Композиционные материалы на основе полимерной матрицы

• Композиционный материал, непрерывная фаза которого образована полимером, называют полимерным композиционным материалом (ПКМ). Они находят сейчас гораздо большее распространение, чем материалы с металлическими и керамическими матрицами.

• Удельные прочностные характеристики разработанных композиционных материалов с наполнением углеродными и амидными волокнами являются наивысшими из всего спектра имеющихся в настоящий момент материалов. Велика удельная прочность разнообразных металлических и композиционных материалов конструкционного назначения.

• В последние годы интенсивно разрабатывается технология получения гибридных композитов. Они, как правило, состоят из двух или нескольких типов волокон, заключенных в одну матрицу. Такие гибриды обладают некоторыми уникальными свойствами, значительно превосходящими свойства обычных композитов. Это, например, сбалансированные прочность и жесткость при малой плотности и стоимости, улучшенные усталостные характеристики и высокая стойкость к удару. Наиболее распространены гибридные композиты на основе полимерных волокон из ароматического полиамида в сочетании со стеклянными или углеродными волокнами.

• В области создания композиционных материалов, рассчитанных на эксплуатацию при предельных нагрузках, наиболее существенной представляется наметившаяся в мире тенденция перехода от бесструктурных термореактивных связующих веществ - к связующим на основе кристаллизующихся конструкционных термопластов. Благодаря доступности высокопрочных армирующих нитей механические и эксплуатационные характеристики композиционных материалов теперь лимитируются не прочностью армирующего волокна, а прочностью связующего.

• Переход к высокопрочным, высокоплавким, термопластичным кристаллизующимся связующим полимерам, которые, по существу, сами являются микроармированными конструкциями и по ряду физико-химических свойств значительно превосходят эпоксиды, открывает перспективу создания нового поколения органоволоконных композитов и нового поколения технологий производства соответствующих изделий.

• Наногибридные полимер-неорганические композиты. Наряду с волокнистыми, среди полимерных композитов большое значение, особенно в последние годы, приобрели наногибридные полимер-неорганические композиты. В таких материалах расстояния между сетками и слоями, образован-ными полимерными и неорганическими компонентами, а ча-ще всего и размеры образующихся частиц, в том числе и ме-таллосодержащих, имеют нанометровые размеры. Органи-чес-кая фаза может захватывать металлочастицы внутрь своеобразной «ловушки» с оптимальными размерами поли-мерной или оксидной сетки, полимерного звена. В качестве неорганических составляющих используют оксиды кремния и алюминия, ванадия и молибдена, стекла, глины слоистые силикаты и цеолиты, фосфаты и халькогениды металлов, графит и др. Например, полиамидные композиты с нанораз-мерными частицами SiO₂ или TiO₂ обладают высокой меха-нической прочностью при формировании трехмерных неор-ганических сеток.

• Области применения полимерных композитов. Возможность существенного улучшения массовых характеристик изделий при замене легированных сталей, цветных металлов и их сплавов на ПКМ привела к довольно широкому применению ПКМ в качестве материалов:

• конструкционного;

• - теплоизоляционного;

• - теплозащитного;

• - антифрикционного;

• - коррозионно-стойкого и других назначений

• Современная авиация, ракетно-космическая техника, судостроение, машиностроение - немыслимы без полимерных композитов. Чем больше развиваются эти отрасли техники, тем шире в них используют композиты, тем выше становится качество этих материалов. Многие из них легче и прочнее лучших алюминиевых и титановых сплавов, их применение позволяет снизить вес изделия (самолета, ракеты, космического корабля) и, соответственно, сократить расход топлива. В настоящее время в скоростной авиации используют от 7 до 25 % по весу полимерных композитов, что снижает вес изделия на 5-30 %.