Определение понятия и классификация композиционных материалов (полимерные, углеродные, керамические, армированные). Изучение методов их получения. Характеристика состава, строения и свойства, экономическая эффективность применения в строительстве.
Аннотация к работе
Бурное развитие науки и техники затрудняет прогнозирование: еще четыре десятилетия назад не было широкого применения полимерных строительных материалов, а о современных «истинных» композитах было известно только узкому кругу специалистов. Тем не менее, можно предположить, что основными строительными материалами также будут металл, бетон и железобетон, керамика, стекло, древесина, полимеры. Строительные материалы будут создаваться на той же сырьевой основе, но с применением новых рецептур компонентов и технологических приемов, что даст более высокое эксплуатационное качество и соответственно долговечность и надежность. Строительные материалы будут выбираться по экологическим критериям, а их производство будет основываться на безотходных технологиях. Уже сейчас имеется обилие фирменных названий отделочных, изоляционных и других материалов, которые в принципе отличаются только составом и технологией.Композиты - многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлической., углеродной, керамической или др. основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодисперсных частиц и др. Путем подбора состава и свойств наполнителя и матрицы (связующего), их соотношения, ориентации наполнителя можно получить материалы с требуемым сочетанием эксплуатационных и технологических свойств. По структуре наполнителя композиционные материалы подразделяют на волокнистые (армированы волокнами и нитевидными кристаллами), слоистые (армированы пленками, пластинками, слоистыми наполнителями), дисперсноармированные, или дисперсноупрочненные (с наполнителем в виде тонкодисперсных частиц). Матрица в композиционных материалах обеспечивает монолитность материала, передачу и распределение напряжения в наполнителе, определяет тепло-, влаго-, огне-и хим. стойкость. Композиционные материалы с волокнистым наполнителем (упрочнителем) по механизму армирующего действия делят на дискретные, в которых отношение длинны волокна к диаметру относительно невелико, и с непрерывным волокном.Основные требования, предъявляемые к любому методу изготовления композиций, состоят в максимальном сохранении исходной прочности волокон, обеспечении их хорошей ориентации в матрице и создании условий для прочного соединения составляющих. Повышенное содержание нитевидных кристаллов и волокон в матрице может быть достигнуто посредством ориентирования и осаждения волокон на металлической подложке, сборки слоев таких подложек в предварительную заготовку, диффузионной сварки этой заготовки до получения фольги из композиционного материала и последующего нагрева изготовленной композиции до температуры на 28°C-55°C выше точки плавления матрицы с приложением незначительного давления. Метод горячего прессования листов матричного материала с расположенными между ними волокнами осуществляется в вакууме или на воздухе и позволяет получать изделия с хорошей ориентацией упрочняющих элементов. Прокатка поперек волокон и прессование применялись для изготовления композиций на основе алюминиевых, никелевых и титановых сплавов, упрочненных волокнами из нержавеющих сталей, бора и вольфрама. Этими методами получены композиционные материалы с равномерным распределением металлических волокон и высокими прочностными свойствами композиций.Можно создать материалы как с изотропными, так и с анизотропными свойствами. Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства композиционных материалов. От порядка укладки слоев по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала. К ним относят: полимерные композиционные материалы на основе термореактивных (эпоксидных, полиэфирных, фенолоформальдегидных, полиамидных и др.) и термопластичных связующих, армированных стеклянными (стеклопластики), углеродными (углепластики), органическими (органопластики), борными (боропластики) и др. волокнами; металлические композиционные материалы на основе сплавов Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Сг, армированных борными, углеродными или карбидкремниевыми волокнами, а также стальной, молибденовой или вольфрамовой проволокой; композиционные материалы на основе углерода, армированного углеродными волокнами (углерод-углеродные материалы); композиционные материалы на основе керамики, армированной углеродными, карбидокремниевыми и др. жаростойкими волокнами и SIC. При использовании углеродных, стеклянных, амидных и борных волокон, содержащихся в материале в колве 50-70%, созданы композиции с удельной прочностью и модулем упругости в 2-5 раз большими, чем у обычных конструкционных материалов и сплавов.Они применяются в авиации для высоконагруженных деталей (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей, лопаток компрессора и турбины и т. д.), в космической технике для узлов силовых конструкций аппаратов, для элементов жесткости, панелей, в автомобилестроении для облегчения кузовов, рессор, рам, панелей кузовов, бамперов и т. д., в горной промышленности (буровой инструмент, детали комбайнов и т. д.), в гражданском строительстве (пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных соо
План
Содержание
Введение
1. Классификация композиционных материалов
2. Методы получения композиционных материалов
3. Состав, строение и свойства композиционных материалов
4. Экономическая эффективность применения композиционных материалов
Список использованной литературы
Введение
В начале XXI века задаются вопросом о будущих строительных материалах. Бурное развитие науки и техники затрудняет прогнозирование: еще четыре десятилетия назад не было широкого применения полимерных строительных материалов, а о современных «истинных» композитах было известно только узкому кругу специалистов. Тем не менее, можно предположить, что основными строительными материалами также будут металл, бетон и железобетон, керамика, стекло, древесина, полимеры. Строительные материалы будут создаваться на той же сырьевой основе, но с применением новых рецептур компонентов и технологических приемов, что даст более высокое эксплуатационное качество и соответственно долговечность и надежность. Будет максимальное использование отходов различных производств, отработавших изделий, местного и домашнего мусора. Строительные материалы будут выбираться по экологическим критериям, а их производство будет основываться на безотходных технологиях.
Уже сейчас имеется обилие фирменных названий отделочных, изоляционных и других материалов, которые в принципе отличаются только составом и технологией. Этот поток новых материалов будет увеличиваться, а их эксплуатационные свойства совершенствоваться с учетом суровых климатических условий и экономии энергетических ресурсов России.
После того как современная физика металлов подробно разъяснила нам причины их пластичности, прочности и ее увеличения, началась интенсивная систематическая разработка новых материалов. Это приведет, вероятно, уже в вообразимом будущем к созданию материалов с прочностью, во много раз превышающей ее значения у обычных сегодня сплавов.
Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.
Из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции, причем, разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами.
Наиболее частые недостатки композиционных материалов: -высокая стоимость;
-анизотропия свойств;
-повышенная наукоемкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а, следовательно, развитого промышленного производства и научной базы страны.