6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011

^ 6.3. Наполнитель композиционных материалов

При внедрении наполнителя в матрицу и наполнении им мат­рицы появляется КМ. Наполнитель обеспечивает главные конст­руктивные и многофункциональные характеристики КМ. Потому главным требованием при выборе наполнителя является соответствие его 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 параметров мотивированному предназначению КМ.

Наполнителями для производства КМ могут служить практи­чески все природные и сделанные в процессе деятельности чело­века материалы после придания им определенных форм и разме­ров. В качестве 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 заполнителей КМ более обширное применение получили пылеобразные и волокнистые материалы естествен­ного и искусственного происхождения (рис. 16).




Рис. 16. Систематизация композиционных материалов по виду наполни­теля

^ 6.3.1. Зернистый наполнитель композиционных материалов
Посреди естественных заполнителей отметим мел, каолин, тальк 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 и др.

Мел СаС03 представляет собой мягенький минерал белоснежного цвета, твердостью 3 по шкале Мооса. Данный минерал – осадочная гор­ная порода, представляет собой очень распространенное природ­ное вещество. Мел дешев, припасы его 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 фактически неограничен­ны, он нетоксичен, безобиден, не имеет аромата, это тонкозерни­стая разновидность известняка. При нагреве до 800 °С мел разлага­ется, выделяя углекислый газ и образуя известь.

Мел употребляется для заполнения полимеров 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011. Введение мела уменьшает расход полимеров и уменьшает усадку КМ в процессе его формования и отверждения. Мел имеет малый усили­вающий эффект по сопоставлению с другими наполнителями. По по­казателю преломления света мел 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 близок к большинству полиме­ров. Потому при внедрении мела можно получать оптически одно­родные пластмассы фактически хоть какого цвета. Для получения пластмасс белоснежного цвета к мелу добавляют диоксид титана, а чер­ный 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 цвет получают методом добавки технического углерода. Наибо­лее обширно мел употребляется для заполнения фенолформальдегидных, эпоксидных и полиэфирных полимеров.

Каолин имеет хим формулу А1203·SiO2·2Н20, его час­тицы имеют форму гексагональных пластинок 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011. Он находит широ­кое применение как наполнитель полимеров, приемущественно, полиэфирных. Введение каолина увеличивает физико-механические свойства и модуль упругости заполненных им полимеров. Недочетом каолина является его нехорошая диспергируемость в полимерах, его введение 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 резко увеличивает вязкость полимера.

Тальк – вещество с хим формулой 3MgO·4SiO2·Н20, представляет собой белоснежный порошок с пластинчатыми частичками, твердость которых 1 по шкале Мооса (самая высочайшая твердость 10 у алмаза). Пластинчатая форма 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 частиц увеличивает усиливающий эффект талька как наполнителя. Используют тальк преимуществен­но для заполнения полипропилена и поливинилхлорида.

Нефелин и полевой шпат являются безводными щелочными алюмосиликатами близкого состава. Кусочки полевого шпата раска­лываются 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 по плоскостям спайности, размещенным под углом 90° одна к другой, потому образующиеся частички имеют форму блоков и прямоугольных осколков. Плоскости спайности нефели­на размещены параллельно одна другой, потому при измель­чении его частички состоят из пластинок 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 неверной формы. Полевой шпат и нефелин безобидны для здоровья даже при попа­дании их пылевых частиц при дыхании вовнутрь.

Нефелин и полевой шпат отлично смачиваются и диспергиру­ются в 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 большинстве полимеров, обеспечивая низкую вязкость и высшую текучесть при больших степенях наполнения. Наполнен­ные ими полимеры прозрачны либо полупрозрачны, владеют по­вышенной хим стойкостью и износостойкостью. Нефели­ном и полевым шпатом почаще усиливают 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 поливинилхлорид и по­лиэфирные смолы.

Кварц в виде порошка получают методом измельчения кварцево­го песка до зернышек поперечником менее 150 мкм. На долю кварца приходится около 10% общего объема применяемых порошковых заполнителей для полимеров. Введение 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 кварцевого порошка умень­шает усадку полимеров и тем увеличивает стабильность раз­меров изделий из КМ. Кварцевый наполнитель увеличивает физико-механические характеристики заполненных им полимеров и потому ис­пользуется в технологии КМ 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 конструкционного предназначения.

В числе заполнителей искусствен­ного происхождения пылеобразные металлы, технический углерод, аэросил, микросферы, технические алмазы, кубический нитрид бора.

Пылеобразные металлы обширно употребляют в качестве на­полнителя, в особенности необходимо подчеркнуть намного большее, чем 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 в индустрии пластмасс, потребление пылеобразных ме­таллов в порошковой металлургии. Исключительно в неких случаях порошки металлов выпускаются специально для использования в качестве наполнителя полимеров.

Порошки железа создают распылением расплавленных 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 ста­ли либо чугуна водяной струей под высочайшим давлением. Высокока­чественные порошки получают при электролизе смесей солей железа, также при разложении карбонила железа.

Для получения порошков меди, никеля и кобальта употребляют способы 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 воздушного распыления расплавов, электролиза соответ­ствующих солей либо их восстановления водородом при больших температурах и давлении. Расплавы свинца и цинка просто распы­ляются с образованием очень маленьких частиц. Порошки циркония, гафния и титана получают из 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 гидридов соответственных метал­лов. При производстве порошков алюминия и его сплавов круп­ные кусочки обычно поначалу дробят в молотковых молотилках, а за­тем размельчают в шаровых либо вибрационных мельницах.

Маленькие порошки с 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 частичками сферической формы получают методом распыления расплавов сильным воздушным потоком. По гранулометрическому составу различают порошки большой (от 0,2 мм и наименее), средней (от 0,1 мм и наименее) и маленькой (от 0,05 мм и 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 наименее) фракций. Насыпная масса порошков находится в преде­лах 1,3–3,0 г/см3.

Технический углерод – это техническое заглавие сажи. Сажа представляет собой пылеобразный продукт темного цвета, получаемый при неполном сгорании либо тепловом разложе 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011­нии углеводородов. Применение сажи в качестве темного крася­щего вещества понятно с глубочайшей древности. Сажу использовали для производства темной туши, которой написаны древние китайские манускрипты, относящиеся к 4 тысячелетию до н.э. В Старом 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 Египте папирусы исполняли темными чернилами, из­готовленными на базе сажи.

Технический углерод состоит из частиц сферической формы, поперечник которых наименее 50 нм. Частички образуют более либо наименее разветвленные цепочки. Характеристики технического углерода опреде­ляются, приемущественно 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011, 2-мя чертами: удельной поверхностью, которая находится в зависимости от размера дисперсных частиц, и степенью структурированности дисперсных частиц углерода в це­почки. Оба этих параметра зависят от технологических характеристик процесса пиролиза.

Выше 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 90% технического углерода в текущее время получа­ют печным методом: нефть впрыскивают в реактор с жаркими продуктами сгорания топлив, где она термически разлагается с образованием дисперсных частиц технического углерода. Огромную часть приобретенного 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 продукта подвергают гранулированию для удоб­ства транспортирования, хранения и использования техническо­го углерода. Не считая печного в наименьших масштабах употребляют так­же другие методы получения сажи: канальный, тепловой, ламповый, ацетиленовый.

Около 95% технического 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 углерода расходуется на нужды ре­зинотехнической индустрии и только наименее 5% техни­ческого углерода употребляется в качестве наполнителя полиме­ров, при всем этом обеспечивается их экономия. Не считая того, техни­ческий углерод увеличивает устойчивость полимеров 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 к воздействию теплоты и Ультрафиолетового излучения, улучшает их перерабатываемость, также позволяет изменять электронную проводность полиме­ров. Технический углерод нередко употребляется для расцветки поли­меров, придавая им непрозрачность при очень 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 малых концент­рациях/

Аэросил представляет собой дисперсные частички диоксида крем­ния сферической формы поперечником до 10 нм, время от времени этот мате­риал именуют «белой сажей». Получают аэросил гидролизом хло­рида кремния в 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 токе кислородно-водородного пламени. Аэросил не токсичен, безобиден, даже при огромных концентрациях не вы­зывает силикоз.

Аэросил используют для заполнения резин и полимеров. Он отлично диспергируется в большинстве полимеров, но сни­жает их жидкотекучесть.

Микросферы 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 являются сферическими стеклянными частичками поперечником до 700 мкм. Получают микросферы методом распыления расплава стекла. Достоинства микросфер в качестве наполните­ля определяются их формой. Сферическая форма частиц обеспе­чивает наименьшую вязкость полимеров в процессе 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 получения КМ. Не считая того, сферическая форма частиц стекла обеспечивает их низкую абразивность, что существенно упрощает процессы пе­реработки КМ из микросфер.

Введение микросфер в полимеры увеличивает физико-механи 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011­ческие свойства и твердость приобретенных КМ, наращивает их износостойкость, водоустойчивость, коррозионную стойкость, вяз­кость разрушения и уменьшает их горючесть. Не считая того, введе­ние микросфер понижает усадку и коробление изделий. Наилуч­ший усиливающий эффект 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 достигается при рациональном сочета­нии микросфер с волокнистым наполнителем.

Около 80% производимых микросфер употребляется для полу­чения светоотражающих материалов.

Наряду со сплошными применение отыскали полые стеклянные микросферы, главным преимуществом которых является низкая плотность, не 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 превосходящая 0,7 г/см3. Более обширно исполь­зуются полые стеклянные микросферы со средним поперечником 75 мкм и плотностью 0,3 г/см3. Огромную часть полых микросфер используют в качестве наполнителя полиэфирных и эпоксидных заливочных компаундов. Сферическая 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 форма стеклянной оболоч­ки полых микросфер позволяет ей выдерживать гидростатическое давление более 1000 МПа. Введение полых стеклянных микро­сфер в состав стеклопластиков наращивает их твердость и удар­ную вязкость. В особенности 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 действенным является внедрение полых микросфер в производстве искусственной древесной породы, не­отличимой от натуральной.

Полые стеклянные микросферы получают в итоге про­пускания маленьких стеклянных частиц, содержащих порофор, через высокотемпературную зону реактора 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011. Частички при всем этом плавятся либо размягчаются, а порофор разлагается и сформировывает полость снутри частички.

Используя аналогичный технологический принцип, получают полые органические и углеродные микросферы.

Увлекательным направлением утилизации дымовых выбросов яв­ляется улавливание 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 из их полых и сплошных глиняних мик­росфер. Сразу с защитой среды от загрязне­ний данный метод обеспечивает получение принципиального техническо­го продукта при очень низких экономических издержек.

Главным направлением использования полых 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 микросфер раз­ной природы является введение их в эпоксидные, полиэфирные и полимерные композиции с получением так именуемых синтактических пен. При равной плотности синтактические пены существенно прочнее пенопластов, получаемых методом вспенива­ния водянистых полимеров 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011.

Природные и искусственные вещества, владеющие высочайшей твердостью, употребляют в качестве наполнителя абразивных ма­териалов. Абразивные материалы созданы для шлифования и полирования самых различных материалов. Эти операции осуществ­ляются абразивным порошком в свободном 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 состоянии, пастами, в состав которых не считая абразивного порошка входят вязкие сма­зывающие вещества, и абразивным инвентарем. Абразивный инструмент выполнен из КМ, сделанного в виде кругов, брус­ков и шкурки 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011. В таком КМ зерна соединены абразивным наполни­телем железной, полимерной либо глиняной матрицы. Наибольшее применение в металлообработке получили карбид бора, корунд, карборунд и сверхтвердые материалы – алмаз и кубический нитрид бора. Их абразивную способность 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 оценивают по массе сошлифованного эталонного материала, в качестве ко­торого употребляют неорганическое стекло, при схожем рас­ходе абразива.

Абразивостойкие изделия из карбида бора получают методом вы­сокотемпературного прессования под высочайшим давлением 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 (филь­еры, сопла пескоструйных аппаратов, деталей буровых инстру­ментов и др.).

Методом спекания порошка корунда получают так именуемый микролит в форме резцовых пластинок, фильер и других готовых к использованию изделий. Красностойкость микролита 1200 °С. По 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 износостойкости режущий инструмент из микролита в 2 раза пре­восходит твердосплавный инструмент, а износостойкость микро-литовых фильер в 10-ки раз выше стойкости железных фильер.

Абразивный инструмент с наполнителем из карборунда при­меняют для обработки 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 чугуна, цветных металлов и неметалличес­ких материалов, также обработки самих инструментов из твер­дых сплавов и керамики, правки шлифовальных кругов.

Алмаз – материал, имеющий самую большую твердость посреди всех природных веществ, шлифуется 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 только своим порошком. Создано искусственное получение алмазов из графита при температуре 2000 °С и давлении 5300 МПа. Образующиеся маленькие кристаллы используют для производства режущих инструментов. Около 80% производимых технических алмазов употребляется в качестве 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 наполнителя КМ инструментального предназначения. По круп­ности зерна алмазные порошки делят на три группы:

Шлифпорошки употребляют для производства инструмента на органической, глиняной либо 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 железной связке для осо­бо томных критерий обработки: резки и обработки железобетона, бурения горных пород, также правки абразивных кругов и твер­досплавного инструмента.

Микропорошки употребляют для производства инструмента, шлифовальных паст и суспензий 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011. Инструмент советуют для обработки стекла и других хрупких материалов. Порошки исполь­зуют при обработке алмазов, корунда, специальной керамики и других труднообрабатываемых и особо жестких материалов.

Субмикропорошки употребляют для получения наибольшего класса 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 чистоты обработки поверхности полупроводниковых мате­риалов и особых зеркал для лазерной техники.

Кубический нитрид бора является кристаллографическим ана­логом углерода, электрические характеристики хим связи атомов В–N почти во всем идентичны со 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 связью меж атомами углерода С–С. Характеристики нитрида бора с тетраэдрической ячейкой кристалли­ческой решетки идентичны со качествами алмаза. Кубический нитрид бора также имеет высшую твердость, только немногим уступая алмазу. Но, в отличие от 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 алмаза, он полностью инертен к окислительным средам как при обычных, так и завышенных температурах. Кубический нитрид бора сохраняет высшую твер­дость при завышенных температурах, его красностойкость состав­ляет 1500 °С 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011. Отмеченные отличия дают кубическому нитриду бора определенные достоинства при использовании в качестве абра­зивного материала.

Кубический нитрид бора получают искусственно по техноло­гии, аналогичной производству синтетических алмазов. Под воз­действием больших температур и 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 давлений гексагональная крис­таллическая решетка нитрида бора преобразуется в кубическую кристаллическую решетку с тетрагональной ячейкой. Кубический нитрид бора, как и алмаз, выходит в виде отдельных зернышек. Приобретенный порошок употребляют в производстве 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 КМ в составе шлифовальных и отрезных кругов на органической, керамичес­кой либо железной связке.

^ 6.3.2. Волокнистый наполнитель композиционных материалов
Естественные наполнители. Наибольшее применение в техно­логии КМ находят две разновидности волокнистых заполнителей естественного происхождения – асбест 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 и волластонит.

Асбест – заглавие группы силикатных минералов, обладаю­щих волокнистым строением.

Волокна асбеста состоят из огромного количества плотно упакованных полых микрофибрилл с внешним поперечником до 40 нм и диамет­ром полости около 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 5 нм.

Крепкость асбестовых волокон довольно высочайшая. Предел прочности при растяжении наилучших видов асбеста превосходит 3000 МПа, что в 5 раз выше прочности более распространен­ной в машиностроении стали 45. Но извив, скручивание и другие 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 виды деформации в процессе добычи и следующей пе­реработки асбеста значительно понижают его крепкость.

Прочностные характеристики асбестовых волокон сохраняются до 400 °С, потом начинают понижаться и при 600 °С волокна теряют свою крепкость и просто растираются 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 в порошок. При нагреве до 1450 °С асбест плавится.

Асбест негорюч, инертен к воздействию щелочей, но не стоек в среде кислот. На него не действуют солнечная радиация, кисло­род, озон, он не растворим в 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 воде.

Введение асбеста в матрицу увеличивает крепкость КМ, также предутверждает трещинообразование как в процессе производства, так и при эксплуатации материала. Асбестовый наполнитель вводят в матрицу из цемента, каучука, битума, маслосмоляных консистенций и 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 др.

Волластонит (хим формула СаSiO3) – природный минерал, состоит из кристаллов игловатой формы, имеющих белоснежный цвет. Добыча его организована в промышленном масштабе. На долю волластонита как природного наполнителя приходится до 15% общего расхода 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 заполнителей, применяемых в промыш­ленности пластмасс.

^ Искусственные наполнители. Сырьем для получения волокнис­тых заполнителей могут служить различные начальные вещества. Наи­большее применение в технологии КМ получили железные, стеклянные, полимерные, углеродные 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011, корундовые, карборундо­вые и борные волокна. Усредненные свойства их физико-механических параметров представлены в табл. 2.

Прочная железная проволока является одним из самых доступных видов волокон. В качестве наполнителя она ис­пользуется, приемущественно 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011, в купе с железной и глиняной матрицами.

Для армировании металлов рекомендуется проволока из не­ржавеющей стали. К ее плюсам относится наименее интенсив­ное, по сопоставлению с углеродистыми сталями, взаимодействие с железной матрицей. При использовании более 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 обширно употребляемой дюралевой матрицы в процессе производства КМ может быть образование хрупкого интерметаллида FeAl3, ко­торый появляется в большей степени в итоге взаимодействия алюминия с ферритной фазой и значительно 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 наименее интенсивно с аустенитной и мартенситной структурами.


Таблица 2

Черта волокнистого наполнителя композиционных материалов


Материал наполнителя

Поперечник волокна, мкм

σв, ГПа

Е, ГПа

ρ, г/см3

Сталь

150

3,5

200

7,9

Стекло

10

4,0

85

2,5

Кевлар

15

4,5

150

1,4

Углерод:

прочный

высокомодульный


7

7


5,5

3,0


300

650


1,8

2,0

Карборунд

120

3,0

430

3,2

Бор

100

3,5

400

2,6

Нитевидные кристаллы:

корунда

карборунда







30

40


1000

800


3,8

3,2



Потому для производства наполнителя железных матриц употребляют также хромоникелевые сплавы аустенитного и мартенситного 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 классов. Крепкость мартенситной проволоки в 1,5 раза выше, чем аустенитной. Но вследствие отсутствия фазовых перевоплощений при нагревании аустенитная проволока способна принимать нагрузки при завышенных температурах.

Проволоку с высочайшими физико-механическими 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 показателями получают также из никелевых, ферроникелевых и кобальтовых сплавов.

Крепкость проволоки из нержавеющей стали находится в сред­нем на уровне 2500 МПа. Легирование стали кобальтом позволяет значительно повысить ее крепкость. К примеру, крепкость проволо 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011­ки из стали, легированной 2% кобальта, около 4000 МПа, а при внедрении в сталь 4% кобальта ее крепкость добивается 5000 МПа.

Титановая проволока имеет высшую удельную крепкость, от­носительную инертность, сохраняет прочностные характеристи­ки до температур 400 °С. Крепкость 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 проволок из титановых спла­вов находится на уровне 1700 МПа. Широкому использованию титановой проволоки в качестве упрочняющего наполнителя КМ препятствует техно сложность и высочайшая трудозатратность их производства, также трудности обеспечения 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 прочности адгези­онного контакта с железной матрицей.

Технологические трудности свойственны и для производства бериллиевой проволоки. Но, невзирая на эти трудности, также на токсичность бериллия, проволока из него завлекает огромное внимание вследствие больших значений удельной 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 проч­ности и модуля упругости. Крепкость бериллиевой проволоки на­ходится на уровне 1400 МПа, что при плотности бериллия 1,8 г/см3 соответствует удельной прочности до 80 км. Удельная твердость бериллиевой проволоки добивается 16 тыс. км 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011.

Молибденовая и вольфрамовая проволоки завлекают внима­ние вследствие больших предела прочности и модуля упругости при больших температурах. Молибденовая проволока имеет пре­дел прочности около 2500 МПа. Проволока из вольфрамового спла­ва имеет более размеренную 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 крепкость в широком температур­ном интервале. Предел прочности вольфрамовой проволоки нахо­дится на уровне 5000 МПа.

Стеклянные волокна изготовляют из расплавленного стекла способом вытягивания либо раздува стеклянной струи, которые зависимо от метода 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 формирования именуют соответственно непрерывными либо штапельными волокнами.

Для получения непрерывного волокна расплав стекла пропуска­ют через отверстия (фильеры) поперечником около 1 мм. Выходящая из фильеры нить наматывается на стремительно крутящийся барабан. В процессе 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 намотки нить растягивается в волокно поперечником око­ло 10 мкм. Отдельные волокна соединяются в одну прядь, в кото­рой может содержаться до 100 волокон. Чтоб волокна не слипа­лись одно с другим и для 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 защиты их от разрушения при трении 1-го о другое, детали перерабатывающего оборудования и по­верхность волокон в процессе их вытягивания из нити покрывают замасливателем.

Замасливатель уменьшает адгезию меж волокном и полиме­ром 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011, ухудшая характеристики стеклопластиков. Потому в технологию композиционного материала вводят операцию термохимического удаления замасливателя и нанесения на их поверхность аппрета, в большинстве случаев на кремнийорганической базе. Аппрет резко повы­шает адгезию стеклянного 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 волокна со связывающим полимером.

^ Штапельные волокна получают методом раздувания струй распла­ва стекла воздухом либо паром на недлинные волокна поперечником до 20 мкм. Крепкость штапельных волокон в 2–3 раза меньше проч­ности непрерывных волокон вследствие отсутствия 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 у штапельных волокон ориентационного эффекта.

Для использования КМ при завышенных температурах приме­няют кварцевое волокно. Его получают методом вытяжки кварцевых

стержней, нагретых до пластического состояния. Наибольшее значение прочности кварцевых волокон поперечником 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 0,8 мкм дос­тигает 10000 МПа. Крепкость кварцевых волокон сохраняет высо­кое значение при завышенных температурах.

Не считая использования в качестве наполнителя КМ стеклянные (оптически прозрачные) волокна находят более обширное при­менение для производства световодов 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011. Световоды – это жгуты из волокон поперечником 150–1000 мкм, сердцевина которых имеет завышенный показатель преломления света по сопоставлению с обо­лочкой. Луч света, неоднократно отражаясь от оболочки, идет повдоль волокна, не выходя в 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 окружающее место. Изображение освещенного объекта передается по изогнутому произвольным образом световоду в виде мозаики из отдельных точек. Любая точка изображения соответствует одному стекловолокну. В световоде ди­аметром 5 мм помещается несколько 10-ов тыщ отдельных 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 волокон, что гарантирует высочайшее качество передаваемого изоб­ражения объекта.

Органические волокна имеют промышленную базу для круп­нотоннажного производства. Посреди их более перспективны волокна на базе ароматичного полиамида (материал известен под заглавием кевлар).

Волокна 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 из ароматичного полиамида владеют высочайшей хи­мической стойкостью, не ведут взаимодействие с органическими ра­створителями, также с моторным топливом и смазками. Они не плавятся и не подвергаются деструкции до 400 °С и 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 сохраняют дли­тельную крепкость при температурах до 200 °С. То, что они него­рючи, имеет огромное практическое значение. Главные характеристики кеврала представлены в табл. 2

К недочетам волокон из ароматичного полиамида следует отнести их неустойчивость 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 к воздействию щелочей и к кипяче­нию в воде. Они также подвержены старению под действием уль­трафиолетового излучения.

Углеродные волокна получают методом термообработки по­лимерных волокон из вискозы либо полиакрилнитрила, последние сокращенно 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 именуют ПАН-волокна. Текстильной переработке уг­леродных волокон препятствует их низкая пластичность и хруп­кость, потому текстильная форма углеродных волокнистых мате­риалов закладывается на стадии начальных полимерных волокон.

Вискозные волокна перерабатывают в 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 углеродные волокна пре­имущественно в виде тканых структур, а ПАН-волокна использу­ют в виде текстильных нитей. Углеродные волокнистые материа­лы выпускают в виде непрерывных нитей, жгутов, войлока, лент, тканей различного ассортимента 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011, трикотажных изделий техническо­го предназначения и т.д.

При выборе сырья для производства углеродного волокна не­обходимо учесть, что для вискозного волокна сырьевая база более развита, чем для ПАН-волокон 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011, но ПАН-волокна имеют более высочайший выход углерода в процессе карбонизации. В про­цессе термодеструкции ПАН-волокон выделяется существенное количество ядовитого соединения НСN, утилизация которого существенно усложняет аппаратурное оформление технологичес­кого процесса термообработки 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011.

Для получения углеродных волокон употребляют также нефтя­ной выпекал, лигнин и фенольные смолы, которые обеспечивают бо­лее низкую крепкость и упругость, но имеют существенно более низкую себестоимость.

Технологический процесс получения углеродных волокон ос­нован 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 на тепловом разложении начальных органических воло­кон в строго контролируемых критериях. В процессе карбонизации происходит удаление летучих веществ из начального органическо­го полимера, которое сопровождается уменьшением поперечника волокна.

Тепловая переработка органических 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 волокон в углеродные осуществляется в две стадии: карбонизация при температурах около 1000 °С и графитация при температурах около 2500 °С. Волокна, подвергнутые только первой стадии термообработки, на­зывают карбонизованными волокнами, а волокна, прошедшие 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 обе стадии – графитированными.

Крепкость углеродных волокон пропорциональна прочности начальных органических волокон, при этом по прочности как карбонизованное, так и графитированное волокно превосходит ис­ходное.

Углеродные волокна выпускают в виде жгута, состоящего из 10-ов тыщ 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 отдельных волокон – филаментов – поперечником около 7 мкм. Филамент, в свою очередь, состоит из нескольких тыщ микрофибрилл 1 (рис. 17, а), взаимоориентированное рас­положение которых отчасти является слепком надмолекулярной структуры начального полимера и отчасти привнесено вытяжкой 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 начального волокна в процессе термообработки. Степень ориентации анизотропного углеродного волокна регулируют пу­тем искусственного вытягивания волокна в процессе термичес­кой деструкции. С повышением степени вытягивания растут крепкость и твердость 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 волокна.



Рис. 17. Схема строения углеродного (а) и борного (б) волокон:

1 – микрофибриллы; 2 – вольфрамовая проволока; 3 – борные волокна


Главные характеристики углеродных волокон представлены в табл. 2.

Борные волокна получают методом хим осаждения бора из газовой фазы на 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 вольфрамовую проволоку 2 (рис. 17, б). В качестве подложки употребляют вольфрамовую проволоку диа­метром около 10 мкм. Поперечник борных волокон 3 находится в зависимости от про­должительности и технологических характеристик процесса. Наибо­лее всераспространенный поперечник борных 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 волокон около 100 мкм. Наилучшие эталоны борного волокна имеют характеристики, обозначенные в табл. 2.

Соответствующей особенностью борных волокон является их высо­кая твердость. По твердости бор занимает 2-ое место после уг­лерода в модификации алмаза 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 посреди частей Повторяющейся системы. Микротвердость борных волокон составляет 35000 МПа.

Необходимо подчеркнуть разницу температурных коэффициентов ли­нейного расширения вольфрама и бора, что вызывает огромные внутренние напряжения (величина их в неких случаях превы 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011­шает предел прочности борного покрытия, что приводит к обра­зованию круговых трещинок).

Нитевидные кристаллы представляют собой кристаллическое вещество нитевидной формы с огромным отношением длины к поперечному сечению, которое составляет более 20 при поперечнике до 5 мкм. Из 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011-за формы их нередко именуют усами. При соответству­ющих критериях кристаллизации хоть какое кристаллическое вещество может быть получено в виде нитевидных кристаллов. В текущее время удалось получить более 100 веществ в 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 виде нитевидных кри­сталлов, посреди их металлы, оксиды, карбиды, галогениды, нит­риды, графит и органические соединения.

Нитевидные кристаллы завлекают огромное внимание. Инте­рес к ним вызван их уникальными качествами: нитевидные кри­сталлы владеют 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 очень высочайшими значениями прочности и жес­ткости (см. табл.2).

Способы получения нитевидных кристаллов очень разнообраз­ны, они могут быть выращены из газовой фазы, из расплавов и смесей методом хим разложения 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 либо электролиза после­дних, также из жесткой фазы.

Нитевидные кристаллы выпускают в виде ваты и бумаги на базе нитевидных кристаллов (усов) корунда и карборунда. Око­ло 90% общего выпуска нитевидных кристаллов приходится на долю 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 карборунда.

Основными причинами, тормозящими выпуск нитевидных кристаллов, являются большой разброс их черт и недостающая воспроизводимость результатов, что затрудняет приме­нение этого продукта в технологии производства КМ при изго­товлении ответственных деталей новейшей техники 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011. В свою очередь, малый объем производства обусловливает высшую цена ни­тевидных кристаллов.

Для нитевидных кристаллов свойственна назад пропорцио­нальная зависимость прочности от поперечника, что разъясняется уменьшением числа изъянов с уменьшением 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 размера кристалла. Наибольшее воздействие на крепкость оказывают недостатки боковой поверхности кристалла. Их устранение методом хим поли­рования увеличивает предел прочности при существенном умень­шении разброса данных параллельных определений.

Невзирая на отмеченные недочеты нитевидные 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 кристаллы рассматриваются в качестве более многообещающего высокопроч­ного наполнителя для производства КМ грядущего.

При соответственных усилиях отмеченные недочеты техно­логии нитевидных кристаллов полностью могут быть преодолены. Об этом свидетельствует практический опыт удачного использова 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011­ния нитевидных кристаллов в системе теплозащиты галлактических аппаратов «Шаттл» и «Буран».

Рекордное значение предела прочности на растяжение ните­видных кристаллов составляет 41378,6 МПа (4218 кг/мм2). Оно достигнуто на усах карборунда, выращенных 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 в лабораторных ус­ловиях. Данное число показывает на поразительные характеристики усов, оно значит, что на нить площадью поперечного сечения 1 мм2, т.е. нить поперечником чуток более 1 мм, подвешен груз массой 4 т и нить этот 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 груз выдерживает. К грузу можно добавить еще массу 200 кг и нить не разорвется, и только после последующего дополни­тельного нагружения массой 18 кг нить не выдерживает и разры­вается. Но достигнутые характеристики физико 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011-механических параметров нитевидных кристаллов существенно ниже теоретических значений, которые можно приближенно оценить по формуле:




где σв – теоретическое значение предела прочности при растяже­нии (временного сопротивления) материала; Е – модуль упруго­сти 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011.

Несоответствие теоретических и экспериментальных значений предела прочности вызвано наличием в реальных кристаллах де­фектов строения.

При оценке теоретического значения предела прочности при растяжении материала исходят из догадки, что кристал­лическая решетка материала имеет безупречное 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 строение и разрыв атомарных связей кристаллической решетки происходит сразу. Но реальные материалы разрушаются по дислокаци­онному механизму, что значит поочередный разрыв ато­марных связей в процессе перемещения дислокации.

Крепкость реального 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 материала может быть повышена за счет роста плотности дислокаций либо уменьшения числа дефек­тов. Зависимость предела прочности при растяжении от плотности дислокаций в железе (рис. 18) подтверждает этот вывод.

^ Увеличение плотности дислокаций тормозит их 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 продвижение под воздействием приложенной нагрузки, что приводит к повыше­нию физико-механических параметров материала. Классические спо­собы упрочнения материалов основаны на повышении плотности дислокаций различными технологическими приемами, кото­рые отыскали отражение на 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 правой ветки, приведенной на рис. 18 зависимости. Предел увеличения прочности материалов традици­онными технологическими приемами соответствует плотности дислокаций ρ=1012 см-2. При большей плотности дислокаций в материале появляются трещинкы и он перестает представлять инте 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011­рес для технического внедрения в качестве конструкционного материала.



Рис. 18. Воздействие плотности изъянов кристаллического строения на крепкость материала


Левая ветвь кривой показывает увеличение прочности матери­ала в итоге уменьшения числа изъянов. Главным технологи­ческим приемом понижения 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 дефектности материала является умень­шение геометрических размеров дискретных частей структуры материала. Предел увеличения прочности материалов в этом случае ограничен только его теоретической прочностью.

Одним из направлений реализации многообещающего направле­ния увеличения прочности 6.3. Наполнитель композиционных материалов - Учебное пособие Челябинск Издательский центр юургу 2011 материалов является рассмотренная разработка нитевидных кристаллов

Другое направление уменьшения дефектности материала – получение дискретных частей структуры материала размерами наименее 100 нм, которые именуют наноструктурами.



63-primernaya-tematika-referativnih-obzorov-rabochaya-programma-disciplini-finansovij-menedzhment-napravlenie-podgotovki.html
63-prirodoohrannaya-deyatelnost-upravleniya-prirodnih-resursov-i-ohrani-okruzhayushej-sredi-administracii-gizhevska.html
63-rabota-s-terminami-i-ponyatiyami-uchebno-metodicheskij-kompleks-disciplini-arbitrazhnij-process-specialnost.html