Безусловно, самое высокое соотношение прочности и веса характеризуется тем, что они обычно заменяют более дорогие металлические сплавы (обычно с содержанием титана). Это относится, в частности, к наиболее важным конструктивным элементам в аэрокосмической области.
В автомобильной промышленности композиты до сих пор использовались исключительно в высокопроизводительных транспортных средствах, в основном в автомобилях «Формулы 1». Их распространение в повседневных автомобилях по-прежнему затрудняет согласование с требованиями массового производства, трудоемкой и длительной обработкой. Но в этой области уже происходят радикальные изменения, благодаря им композиционные строительные фрагменты начинают появляться в массовых моделях, хотя не в самых популярных.
Композит представляет собой материал с гетерогенной структурой, содержащий несколько компонентов с различными свойствами и функциями. Такие материалы, используемые для автомобильного строительства, обычно состоят из связующей и структурной поддержки. Первым из этих компонентов являются синтетические смолы (полиэфир, эпоксиденд, полиуретан или силикон). Они дают всему композиту соответствующую консистенцию, гибкость, твердость и прочность на сжатие. Волокна, связанные с этими смолами, в свою очередь, зависят от прочности композитного материала для растяжения и, следовательно, изгиба.
Композиты с содержанием стекловолокна
Этот тип строительных материалов https://kievstroy.org/, связанных с полимерными смолами по прочностным характеристикам, уступает место подобным материалам на основе углеродных волокон. Однако есть и некоторые конкретные преимущества, по сравнению с ними, которые в некоторых приложениях считаются решающими для строителей транспортных средств. Предпочтительными особенностями стекловолокна иногда могут быть: их очень низкое тепловое расширение и высокий модуль упругости, а также хорошие диэлектрические свойства. По технологическим причинам важна хорошая смачиваемость стекловолокна полимерами, что позволяет легко и прочно соединять стеклянные маты с полимерными связующими. Прочность на растяжение армированных стекловолокном композитов увеличивается, чем больше волокно попадает на весь материал, тем длиннее и тоньше они. Вопреки внешнему виду, толстые волокна не прочнее тонких с эквивалентным полным поперечным сечением, потому что при толщине вероятно появление дефектов материала, таких как микротрещины.
Основными недостатками арматуры из стекловолокна являются: сильная зависимость их прочности на растяжение от температуры (они в основном полностью размягчаются при 740 градусов), легкое поглощение влаги, что ухудшает прочностные свойства, а это означает, что необходимо покрыть композиты, связанные с дополнительными адгезивами. В автомобильных транспортных средствах композиты из полиэфирных или эпоксидных смол, армированных стекловолокном, используются для изготовления панелей кузова, топливных баков, масла и других рабочих жидкостей, а реже – торсионных или эластичных частей бамперов.
Композиты с содержанием углеродного волокна.
Углеродное волокно толщиной от 5 до 8 мкм образуется в результате контролируемого пиролиза различных органических полимеров при 1400-1500°C без каких-либо окислителей. Оно состоит исключительно из графита, что делает его устойчивым к тепловым и химическим факторам. В качестве строительного компонента, связанного с высококачественными эпоксидными смолами, используются два основных типа углеродного волокна:
с содержанием углерода 80-98% и плохо развитой кристаллической структурой графита. Значение модуля составляет около 90 гПа для них и прочность на растяжение – около 900 МПа;
с содержанием примерно 99% углерода и хорошо сформированной кристаллической структурой графита. Они характеризуются модулем около 420 гПа и прочностью на растяжение – около 2500 МПа.
Легко заметить, что прочностные свойства углеродных волокон и, следовательно, усиленные ими композиты могут значительно превышать аналогичные параметры самых прочных современных сталей, которые в то же время на 50% легче и, по сравнению с алюминиевыми сплавами, дают 30% экономии веса готового продукта.
Углеродные волокна также характеризуются высокой термостойкостью. В отличие от стекловолокна, они не меняют свои механические свойства в температурном диапазоне до 2000, но имеют хорошую тепловую и электрическую проводимость и относительно хорошую вязкость.
