Pārskats: Materiāli, enerģija un informācija ir trīs mūsdienu zinātnes un tehnoloģiju pīlāri, un materiālu zinātne ir viena no vadošajām disciplīnām mūsdienu pasaulē. Kompozītmateriāli ir uzlecoša zvaigzne materiālu jomā, un to rašanās ir radījusi būtiskas izmaiņas materiālu rūpniecībā, veidojot metālisku materiālu, neorganisku nemetālisku materiālu, polimērmateriālu un kompozītmateriālu līdzāspastāvēšanas modeli. Visaptveroša un pilnīga kompozītmateriālu definīcija ir šāda: Kompozītmateriāli ir jauna veida materiāli, kas sastāv no dažāda veida materiāliem, piemēram, organiskiem polimēriem, neorganiskiem nemetāliem vai metāliem, kas tiek apvienoti, izmantojot kompozītmateriālus. Tie var saglabāt oriģinālo sastāvdaļu materiālu galvenās īpašības, vienlaikus iegūstot īpašības, kas oriģinālajām sastāvdaļām nepiemīt, pateicoties kompozītu efektiem; Katra komponenta veiktspēju var papildināt un korelēt viena ar otru, izmantojot materiāla dizainu, tādējādi iegūstot jaunu izcilu veiktspēju.
Kompozītmateriāli, kas balstās uz citu stiprajām pusēm, atspoguļo materiālu attīstības virzienu. Daudzi eksperti uzskata, ka cilvēce ir iegājusi kompozītmateriālu laikmetā no sintētisko materiālu laikmeta, un šim priekšlikumam ir zināms zinātnisks pamatojums. Ir ļoti grūti sintezēt jaunu materiālu, kas atbilst dažādām augstām prasībām visaptverošiem rādītājiem. Ja vēlas laicīgi izstrādāt apmierinošu materiālu, arī cikls no laboratorijas līdz dziļai ražošanai ir ļoti garš. Bet, ja esošos materiālus apvieno, var būt vieglāk izpildīt prasības. Turklāt kompozītmateriāli ir anizotropi materiāli, un materiālu izmantošanai stiegrojošo šķiedru izvietojumu var veidot atbilstoši faktiskajai sprieguma situācijai, tādējādi ietaupot materiālus, ko nevar panākt ar vispārējiem izotropiem materiāliem. Pateicoties kompozītmateriālu izcilajam sniegumam, tie ir saņēmuši uzmanību no attīstītajām valstīm visā pasaulē, un ir izvēlēti kā viena no prioritārajām attīstības jomām jaunu materiālu jomā, kas pilnībā parāda kompozītmateriālu nozīmi.
Lielākā daļa kompozītmateriālu uz sveķu bāzes tiek izmantoti atmosfēras vidē, iegremdēti ūdenī vai jūras ūdenī vai aprakti pazemē. Dažas no tām tiek izmantotas kā dažādu šķīdinātāju uzglabāšanas tvertnes. Gaisa, ūdens, ķīmisko vielu, gaismas, starojuma un mikroorganismu ietekmē to ķīmiskais sastāvs, struktūra un dažādas īpašības piedzīvos dažādas izmaiņas. Daudzos gadījumos temperatūrai un stresa stāvoklim ir būtiska ietekme uz šīm ķīmiskajām reakcijām, jo īpaši attiecībā uz kosmosa transportlīdzekļiem un to dzinēju komponentiem, kas strādā skarbos apstākļos, kuriem ir jāiztur augsta temperatūra un augstas temperatūras gaisa plūsmas erozija. To ķīmiskā stabilitāte ir ļoti svarīga.
Polimērs kā sveķu kompozītmateriālu matrica var tikt pakļauts ķīmiskai sadalīšanai dažādos veidos. Tas var rasties, mijiedarbojoties ar kodīgām ķīmiskām vielām vai netieši, radot stresu, tostarp termisko degradāciju, radiācijas degradāciju, mehānisko noārdīšanos un bioloģisko noārdīšanos. Pati polimēra matrica ir organiska viela, ko var erodēt, uzbriest, izšķīdināt vai izraisīt sistēmas sprieguma koroziju ar organiskiem šķīdinātājiem. Tā sauktā sprieguma korozija attiecas uz materiālu priekšlaicīgu sabojāšanos, kad tie tiek pakļauti spriedzei, kad tie mijiedarbojas ar noteiktiem organiskiem šķīdinātājiem. Šāds spriegums var tikt pielietots lietošanas laikā vai noteiktu ražošanas tehnoloģiju ierobežojumu dēļ.
Atkarībā no dažādiem substrātu veidiem materiālu jutība pret dažādām ķīmiskām vielām ir atšķirīga. Parastās ar stikla šķiedru pastiprinātas plastmasas ir izturīgas pret stiprām skābēm, sāļiem un esteriem, bet ne pret sārmiem. Kopumā cilvēki vairāk pievērš uzmanību ūdens ietekmei uz materiāla īpašībām. Ūdens parasti var izraisīt sveķu bāzes kompozītmateriālu dielektriskās stiprības samazināšanos. Ūdens iedarbība izraisa gaismas izkliedi un necaurredzamību, kad materiāla ķīmiskās saites pārtrūkst, kas arī būtiski ietekmē mehāniskās īpašības. No epoksīdsveķiem vai poliestera sveķiem ar stikla šķiedrām, kas nav līmētas vai tikai termiski apstrādātas, kompozītmateriālu stiepes izturību, bīdes izturību un lieces izturību būtiski ietekmē verdošs ūdens. Savienojošo līdzekļu izmantošana var ievērojami samazināt šos zaudējumus. Ūdens un dažādu ķīmisko vielu ietekme ir saistīta ar temperatūru, saskares laiku, kā arī sprieguma lielumu, matricas īpašībām un stiegrojuma materiāla ģeometrisko struktūru, īpašībām un pirmapstrādi. Turklāt tas ir saistīts arī ar kompozītmateriāla virsmas stāvokli, un materiāls ar atklātiem šķiedru galiem ir vairāk pakļauts bojājumiem.
Polimēru termiskai noārdīšanai ir vairāki režīmi un ceļi, tostarp vairāki režīmi var notikt vienlaikus. Ja pilnīgu polimēra ķēdes pārrāvumu var izraisīt "rāvējslēdzēja" tipa depolimerizācijas mehānisms, vienlaikus var ražot gaistošas mazmolekulāras vielas. Citas metodes ietver neregulāru polimēru ķēžu pārraušanu, lai iegūtu augstākas molekulmasas produktus vai zaru ķēdes atdalīšanu, kā arī iespējamu ciklisku molekulāro ķēžu struktūru veidošanos. Pildvielu klātbūtne ietekmē polimēru noārdīšanos, un daži metālu pildvielas var paātrināt noārdīšanos ar katalītisku darbību, īpaši aerobā vidē. Uz sveķu bāzes izgatavotu kompozītmateriālu aizdegšanās un noārdīšanās ir saistīta ar saražotajām gaistošajām vielām, un parasti tiek pievienoti liesmas slāpētāji, lai samazinātu aizdegšanās risku. Daži polimēri augstas temperatūras apstākļos var radīt karstumizturīga koksa slāni. Ja šos polimērus savieno ar neilonu, poliestera šķiedrām utt., pašu šo stiegrojumu sadalīšanās rezultātā veidojas gaistošas vielas, kas var atdalīt siltumu un atdzesēt sadegušo polimēru, vēl vairāk uzlabojot karstumizturību un piešķirot kompozītmateriālam izcilu mehānisko īpašību. īpašības, piemēram, laba seismiskā pretestība.
Daudzus polimērus bojā ultravioletais starojums vai cits augstas enerģijas starojums, un mehānisms ir tāds, ka tad, kad gaismas un starojuma enerģija pārsniedz kovalentās saites enerģiju starp atomiem, molekulārās ķēdes pārtrūkst. Svinu pildītus polimērus var izmantot, lai novērstu augstas enerģijas starojumu. Ultravioletajam starojumam parasti tiek pievērsta lielāka uzmanība, un parasti lietotās piedevas ir ogle, cinka oksīds un titāna dioksīds, kas absorbē vai atstaro ultravioleto starojumu.
Mehāniskā degradācija ir vēl viens degradācijas mehānisms, kurā, kad sprieguma pieauguma biežums pārsniedz saites reakcijas spēju translācijas ceļā, notiek saites pārrāvums, un rezultātā radušies brīvie radikāļi var ietekmēt arī nākamā posma degradācijas režīmu. Cietām un trauslām polimēru matricām ir maza deformācija, un tās var tikt trauslas ar ķēdes pārrāvumu vai bez tās, savukārt mīkstākas, bet viskozākas polimēru matricas galvenokārt tiek mehāniski noārdītas.
Ar šķiedru pastiprināti kompozītmateriāli ir piesaistījuši lielu uzmanību un tiem piemīt nozīmīgas īpašības. Salīdzinot ar metāla materiāliem vai citiem neorganiskiem materiāliem, tam ir viegls svars, augsta īpatnējā izturība, izturība pret koroziju, elektriskā izolācija, momentāna īpaši augstas temperatūras pretestība, lēna siltuma pārnese, skaņas izolācija, hidroizolācija, viegla krāsošana un tā var pārraidīt elektromagnētisko starojumu. viļņi. Tas ir jauns materiāls, kas apvieno funkcionālās un strukturālās īpašības.
Ar stikla šķiedru pastiprināts kompozītmateriāls (pazīstams kā "stikla šķiedra") ir agrīni izstrādāts kompozītmateriāls. Tā ir konstrukcija, kas izgatavota, izmantojot stikla šķiedru un tās izstrādājumus kā stiegrojuma materiālus, termoreaktīvos vai termoplastiskos sveķus kā matricu un noteiktus liešanas procesus. Tās zinātniskais nosaukums ir ar stiklšķiedru pastiprināta plastmasa. 1958. gadā Lai Jifa, bijušais būvmateriālu ministrs, ierosināja populāru un spilgtu nosaukumu "stikla šķiedra", ko tagad ir atzinuši nozares vienaudži gan vietējā, gan starptautiskā mērogā.
Analizējot šāda veida stikla šķiedras kompozītmateriālu konstrukciju, salīdzinot ar tradicionālajiem materiāliem, kompozītmateriāliem ir šādas īpašības.
① Materiālu projektējamība un kompozītmateriālu daudzlīmeņu struktūra rada milzīgu elastību kompozītmateriālu un to konstrukciju projektēšanā. Kompozītmateriālu mehāniskās, mehāniskās, termiskās, akustiskās, optiskās, elektriskās, pretkorozijas, pretnovecošanās un citas fizikālās un ķīmiskās īpašības var atbilst detaļu lietošanas prasībām un vides apstākļiem. Izvēloties un saskaņojot komponentu materiālus, slāņu dizainu, saskarnes vadību un citus materiālu projektēšanas līdzekļus, paredzamo mērķi var sasniegt maksimāli, lai nodrošinātu inženiertehnisko iekārtu lietošanas veiktspēju.
② Kompozītmateriāli, kas var nodrošināt gan virsmas, gan konstrukcijas izturību pret koroziju, var nodrošināt izcilu izturību pret koroziju, kā arī lieliskas mehāniskās īpašības kā strukturāliem materiāliem, panākot konstrukcijas izturību pret koroziju. Tomēr parastos pretkorozijas materiālus, piemēram, pretkorozijas pārklājumus, gumijas oderējuma loksnes un māla oderējuma blokus (skābes izturīgas porcelāna plāksnes, lējuma akmens plāksnes, granīta blokus utt.), var izmantot tikai kā pretkorozijas slāņus. Kad šie pretkorozijas slāņi ir bojāti, aizsargājamās konstrukcijas daļas tiks sarūsētas un bojātas, radot drošības apdraudējumu galvenajā konstrukcijā.
③ Kompozītmateriālu konstrukcijas projektēšanā ietilpst materiālu projektēšana. Tradicionālo materiālu konstrukcijas projektēšanā ir jāizvēlas tikai standartizēti materiāli atbilstoši prasībām. Kompozītmateriālu konstrukciju projektēšanā materiālus projektē konstrukciju projektētājs, pamatojoties uz projektēšanas nosacījumiem. Kā minēts iepriekš, kompozītmateriālu konstrukcijas bieži tiek veidotas vienlaikus ar materiālu un struktūru, un materiālam ir arī projektējamība. Tāpēc kompozītmateriālu konstrukcijas projektēšana ir jauna veida konstrukcijas projektēšana, kas ietver materiālu projektēšanu. To var aplūkot gan no materiāla, gan no konstrukcijas aspektiem. Dizaineri var izstrādāt kompozītmateriālus ar dažādām īpašībām dažādām konstrukcijas daļām atbilstoši to dažādajiem sprieguma stāvokļiem, pamatojoties uz konstrukcijas īpašībām.
④ Materiālu īpašību atkarība no kompozītmateriālu tehnoloģijas: Sastāvdaļu materiālu fizikālās un ķīmiskās izmaiņas notiek kompozītmateriālu konstrukciju veidošanās procesā. Atšķiras arī dažāda veida izejmateriāli, stiegrojuma materiāli, šķiedru tilpuma saturs un klāšanas shēmas, ko izmanto dažādos formēšanas procesos. Atšķiras arī dažādos formēšanas procesos izmantoto izejvielu veidi, stiegrojuma materiālu veidošana, šķiedru tilpuma saturs, klāšanas shēmas. Tāpēc komponentu veiktspēja ir ļoti atkarīga no procesa metodēm, procesa parametriem un ražošanas procesiem. Turklāt, tā kā formēšanas procesā ir grūti precīzi kontrolēt procesa parametrus, kompozītmateriālu komponentu veiktspējas izkliede parasti ir ievērojama. Kompozītmateriālu konstrukcijām, jo struktūra un materiāls ir integrēti, ir salīdzinoši viegli iegūt dažādas strukturālas formas, izmantojot liešanu un ražošanu, un pat realizēt kopējo konstrukcijas dizainu. Šī pārākuma realizācija ir atkarīga no kompozītmateriālu struktūras dizaina un ražošanas procesa dizaina ciešas integrācijas. Saprātīgā konstrukcijas projektēšanā jāņem vērā ražošanas procesu iespējamība, un ražošanas procesa projektēšanā pēc iespējas jānodrošina optimāla konstrukcijas konstrukcija.
⑤ No mehāniskās analīzes viedokļa būtiska atšķirība starp kompozītmateriāliem un parastajiem materiāliem (piemēram, metāla materiāliem) ir tāda, ka pēdējie tiek uzskatīti par viendabīgiem un izotropiskiem, savukārt pirmie ir neviendabīgi un anizotropi. Tā sauktā viendabīgums attiecas uz faktu, ka katra objekta punkta veiktspēja ir vienāda, kas nozīmē, ka objekta veiktspēja nav atkarīga no tā iekšējās pozīcijas; Un neviendabīgums ir tieši pretējs. Tā sauktā izotropija attiecas uz vienādu veiktspēju visos virzienos objekta punktā; Un anizotropija norāda, ka punkta veiktspēja ir atkarīga no tā virziena. Kompozītmateriālu spēcīgas anizotropijas un neviendabīguma dēļ to deformācijas raksturlielumi ārējo spēku ietekmē atšķiras no vispārējiem izotropiem materiāliem. Ārējais spēks bieži var izraisīt vairākas pamata deformācijas, un viena slāņa un laminētu paneļu izturība un dažādi parametri ir virziena funkcijas. Tāpēc, pētot kompozītmateriālu mehāniskās īpašības, jāpievērš uzmanība to sarežģītībai un specifikai. Konstrukciju projektēšanā papildus maksimālā sprieguma ņemšanai vērā konstrukcijā uzmanība jāpievērš arī vājajām saitēm, ko atspoguļo materiāla anizotropās īpašības, galvenokārt tāpēc, ka bīdes un šķērsvirziena īpašības ir daudz vājākas nekā šķiedrai. virziena īpašības.
⑥ Korozijas novēršanai izmantoto kompozītmateriālu sastāva īpašību dēļ izstrādājumiem vai detaļām, kas izgatavotas no kompozītmateriāliem, vienlaikus var būt izcila izturība pret koroziju, elektriskā veiktspēja (vadītspēja vai izolācija) un siltuma veiktspēja (siltuma vadītspēja vai izolācija). Piemēram, stikla šķiedras un sveķu materiāli paši par sevi ir elektroizolācijas un siltumizolācijas materiāli, ar izcilām elektroizolācijas un siltumizolācijas īpašībām. Tomēr mēs varam ieviest pretkorozijas sveķos vadošus vai siltumvadošus komponentus atbilstoši faktiskajām vajadzībām, lai kompozītmateriālam būtu atbilstošas vadošās vai siltumvadošās īpašības.
⑦ Pretkorozijas kompozītmateriālu labu virsmas veiktspēju var panākt ražošanas procesā, pielāgojot veidnes virsmas stāvokli, virsmas slāņa sveķu un armatūras materiālu daudzveidību un ražošanas procesu, lai izveidotu īpaši gludu virsmu pretkorozijas aizsardzībai. korozijas kompozītmateriālu izstrādājumi. Lai virsmai būtu īpašas īpašības, piemēram, hidrofobitāte, oleofobitāte, nodilumizturība, siltumvadītspēja, elektrostatiskā vadītspēja un pretkaļķošanās atbilstoši vajadzībām.
Iepriekš minētajā saturā ir apkopotas kompozītmateriālu īpašības kopumā. Ja salīdzina kompozītmateriālus ar tradicionālajiem materiāliem, var konstatēt, ka kompozītmateriāliem ir šādas priekšrocības.
① Šķiedru kompozītmateriālu ar augstu īpatnējo stiprību un augstu īpatnējo moduli lielākā priekšrocība ir to augstā īpatnējā izturība un augsts īpatnējais modulis. Īpatnējā stiprība attiecas uz materiāla stiprības attiecību pret tā blīvumu, savukārt īpašais modulis attiecas uz materiāla moduļa attiecību pret tā blīvumu. Īpatnējā izturība un īpatnējais modulis ir svarīgi rādītāji konstrukcijas materiālu nestspējas mērīšanai. Aviācijas, kosmosa, automašīnu, vilcienu, kuģu un citu kustīgu konstrukciju konstrukcijas komponentiem tie ir ļoti svarīgi rādītāji, kas nozīmē, ka var izgatavot konstrukcijas ar labu veiktspēju un vieglu svaru. Ķīmiskajām iekārtām un celtniecības projektiem materiāli ar augstu īpatnējo stiprību un moduli var samazināt savu svaru, izturēt lielāku slodzi un uzlabot seismisko izturību.
② Laba pretnoguruma veiktspēja. Noguruma atteice ir zema sprieguma atteice, ko izraisa plaisu veidošanās un izplatīšanās materiālos mainīgas slodzes ietekmē. Noguruma radītie bojājumi ir viens no galvenajiem lidmašīnu avāriju cēloņiem haņu etniskās grupas vidū. Kompozītmateriālu noguruma raksturlielumi šķiedru virzienā ir daudz labāki nekā metāliem. Metāla materiālu noguruma bojājums pakāpeniski palielinās no iekšpuses un pēc tam pēkšņi izplešas. Kompozītmateriālu noguruma atteice vienmēr sākas no šķiedru vai matricas vājajām saitēm un pakāpeniski stiepjas līdz savienojuma virsmai. Ja bojājumu ir daudz un izmēri ir lieli, pirms bojājuma ir acīmredzamas pazīmes, kuras var atklāt un veikt pasākumus savlaicīgi. Metāla materiālu noguruma stiprības robeža parasti ir 30% -50% no stiepes izturības. Uz oglekļa šķiedras pastiprinātiem sveķiem balstītu kompozītmateriālu noguruma izturības robeža ir 70% -80% no to stiepes izturības. Tāpēc komponentiem, kas izgatavoti no kompozītmateriāliem, kas darbojas ilgstošas mainīgas slodzes apstākļos, ir ilgāks kalpošanas laiks un lielāka drošība pret bojājumiem.
③ Nesošās konstrukcijas amortizācijas veiktspēja ir ne tikai saistīta ar tās formu, bet arī tieši proporcionāla konstrukcijas materiāla konkrētā moduļa kvadrātsaknei. Tātad kompozītmateriāliem ir augstāka dabiskā frekvence. Tajā pašā laikā kompozītmateriālu matricas šķiedras saskarnei ir lielāka spēja absorbēt vibrācijas enerģiju, kā rezultātā materiālam ir lielāka vibrācijas slāpēšana. Pētījumi par vienāda izmēra sijām liecina, ka alumīnija sakausējuma sijām ir vajadzīgas 9 sekundes, lai pārtrauktu vibrāciju, savukārt oglekļa šķiedras/epoksīda kompozītmateriālu sijām nepieciešamas tikai 2,5 sekundes, lai pārtrauktu vibrāciju. Šis piemērs ir pietiekams, lai ilustrētu problēmu. Aramīda kompozītmateriālu triecienu absorbcijas rādītāji ir labāki nekā oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem.
④ Kompozītmateriālu bojājumu drošība ir laba. Kompozītmateriālu bojājumi nerodas pēkšņi kā tradicionālie materiāli, bet tiek pakļauti virknei procesu, piemēram, matricas bojājumi, atslāņošanās saskarnē, šķiedras lūzums utt. caur matricas transmisiju tiks ātri pārdalīts uz nebojātajām šķiedrām, lai īstermiņā nezaudētu visu komponentu nestspēju.
⑤ Parasti izmantotajiem stikla šķiedras pastiprinātajiem termoreaktīvo sveķu kompozītmateriāliem (pazīstami kā termoreaktīvo stikla šķiedra) ir laba ķīmiskā izturība pret koroziju, un tie parasti ir izturīgi pret skābi, atšķaidītu sārmu, sāli, organiskajiem šķīdinātājiem, jūras ūdeni un mitrumu. Uz stikla šķiedras pastiprinātiem termoplastiskiem sveķiem balstītiem kompozītmateriāliem (pazīstami kā termoplastiskā stikla šķiedra) parasti ir labāka ķīmiskā izturība pret koroziju nekā termoreaktīvajiem materiāliem. Vispārīgi runājot, izturību pret ķīmisko koroziju galvenokārt nosaka substrāts. Stikla šķiedra nav izturīga pret fluorīdiem, piemēram, fluorūdeņražskābi. Ražojot kompozītmateriālu izstrādājumus, kas ir piemēroti fluorīdiem, piemēram, fluorūdeņražskābei, virsmas slāņa pastiprinošais materiāls, kas saskaras ar izstrādājumā esošo vidi, nevar izmantot stikla šķiedru. Var izmantot piesātinātu poliesteru vai polipropilēnu (filcu), un matricai ir jāizmanto arī fluorūdeņražskābes sveķi.
⑥ Uz sveķiem balstīti kompozītmateriāli ar labām elektriskām īpašībām ir lieliski izolācijas materiāli, ko izmanto instrumentu, motoru un elektrisko ierīču izolācijas komponentu ražošanai. Tie var ne tikai uzlabot elektroiekārtu uzticamību, bet arī pagarināt tā kalpošanas laiku. Tie var uzturēt labas dielektriskās īpašības augstā frekvencē, neatspoguļo elektromagnētiskos viļņus un tiem ir laba mikroviļņu caurspīdīgums. Pašlaik tos plaši izmanto kā konstrukcijas materiālus lidmašīnu, kuģu un zemes radaru pārsegu ražošanā.
⑦ Uz sveķiem balstītiem kompozītmateriāliem ir laba siltuma veiktspēja, zema siltumvadītspēja, mazs lineārās izplešanās koeficients, un tie rada daudz mazāku termisko spriegumu nekā metāli, ja ir temperatūras atšķirība. Tie ir lielisks izolācijas materiāls. Fenola sveķu kompozītmateriāli ir izturīgi pret momentāni augstām temperatūrām un var kalpot kā ideāls materiāls termiskai aizsardzībai un karstumizturīgai erozijai. Tie var efektīvi aizsargāt raķetes, raķetes un kosmosa kuģus no augstas temperatūras un ātrgaitas gaisa plūsmas virs 2000 grādiem berzes iedarbības. Turklāt, ņemot vērā sveķu matricas materiālu konstruējamību, ja ir nepieciešama siltumvadītspēja, tās siltumvadītspēju var pārveidot, izmantojot atbilstošas modifikācijas metodes, lai nodrošinātu pietiekamu siltumvadītspēju.
Kompozītmateriālu trūkumi: uz sveķu bāzes izgatavotiem kompozītmateriāliem ir arī daudz trūkumu vai nepilnību. Tālāk sniegtajā saturā ir īsi iepazīstināti ar galvenajiem sveķu kompozītmateriālu trūkumiem, lai lasītāji gūtu visaptverošu izpratni par sveķu bāzes kompozītmateriālu pamatīpašībām praktiskos lietojumos, lai pilnībā izmantotu sveķu kompozītmateriālu priekšrocības, izvairītos no vai pārvarēt to trūkumus un tādējādi sasniegt sveķu bāzes kompozītmateriālu vislabāko rentabilitāti.
① Šķiedru kompozītmateriālu (stiklšķiedras) elastības modulis ir zems. Stiklšķiedras elastības modulis ir divas reizes lielāks nekā kokam, bet 10 reizes mazāks nekā vispārējai konstrukcijas tēraudam. Tāpēc stikla šķiedras konstrukcijās bieži vien ir nepietiekama stingrība un ievērojama deformācija. Lai uzlabotu šo trūkumu, var izmantot plānas apvalka struktūras un sviestmaižu struktūras, kā arī var izmantot augstas moduļa šķiedras vai dobās šķiedras, lai to atrisinātu.
② Kopumā ar šķiedru pastiprinātu kompozītmateriālu starpslāņu bīdes izturība un starpslāņu stiepes izturība ir zemāka nekā matricai ar zemu starpslāņu izturību. Tāpēc starpslāņu spriedzes ietekmē ir viegli izraisīt laminētu paneļu atslāņošanās traucējumus, izraisot kompozītmateriālu konstrukciju bojājumus, kas ir svarīgs faktors, kas ietekmē kompozītmateriālu izmantošanu noteiktās konstrukcijās. Tāpēc konstrukcijas projektēšanā starpslāņu spriegums ir pēc iespējas jāsamazina vai jāveic noteikti strukturāli pasākumi, lai izvairītos no starpslāņu atslāņošanās kļūmēm.
③ Lielākā daļa stiegrojošo šķiedru (izņemot aramīda šķiedras, īpaši augstas molekulmasas polietilēna šķiedras utt.) ir trausli materiāli, un lūzuma deformācija ir ļoti maza, kad tiek izstiepta. Tāpēc ar šķiedru pastiprināti kompozītmateriāli ir arī trausli materiāli. Tas attiecas uz šķiedras virzienu un vēl jo vairāk perpendikulāri šķiedras virzienam. To lūzuma deformācija ir daudz mazāka nekā metāla materiāliem. Tas var uzlabot šķiedru lūzumu deformāciju, matricas stingrību un saskarnes stāvokli, lai uzlabotu kompozītmateriālu izturību, izturību pret lūzumu, noguruma izturību un triecienizturību.
④ Uz sveķu bāzes izgatavotu kompozītmateriālu karstumizturība ir salīdzinoši zema. Pašlaik augstas veiktspējas kompozītmateriāli uz sveķu bāzes tiek izmantoti ilgu laiku temperatūrā, kas zemāka par 250 grādiem, savukārt parastie sveķu bāzes kompozītmateriāli tiek izmantoti ilgstoši temperatūrā, kas zemāka par 60-100 grādiem.
⑤ Ir daudzi faktori, kas lielā mērā ietekmē kompozītmateriālu veiktspēju, tostarp šķiedru un matricas īpašību līmenis un izkliede, poru, plaisu un defektu skaits, vai procesa plūsma un darbība ir saprātīga, vai sacietēšanas process ir piemērots. , un vai ražošanas vide un apstākļi atbilst prasībām. Tas viss var izraisīt būtiskas izmaiņas kompozītmateriālu īpašībās. Turklāt pašlaik trūkst visaptverošu produktu uzraudzības metožu, kas apgrūtina produktu kvalitātes kontroli, un materiāla īpašību izkliede ir augsta. Piemēram, kompozītmateriālu izstrādājumiem, kas izgatavoti, ar rokām ielīmējot stikla šķiedras audumu, izturības dispersijas koeficients ir no 6% līdz 10%. Iepriekš minēto stiklšķiedras kompozītmateriālu īpašības veiktspējas, procesa, dizaina u.c. ziņā ir nesalīdzināmas ar citiem materiāliem. Tāpēc stikla šķiedras materiālus var plaši izmantot militāros un civilos lietojumos. Pēdējos gados, pamatojoties uz stikla šķiedras tehnoloģiju, ir izpētīti un izstrādāti daži jauni augstas veiktspējas ar šķiedru pastiprināti kompozītmateriāli. Īpaši sakarā ar aviācijas un kosmosa tehnoloģiju attīstību, kā arī nepieciešamību pēc inženiertehniskajām konstrukcijām vai komponentiem noteiktos īpašos lietojumos, ir nepieciešams paplašināt armatūras materiālu klāstu, uzlabot to fizikālās un ķīmiskās īpašības, sasniegt īpašas prasības, piemēram, augstas stiprība, augsts modulis, augsta temperatūras izturība, zems blīvums utt. Veiksmīga bora šķiedru, oglekļa šķiedru, organisko šķiedru (aramīda) utt. izpēte un izmēģinājumu ražošana ir pavērusi ārkārtīgi plašas pielietojuma iespējas ar šķiedru pastiprinātu kompozītmateriālu izstrādei. materiāliem. Pašlaik ir vairāki galvenie augstas veiktspējas šķiedru pastiprināti materiāli, tostarp šādi
① Ar bora šķiedru pastiprinātam kompozītmateriālam ir daudz augstāka īpatnējā izturība, stingrība un elastības modulis nekā stikla šķiedrai. Tā spiedes izturība un termiskās izplešanās koeficients ir piemērotāki dažādu strukturālo kompozītmateriālu izgatavošanai.
② Sešdesmito gadu sākumā ar oglekļa šķiedru pastiprināti kompozītmateriāli tika salikti ar tādiem matricas materiāliem kā sveķi, metāls un keramika, lai ražotu vieglus, augstas stiprības, stingrus, noguruma izturīgus un korozijizturīgus oglekļa šķiedras kompozītmateriālus. Oglekļa šķiedru var tieši ieaust oglekļa audumā, oglekļa maisiņos, oglekļa filcā utt., Lai apmierinātu dažādu lietojumu vajadzības.
③ Aramīda šķiedru pastiprināts kompozītmateriāls ir organiska šķiedra ar augstu izturību, augstu moduli un zemu blīvumu. Tam ir lielāka izturība nekā oglekļa šķiedrai, vieglāks svars nekā stikla šķiedrai un oglekļa šķiedrai, zemāks termiskās izplešanās koeficients, laba noguruma izturība, karstumizturība un liesmas izturība, un tai ir noteikta konkurētspēja. Pēdējos gados aramīda šķiedru kompozītmateriāli ir strauji attīstījušies un tiem ir lielas attīstības perspektīvas.
