сыпучих материалов
- 1.4 Определение удельной массы
- 1.5 Определение весового и объемного водопоглощения
- 1.6 Определение пористости и пустотности материала
- 1.7 Определение морозостойкости строительных материалов
- 2.1 Изучение свойств породообразующих минералов
- 2.2 Основные определения и понятия
- 3.3 Определение марки кирпича
- Предел прочности при изгибе считают по формуле
- Значение относительного удлинения, б, %, вычисляют по формуле
- 6.I Определение тонкости помола гипса
- 6.3 Определение сроков схватывания гипсового теста
- 6.4 Определение предела прочности при изгибе и сжатии образцов из гипса
- 7. 1 Определение содержания в извести активных СаО и MgО
- 7.2 Определение содержания в извести непогасившихся зерен
- 7.3 Определение температуры и скорости гашения извести
- Результаты испытания записывают в таблицу
- Определение сроков схватывания цементного теста (гост 310.3-76)
- Определение равномерности изменения объема цемента (гост 310.3-76)
- 9.2 Определениезернового состава щебня (гравия)
- 9.3 Определение прочности щебня (гравия)
- 10.1 Материалы рекомендуемые для бетона
- Назначение марки цемента в зависимости от класса бетона
- 10.2 Подбор состава бетона по первому способу
- 10.3 Экспериментальная проверка и корректировка состава бетона
- 10.4 Производственный состав бетона и расчет материалов на замес бетономешалки
- 10.5 Подбор состава бетона с химическими добавками
- 10.5 Подбор состава бетона по второму способу выполняют в такой последовательности:
- 10.6 Выполняем расчет ориентировочного состава бетона
- Пустотность щебня, определенная по формуле , составляет
- 10.7 Вычисляем расход материалов в киллограммах на пробный замес бетона после корректировки содержания материалов
- Состав бетона можно выразить в виде соотношения:
- 11.1 Определение прочности бетона при сжатии
- 11.2 Определение прочности бетона на осевое растяжение
- 11.3 Определение прочности бетона на растяжение при изгибе
- 11.3 Определение морозостойкости бетона (гост 10060.0-95)
- 12.1 Изучение строения древесины. Работа с каталогами образцов древесины
- 3.12. 2 Определение физических свойств древесины
- В тангентальном направлении
- Объемную усушку Voвычисляют с точностью до 0,1 % по формуле
- 12.3 Определение предела прочности при сжатии вдоль волокон
- - Для образцов с влажностью меньше предела гигроскопичности
- Предел прочности образцов пересчитывают на влажность 12 % по формуле
- 13.1 Определение гранулометрического состава
- 13.2 Исследование зависимости коэффициента вспучивания вермикулита от технологических факторов
- 13.3 Подбор оптимальной продолжительности вспучивания
- 14.1 Определение теплостойкости пластических масс по Мартенсу
- 14.2 Определение твердости пластических масс по Бринеллю
- 15.3 Определение маслоемкости.
- 15.4 Определение цвета
- 15.5 Определение вязкости
- 3.15.6 Определение скорости высыхания
- 2 Вопросы для подготовки к Рубежному контролю и экзаМену
- 2.1 Темы и вопросы для подготовки для рубежного контроля
- 2.2 Дополнительные вопросы для подготовки к экзамену