Краткие теоретические сведения

Композиционные материалы (композиты) представляют со­бой гетерофазные системы, состоящие из двух и более разнород­ных компонентов, имеющих границы раздела между ними. Ком­понент, непрерывный по всему объему материала, обеспечивающий его монолитность, называется матрицей или связующим. Компоненты, распределенные в матрице, называются наполнителями (рис. 1).

Рис. 1. Схема строения слоистого композиционного материала.

По типу матрицы различают композиционные материалы на полимерной, металлической и керамической основе. Матричный материал более вязкий и обеспечивает перераспределение нагрузок по объе­му, защиту наполнителя от воздействия внешней окружающей среды, определяет электрические и теплофизические свойства, стойкость к старению, технологические и др. свойства композита. В качестве полимер­ной матрицы для композитов применяются как термореактивные (преимущественно), так и термопластичные полимеры. Композиционные материалы на полимерной матрице имеют низкую плотностью (1200...1900 кг/м³), высокие устало­стную и удельную прочностью, чувствительны к надрезу.

Наполнители в композиционные материал вводят с целью улучшения механических, теплофизических, электрических, магнитных и др. свойств. В качестве наполнителей используют твердые, жидкие и газообразные вещества органического и неор­ганического происхождения.

По виду и структуре наполнителя композиты делятся на дисперсно-упрочненные, упрочненные волокнами, слоистые и га­зонаполненные.

В качестве дисперсных наполнителей широкое применение получили: древесная мука, сульфатная целлюлоза, графит, тальк, слюда, каолин, диоксид кремния, силикаты алюминия, кальция, магния, порошки металлов и сплавов.

В качестве волокнистых наполнителей используют хлоп­ковые и льняные очесы, стекловолокно, асбест, углеродное во­локно, синтетические волокна.

В качестве слоистых наполнителей применяются: бумага, хлопчатобумажная ткань, стеклоткань, асботкань, углеграфитная ткань, древесный шпон. Слоистые (двухмерно-армированные) композиты представляют собой набор слоев из одинаковых или разных армирующих материалов, пропитанных связуюшим.

Слоистые материалы отличаются анизотропией свойств — имеют высокую прочность при растяжении вдоль слоев арми­рующего наполнителя и низкую в перпендикулярном на­правлении. Этот недостаток отсутствует у объемно-тканых или трехмерно-армированных материалов.

При создании поро- и пенопластов используют газообразные наполнители (углекислый газ, азот, воздух и инертные газы).

Гетинакс — пластик на основе фенольных, аминоформальдегидных и карбамидных смол и различных сортов бумаги. По назначению гетинакс подразделяется на деко­ративный и электротехнический. Декоративный гетинакс стоек к воздействию химикатов, пищевых продуктов, растворителей, может иметь любой цвет и рисунок. Применяется он для обли­цовки технической и бытовой мебели, внутренней облицовки са­лонов самолетов, кают судов, железнодорожных вагонов и т.д. Электротехнический гетинакс используется для изготовления панелей, приборных щитков и других целей. Для печатных плат применяют гетинакс фольгированный (ГФ). Выпускается гети­накс фольгированный с одной (ГФ-1) и с двух сторон (ГФ-2), нормальной и повышенной прочности и нагревостойкости, на что в марке указывает буква Н или П, стоящая после цифры, например, ГФ-1 П

Текстолит — слоистый пластик на основе полимерных связующих и хлопчатобумажных тканей. Материал обладает высокими механическими свойствами, стойкостью к вибрациям. В зависимости от основного назначения текстолиты подразделяются на конструкционные, электротехнические, графитированные гибкие прокладочные.

Конструкционный текстолит марок ПТК, ПТ, ПТМ используется для изготовления зубчатых колес, подшипников скольжения, работающих при температурах в зоне трения не выше 90°С в прокатных станах, турбинах, насосах и др. Выпускается в виде листов толщиной от 0,5 до 8 мм и плит толщиной от 8 до 13 мм.

Электротехнический текстолит используется в качестве электроизоляционного материала в средах с рабочей температу­рой от -65 до +165°С и влажностью до 65%. Выпускается он в виде листов толщиной от 0,5 до 50 мм марок А, Б, Г, ВЧ. Марка А — с повышенными электротехническими свойствами для рабо­ты в трансформаторном масле и на воздухе при промышленной частоте 50 Гц. Марка Б — с повышенными электротехническими свойствами для работы на воздухе при частоте 50 Гц. Марка Г — по свойствам и области использования аналогична марке А, но с расширенными допусками по короблению и толщине. Марка ВЧ — для работы на воздухе при высоких частотах (до 10⁶ Гц).

Графитированный текстолит применяется для изготовления подшипников прокатного оборудования и выпускается в виде листов толщиной 1...50 мм, длиной до 1400 мм и шириной до 1000 мм.

Гибкий прокладочный текстолит используют для производ­ства уплотняющих и изолирующих прокладок в узлах машин, подвергаемых воздействию масел, керосина, бензина. Выпускают в виде листов толщиной 0,2...3,0 мм.

В табл. 1 приведены некоторые свойства гетинаксов и текстолитов.

Таблица 1

Свойства гетинакса и текстолита

Для устройства полов широко применяется ламинат - древесно–волокнистый пластик состоящий из четырех или пяти слоев (рис. 2). Самый нижний слой, сделанный из влагостойкой бумаги; второй слой – основа из древесных волокон высокой степени сжатия (ДВП), покрытый бумагой пропитанной связующим: акрилатной или меламиновой смолой; верхний слой – неэлектризующаяся высокопрочная пленка.

Слои соединяют между собой двумя способами: прессованием, когда их прессуют одновременно, не добавляя клея и наклеиванием, когда лицевой слой окрашенной бумаги склеивается с основой под высокой температурой и давлением.

Ламинат имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с другими покрытиями - он не царапается, не выгорает на солнце, стоек к пятнам, сигаретам, обладает высокой износостойкостью.

Рис. 2. Устройство ламината