+7 499 113 71 60
Сертификат
качества
Бесплатная
консультация
Лидер
в области
Связаться

Слоистые композиты

Микроструктура композиционного материала характеризует взаимное расположение и ориентацию частиц наполнителя, малых по сравнению с размерами образца или изделия. Модель макроструктуры воспроизводит расположение более крупных элементов структуры, размеры которых соизмеримы с размерами образца или изделия, например слоев ткани, пучков ровинга и т. п.

Модели структуры используют в механике композитов при прогнозировании деформационных, теплофизических и иных свойств материала, при исследовании напряженного и деформированного состояния элементов структуры, при оценке микроповрежденности,  разрушающих напряжений и показателей живучести с учетом структурных факторов.  Поскольку основная задача механики КМ – установление зависимости свойств и поведения материал от его структуры, то модели структуры КМ подразделяют, прежде всего, по типу материала: однонаправленный, слоистый, хаотически армированный, наполненный и др.

Модель может быть задана словесным описанием структуры, геометрическим изображением и (или) математическими средствами – формулами, параметрами, функциями и т.п. Компьютерные модели структуры включают как математическое описание, так и графические изображения фрагментов структуры КМ. Их применяют для численного решения различных задач механики, для иллюстрации взаимного расположения элементов структуры и их взаимодействия при формировании КМ, формообразовании и нагружении изделий в условиях испытаний и эксплуатации.

При построении модели слоистых материалов задают толщину, значения углов укладки слоев и последовательность слоев. В статистической модели задают распределение угла укладки. Оно может быть дискретным или непрерывным. Примером слоистых композиционных материалов является КМ с тканым наполнителем. Одна из основных особенностей структуры таких КМ – наличие элементов по крайней мере двух уровней характерных размеров. Микроуровень образуют элементарные волокна, объединенные в нить или ровинг, и прослойки связующего между ними. Нити и ровинги имеют переплетения и образуют тканую, плетеную или вязаную структуру. Такой слой, также пропитанный матричным веществом, относится уже к элементам макроструктуры. Листовой КМ или изделие может содержать несколько, а иногда и достаточно большое число слов.

Волокна в нити и ровинге можно считать параллельными (по крайней мере на отрезке, соизмеримом с толщиной пучка). Поэтому для описания структуры на данном уровне применима модель однонаправленного волокнистого КМ. Объемная доля волокон в модели может быть принята разовой объемной долей волокон в композите или уменьшена с учетом прослоек связующего между нитями между слоями.

На втором уровне структура КМ с тканым наполнителем характеризуется типом переплетения нитей (полотно, саржа, сатин), плотностью укладки нитей – числом нитей на единице ширины (основе и утку), толщиной или линейной плотностью нити, толщиной или поверхностной плотностью ткани. Эти параметры приводятся в нормативных документах на ткань, по их значениям оценивают параметры структуры слоя КМ. Характеристиками структуры второго уровня КМ с тканым наполнителем служат толщины и углы, задающие положения слоев в плоскости . Они не отличаются от характеристик структуры сложного КМ, рассмотренных выше. В большинстве слои с тканым наполнителем ортотропны. В зависимости от положения слоев в плоскости возможны разнообразные типы структуры КМ с тканым наполнителем. КМ ортотропной структуры получают, укладывая слои ткани так, что последовательно и в указанном порядке чередуются слои с направлением основы и утка.

Сегодня слоистые композиты могут иметь в своем составе самые различные компоненты – натуральные вещества, металлы, сплавы, керамику и многое другое. Важной вехой в прогрессе композитных материалов стало появление и распространение синтетических полимеров (смол). В этой категории сегодня существует большое разнообразие реактопластов и термопластов, которые производятся и применяются в очень широком ассортимента для различных целей и условий.

Изделия на основе полимеров очень разнообразны.

Специфика материала

Каждая разновидность этого рода продукции обладает специфическими свойствами, обусловленными предназначением конкретного слоистого композита. Различные слои этого материала могут значительно различаться по их структуре – например, иметь сплошную или чешуйчатую конфигурацию, по-разному быть ориентированными в пространстве.

Общепризнанным мнением о композитах является то, что эти материалы имеют хорошую прочность на изгиб. Но на этом плюсы композитов не заканчиваются. Специфика их структуры дает широкий творческий простор для формирования материалов с самыми прихотливыми сочетаниями всевозможных эксплуатационных и эстетических характеристик, поскольку различные слои позволяют компоновать какие угодно свойства для самых разных целей.

Различные компоненты в таких композитных материалах соединяются в материалы с новыми свойствами в процессе полимеризации, фиксации слоев на клей, пайкой либо сваркой (например, металл-полимерные композиты). Для создания слоистых прослоек применяются самые различные промышленные решения:

— напыление;

— спекание;

— литье под давлением;

— экструзия;

— пултрузия;

— прокатка;

— намотка;

— вспенивание и т.д.

Leave a Reply