Углепластики (состав, свойства, область применения).

Это пластики на основе высоких прочных углеродистых волокон – являются наиболее перспективными композиционными материалами.

Обладают высокой прочностью и высокой жесткостью, высокой теплостойкостью до 570 К, низким температурным коэф.линейного расширения, высокой эррозионной стойкостью и стойкостью к различным хим.средам.

Материалы отличаются высокой прочностью, жёсткостью и малым весом, часто прочнее стали, но гораздо легче (по удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например 25ХГСА).

Армирующие элементы – волокна, жгуты и ткани различного плетения, нетканные материалы.

В качестве матрица применяют эпоксидные, полиэмидные и др.смолы.

Применяется для изготовления лёгких, но прочных деталей, например: велосипеды, кокпиты и обтекатели в Формуле 1, спиннинги, мачты для виндсерфинга, бамперы, пороги, двери, крышки капотов на спортивных автомобилях, несущие винты вертолётов.

Органопластики (состав, свойства, область применения).

Изготавливают на основе высокопрочных арамидных волокон.

Обладают высокой удельной прочностью и высокими упругими характеристиками, а также ударной вязкостью, электическим сопротивлением, хим.стойкостью и высокими теплоизоляционными свойствами.

Армирующие элементы представляют собой непрерывные волокна в виде нитей и жгутов, а также тканей различного плетения.

Широко применяют: в авиа- и космич. технике, авто- и судостроении, машиностроении для изготовления элементов конструкций, пуле-защитной брони, радиопрозрачного материала; в электро-, радио- и электронной технике-для обмотки роторов электродвигателей, производства электронных плат с регулируемой жесткостью и высокой стабильностью размеров; в хим. Машиностроении - для производства трубопроводов, емкостей; для производства спортивного инвентаря и в др. отраслях промышленности.

Углерод – углеродные композиционные материалы (состав, свойства, область применения).

Это композиционные углеграфитовые материалы на основе углеродной матрицы и углеродных волокон.

В качестве матрицы используют пироуглерод, коксовые остатки термореактивных смол, кам.-уг. или нефтяного пека, в качестве волокон-наполнителей - высокопрочные углеродные волокна - нити (непрерывные и рубленые), жгуты, ткани, пространств. конструкции из

волокна.

Обладают целым рядом уникальных свойств:

- чрезвычайно высокой теплостойкостью,

в интертной среде они сохраняют свои физ/мех.свойства, вплоть до 2500 С.

- хорошая стойкость к термоударам

Низкое значение термературного коэф.расширения и теплопроводноси.

-высокая стойкость к хим.реагентам, что делает их хорошим материалом для конструкции хим. и атомного машиностроения.

Применяются в качестве тормозных дисков в авиационном производстве, соплах ракетных двигателей, защитных накладках крыльев космических челноков, пресс-формах, тиглях, роторах турбин, труб высокого давления, для подшипников скольжения, уплотнений и во многих других случаях.

Стеклопластики (состав, свойства, область применения).

Стеклопластик – это композиционный материал, армированный стеклянными волокнами.

Наиболее широко применяется в настоящее время.

Обладает относительно высокой прочностью, устойчивостью к тепловм ударам, высокой радиопрозрачностью, коррозионной и эррозионной стойкостью, легко поддаются мех.обработки.

Армирующими элементами являются непрерывные волокна в виде нитей, жгутов и тканей различного переплетения.

В качестве матрицы используются как термореактивные смолы, так и различные термопластичные полимеры.

Наиболее распространены в настоящее время стеклотекстолиты (вид стеклопластиков).

Используемые на основе ткани композиты эффективно используются в авио-, судостроении и космической технике. Также из них изготавливают трубы, выдерживающие большое гидравлическое давление и не подвергающиеся коррозии, корпуса ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), лодки, корпуса маломерных судов и многое другое.

 

Свойства стекла.

Под обычным стеклом подразумевают обширную группу аморфных материалов неорганического происхождения, получаемых из переохлажденных расплавов смесей разных окислов (кремния, бора, фосфора, кальция, натрия и др.). В зависимости от состава стекла подразделяют на группы: силикатных, боратных, фосфатных, боросиликатных и др.

Кроме обычных, существуют стекла бескислородные (халыеогенидные. элементарные). а также стекла орг анические (акриловые и метакриловые).

Механические свойства. Повышение механической прочности стекла достигается закалкой, применением специальных склеивающих эластичных прокладок (в автомобильном стекле триплекс), а также введением в состав стекла некоторых окислов (борного ангидрида, глинозема и др.). Предел прочности при растяжении кварцевого стекла равен 120-125 МПа. Прочность закаленного листовою стекла в 6 раз выше прочности незакаленного. Большое влияние на прочность стекла оказывает также состояние поверхности: наличие микротрещин и царапин резко снижает прочность стекла. Твердость стекла наиболее точно измеряется по методу микротвердости. Значение микротвсрдости стекол лежит в пределах 400-700 кГ/.мм2.

Электрические свойства. Электропроводность стекла при нормальной температуре незначительна и не меняется вплоть до 4505 и выше. Чем меньше в составе стеклв щелочных окислов, тем выше его электроизолирующие свойства.Наилучишм ди электриком является кварцевое стекло, в составе которого вовсе кет щелочных окислов. Диэлектрическая постоянная стекла зависит от состава и изменяется в широких пределах..

Оптические свойства. Важнейшей оптической характеристикой является коэффициент преломления. Он зависит от содержания окиси свинца и колеблется от 1.46 (для кварцевого стекла) до 2,0 (для стекла с 80%, окиси свинца). Оконное слекло имеет коэффициент преломления 1,52. Особые сорта стекол обладают способностью селективно поглощать определенные лучи (так создаются сигнальные, защитные, медицинские и другие стекла). Получают средство защиты от тепловых, ультрафиолетовых, рентгеновских и друг их лучей.

Химические свойства. Большинство промышленных стекол достаточно стойко по отношению к воде и кислотам, но слабо сопротивляется действию щелочей. Химическая стойкость стекла зависит главным образом от состава. (стекла лабораторные, медицинские, водомерные, химической аппаратуры изготовляются из особых составов.) Химически стойкие стекла содержат различное количество окислов бора, алюминия, цинка, циркония и титана и пониженное количество щелочей.

 

Типы стекла.

В машиностроительных конструкциях находят разнообразное применение жаро­стойкие стекла, стекловолокно и изделия из него, стекла для атомной техники, стекла для ракетной техники, стекла для электроники, стекла высокой прочности, ситаллы.

Жаростойкое стекло. К нему относятся: кварцевое (наиболее жаростойко), пайрекс, мазла, супремикс и др. кварцевое стекло.

Кварцевое стекло - прозрачное и непрозрачное. Первое получают плавлением горного хрусталя в виде однородного оптически прозрачною стекла, второе из квар­цевых песков в виде непрозрачных блоков и изделий, содержащих большое количество газовых включений. Кварцевое стекло отличается исключительно высокой термиче­ской и химической стойкостью, является хорошим диэлектри­ком и применяется в химическом маш ин остроении, электронике, ракетной технике.

Высокопрочное стекло. Теоретическая прочность стекла на растяжение составляет около 10000 МПа. в то вре­мя как реальная прочность стекла в 100 200 раз меньше. Главная причина пониженной прочности - наличие дефектов (микротрещин, царапин и нр.) на поверхности стекла. Существующие способы упрочнения стекла в основном состоят в том, чтобы устранить или ослабить дефектность поверхности. Применяют химические, термохимические и комбинированные методы упроч­нения.

Стекловолокно. Тончайшие нити, имеющие высокие механические свойства.

Стеклянное волокно разделяется но составу на обычное (щелочное алюмоси- ликагное). малощелочное (алюмоборосиликатное), специальное (кварцевое, каолино­вое. волокно из окислов алюминия, циркония, кадмия, свинца и др.).

Прочность стекловолокна изменяется главным образом в зависимости от диа­метра волокна, а его температурная устойчивость от состава.

Стеклянное волокно бывает непрерывное (длина волокна до 20 км) и штапельное (длина волокна 5-50 см).

По назначению различают текстильное, тепло- и шумоизоляннонное стеклово­локно. В зависимости от диаметра стекловолокно подразделяют на ультратонкое (0,1 1.0 супертонкое (1-3 л/к), тонкое текстильное (3-12 мк), тепло- и звукоизоляцион­ное (3-30 мк).

Из стеклянного волокна вырабатывают текстильные материалы (пряжа, ткани, ленты), нетканые материалы, скрепленные смолами или прошитые (холсты, рогожка, маты, сепараторы, скорлупы, жгуты, фильтры н др.).

Вследствие выгодного сочетания высокой механической прочности, термиче­ской и химической стойкости стекловолокнистые материалы находят в качестве элек­троизолирующих прослоек и обмоток, тепловой и звуковой изоляции, огнестойких и химически стойких материалов, зашиты от проникающей радиации н во многих других случаях. Особое значение приобретает стекловолокно и материалы на его основе (стекло­пластики) в ракетной технике, атомной технике, судостроении и машиностроении.

Стеклокристаллические материалы – ситаллы, получают методом каталити­ческой кристаллизации стекол. По химическому составу ситаллы могут быть литиевосиликатными, магний-алюмосиликатными, кальций-алюмосиликатными и т. и.

Сигалл получают из шихты определенного состава, в которую добавляют ката­лизатор кристаллизации. Из полученной смеси варяг стекло, формуют в изделия, а затем их нагревают по специальному режиму и превращают в поликристаллический материал -ситалл. Ситаллы имеют весьма тонкую кристаллическую структуру с размер зёрен 0,1—1.0 мк, что определяет высокую проч­ность ситаллов 150- 500 МПа и выше.

Коэффициент термического расширения ситаллов от 20x10⁷ до 200x10⁷. Эго наряду с высокой механической прочностью, определяет повышенную термостойкость ситаллов (500-900°С).

Стеклас электропроводящей пленкой получают нанесением на поверхность стекла тонких, прозрачных электропроводящих пленок из окислов олова, индия, тита­на. кадмия, сурьмы и др. Такие стекла применяют для остекления, исключающего об­леденение и запотевание, для электрообогреваемых панелей,каминов и т. п.

Пленочное и чешуйчатое стекло. Получают вытягиванием из расплава или растягиванием разогретого листового стекла. Чешуйчатое стекло получают измельче­нием пленочного стекла. Толщина пленочного стекла 5-100 мк при ширине ленты 10 500 мм; толщина чешуйчатого стекла 1-5 мк. Сопротивление разрыву плёночного стек­ла до 1000МПа, электрическая прочность 70-500 кв/мм. Плёночное и чешуйчатое стек­ло применяют для конденсаторов, заменителей слюды, стеклопластиков, покровных стекол и т. и.

Зашитное стекло. Для поглощения медленных (тепловых) нейтронов служат стекла, в составе которых необходимо иметь один из следующих окислов: кадмия, бо­ра. гадолиния, лития, индия. Существуют стёкла следующих видов:

1Стекло для поглощения нейтронов;

2Стекла, поглощающие гамма-лучи;

3Стекла сопряженного действия для поглощения нейтронов и гамма-лучей;

4Теплопоглощающие стекла применяются для остекления зданий и транспорта в случае необходимости защиты от чрезмерного нагревания.

Стеклосмазка. Стекла специальных составов используют в качестве смазки при горячем прессовании (выдавливании в производстве труб и проката из сплавов титана, молибдена, ванадия, циркония, хрома, никеля и жаростойких стекол). Стеклосмазка снижает расход энергии при прессовании, волочении и прокатке, увеличивает срок службы оборудования и его производительность. Стеклосмазка позволяет осуществ­лять защиту металла от окисления и сильно уменьшает трение в процессах деформа­ции.

Жаропрочное стекло.

Жаропрочное стекло - производится с помощью метода, аналогичного процессу упрочнения, часто на одном и том же заводе, но диапазон толщины до 8 мм или менее. Жаропрочное стекло примерно в 2 раза прочнее закаленного стекла, но бьется так же. Оно в основном используется для сопротивления тепловому воздействию, где не нужны защитные свойства упрочненного стекла.