Классификация композиционных материалов

Композиционные материалы

Введение

Композиционные материалы (КМ) представляют собой металлические или неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (дисперсных частиц, волокон и др.). При этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композицию материалов.

К КМ могут быть отнесены многие природные материалы. Оптимальное сочетание и расположение твердых и мягких, жестких и эластичных составляющих характерно для строения древесины, костей человека и животных. Композиционную структуру имеют гранит, многие разновидности кремнезема.

Человек начал применять принципы армирования (упрочнения) материалов еще в глубокой древности. В Шумерии и Вавилоне около 6 тыс. лет назад в глиняные строительные кирпичи и гончарные изделия для уменьшения усадки и растрескивания при обжиге добавляли измельченные камни, солому, ветки. В Египте и Месопотамии в 3-ем тясячелетии до н.э. строили речные суда из тростника, пропитанного смолой.

В безлесных южных районах России и Украины при изготовлении жилищ и оград издавна использовали разнообразные сочетания строительных материалов – глины, лозы, камней.

В середине XV века при постройке храма Василия Блаженного в Москве русские зодчие Барма и Постник применили армированные железными полосами каменные плиты.

Прообразом современных КМ считается железобетон. Первый патент на изготовление цветочных кадок из материала, сочетавшего металлическую проволоку и цемент, получен в 1867 году Парижским садовником Ж.Монье. Армированные стеклянными волокнами полиэфирные материалы впервые применены в конструкции самолета в 1942 г., а несколько позже было начато промышленное производство стеклопластиков.

Современные высокопрочные композиты на полимерной и металлической матрице, армированные высокопрочными волокнами и «усами», стали широко использовать в начале 70-х годов.

Композиционные материалы на полимерной матрице.

КМ на полимерной матрице (КПМ) содержат полимерное связующее (матрицу), объединяющую все компоненты материала в единую структуру, что обеспечивает их совместную работу в составе КПМ.

К КПМ относятся многие пластмассы – материалы, основу которых составляют полимеры, находящиеся во время формования изделий в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации в стеклообразном или кристаллическом состоянии.

Искусственные материалы на полимерной матрице – пластики, армированные волокнами, тканями и объемными элементами; металлопласты, состоящие из чередующихся слоев металла и полимеров; сотопласты и другие – были созданы в середине ХХ века. В настоящее время номенклатура КПМ насчитывает сотни наименований, объединяющих материалы с уникальными удельной прочностью и коррозионной стойкостью, регулируемыми функциональными свойствами. Верхняя граница рабочих температур КПМ соответствует 200-400^оС, однако сочетание высокой прочности и стойкости к коррозии делает их перспективными материалами для многих отраслей машиностроения, и прежде всего, транспортного, включая трубопроводный транспорт.

Наполненные пластики

Наполненные пластики – название наиболее представительной по номенклатуре и объему потребления группы КПМ. Выбор наполнителя, его содержание и распределение в матрице зависят от задач, решаемых при создании КПМ. Номенклатуру наполненных пластиков образуют группы материалов конструкционного и специального назначения с дополнительными функциональными свойствами.

3.2.1. Порошковые пластики содержат наполнители в твердой фазе. В эту группу входят следующие материалы.

3.2.1.1. Конструкционные (общетехнические) пластики – КПМ с матрицей из конструкционных термопластов, содержащей твердые дисперсные наполнители преимущественно неметаллической природы. Они предназначены для изготовления слабо- и средненагруженных деталей машин: зубчатых колес, подшипников, уплотнительных колец, корпусов и т.п.

3.2.2. Металлонаполненные пластики – КПМ, содержащие в качестве наполнителя металлические порошки. Известны четыре группы технологических методов формирования таких материалов. Наименее энерго- и трудоемкая технология получения МНП состоит в смешивании металлических порошков и полимерных материалов в виде порошка, гранул, расплавов, растворов, полимеризующихся составов в смесителях различного типа.

Особенность технологических методов второй группы состоит в том, что на основе металла-наполнителя готовят суспензию (например, водную), смешивают ее с раствором полимера, а затем смесь коагулируют. В результате достигается высокая однородность структуры пластиков.

Третью группу образуют технологии, основанные на вибропомоле металла в жидкости на основе полимера или мономера. Они выгодно отличаются от методов второй группы использованием меньшего числа специальных компонентов (ПАВ, стабилизаторов суспензий и др.).

Четвертая группа методов предназначена для получения пластиков с наименьшим размером частиц металла (менее 0,4 мм) путем термического или электролитического разложения металлоорганических соединения (например, карбонилов – соединений металла с оксидом углерода). Последние предварительно диспергируют в мономерах, растворах, расплавах или суспензиях. Для придания анизотропии электро- и теплопроводности изделия из пластиков формируют в электромагнитном поле. В результате происходит ориентация частиц металла, которые образуют в полимерной матрице токопроводящие цепочки.

МНП имеют более высокие, чем исходные полимеры, характеристики прочности, термостойкости и теплопроводности.

Металлические порошковые наполнители придают пластикам, как конструкционным материалам, дополнительные функциональные свойства: железо и никель – ферромагнетизм; алюминий, медь и др. – низкую газо- и паропроницаемость; свинец, кадмий, вольфрам – свойство поглощать излучение высоких энергий и т.д.

Металлонаполненные пластики применяют вместо цветных и драгоценных металлов при изготовлении подшипников, уплотнителей, электрических контактов, в производстве магнитных лент, экранов для защиты от электромагнитных волн и ионизирующих излучений, нагревателей, устройств для отвода статического электричества, элементов радио- и электротехники, и т.д.

3.2.3. Графитопласты – КПМ, содержащие в качестве наполнителя природный и искусственный графит или карбонизированные продукты (кокс и т.п.).

3.2.4. Саженаполненные каучики применяют при производстве шинных протекторов. Они облдают высокими показателями износостойкости и выносливости при многократных деформациях.

3.2.5. Порошковые фено- и аминопласты имеют широкую номенклатуру, включающую материалы для литейных форм и стержней (наполнитель – кварцевый песок, 95-97%), для абразивных инструментов (при наполнении корундом, оксидами алюминия, алмазами), теплообменной и химической аппаратуры и др.

3.2.6. Антимикробные полимерные материалы содержат препараты, обладающие свойством подавлять жизнедеятельность микроорганизмов (бактерицидные) или ограничивать их развитие (бактериостатические).

3.2.7. Ионообменные смолы (синтетические органические иониты) – это нерастворимые в воде и органических растворителях высокомолекулярные полиэлектролиты (полимеры, в состав которых входят группы, распадающиеся на ионы в растворе), при контактировании которых с растворами электролитов имеет место обмен подвижных ионов смолы на ионы электролита. Важнейшая область применения ионообменных смол – подготовка воды, в частности ее деминерализация.

3.2.8. Противокоррозионные пластики – КПМ, содержащие ингибиторы коррозии. В зависимости от назначения и условий эксплуатации используют материалы с матрицами, снабженными системой сообщающихся или закрытых пор.

Противокоррозионные пластики выполняют в машинах основную функцию конструкционного материала и обладают дополнительными функциональными свойствами, предохраняя от коррозии сопряженные металлические детали. Чехление деталей в ингибированную полиэтиленовую пленку обеспечивает их защиту от коррозии в течение 3-7 лет.

3.2.9. КПМ, содержащие компоненты в газовой фазе, - пенопласты, поропласты, пластики с полым наполнителем применяют для защиты машин, оборудования, установок и т.п. от нежелательного теплового обмена с окружающей средой (теплоизоляционные материалы), а также поглощения шумов внутри помещения или (и) защиты его от проникновения звука извне (акустические или звукопоглощающие материалы).

Армированные пластики

Армированные пластики – обширная группа КПМ, содержащих в качестве упрочняющего наполнителя волокнистые, тканевые, сеточные и листовые материалы. Различают волокнистые армированные пластики с полимерной матрицей, упрочненной непрерывными или дискретными волокнами, и слоистые, элементы которых выполнены в виде слоев.

Для изготовления изделий из армированных пластиков применяют специальные технологические методы.

Методом намотки получают изделия с армирующим волокнистым наполнителем (волокно, нити, жгуты, ленты, ткани), которые укладывают на оправку (дорн), повторяющую форму изделия и являющуюся основной частью намоточного агрегата. При окружной намотке наполнитель укладывают на вращающуюся оправку по нормали к оси вращения. При спиральной намотке наполнитель располагают под углом 25-85^о к оси вращения.

Сферические изделия получают методом планарной намот ки наполнителя на шаровую оправку («клубок»). Для обеспечения равнопрочности изделия оправку вращают вокруг оси, проходящей через опоры, и поворачивают в плоскости меридиана.

Применение многокоординатных намоточных станков с ЧПУ позволяет автоматизировать процесс намотки и сделать его высокопроизводительным.

Метод контактного формования изделий из АП включает следующие операции: выкладку на форму слоев [препрега или] волокнистого наполнителя с одновременной пропиткой связующим; уплотнение прикаточным роликом или кистью, которой наносят связующее; отверждение (чаще всего холодное).

Структуру ортотропного пластика, имеющего три ортогональные плоскости симметрии физических свойств, формируют путем укладки волокон в трех взаимно перпендикулярных направлениях, либо используя специальные многослойные ткани объемного наполнения.

Разновидностью этого метода является метод штампования: изготовление полуфабриката в виде листа из КПМ на термопластичной или термореактивной матрице с заданным расположением наполнителя; нагрев листа до высокоэластичного состояния матрицы; формование изделия под давлением между пуансоном и матрицей с последующим охлаждением ниже температуры плавления или стеклования матрицы; снижение давления и извлечение из формы.

В ряде случаев листовые полуфабрикаты подпрессовывают с помощью герметичных эластичных оболочек, используя вакуумирование (метод вакуумного формования) или нагнетание сжатого воздуха (пневматическое формование).

Профильные изделия большой длины (трубы, стержни и т.п.) из КПМ, матрица которых армирована в одном или двух направлениях, изготовляют с помощью специальных методов контактного прессования. Метод протяжки состоит в том, что жгуты или нити наполнителя, сматываемые с бобин, пропускают через ванну со связующим, собирают в пучок и протягивают через формующую головку, в которой задается требуемая форма и происходит частичное отверждение связующего. Затем профиль пропускают через тепловую камеру для окончательного формования КПМ.

При профильном прессовании препрег продавливают через фильеру и одновременно нагревают для отверждения термореактивной матрицы КПМ.

Характерным примером «конструирования» структуры КПМ в процессе изготовления является технология производства обширной группы резиновых, резинометаллических и резинотканевых изделий, объединенных общим термином «резинотехнические изделия».

Примеры изделий: ремни клиновые, ремни зубчатые, напорные рукава.

По специфической технологии получают сотопласты – армированные пластики, макроструктура которых представляет собой закономерно чередующиеся ячейки определенной формы. Сотопласты служат легким заполнителем в многослойных панелях, обеспечивая жесткость панелей.

3.3.1. Виды армированных пластиков

Волокнистые пластики – (ВАП). В настоящее время промышленность выпускает высокопрочные волокна широкой номенклатуры – угольные, борные, оксидные, полимерные и другие. Номенклатуру волокнистых пластиков составляют следующие материалы.

3.3.2. Стеклопластики – материалы на полимерной матрице, армированные стеклянным волокном. В СП высокая прочность сочетается со сравнительно низкой плотностью и теплопроводностью, высокими электроизоляционными характеристиками, радиопрозрачностью. Их применяют в судостроении (корпуса судов), транспортном машиностроении (кузова автомобилей, цистерн), в авиации и ракетной технике (радиопрозрачные обтекатели, лопасти вертолетов), в химической промышленности (коррозионностойкое оборудование и трубопроводы), в строительстве (несущие и облицовочные элементы), в электро- и радиотехнике (изоляторы и др.).

3.3.3. Асбопластики – теплостойкие КПМ, матрица которых наполнена асбестовыми материалами. Они длительно сохраняют механические свойства при температурах до 400^оС. Из асбопластиков изготовляют лопатки ротационных насосов, коллекторы электрических машин, тормозные колодки, химическую аппаратуру, элементы тепловой защиты ракет и др.

3.3.4. Волокниты – прессматериалы, состоящие из рубленного волокна, пропитанного термореактивной синтетической смолой. Волокниты, содержащие хлопковое или химическое волокно, называют органоволокнитами, углеродное – карбоволокнитами, борное – бороволокнитами и т.п. Матрицы волокнитов изготовляют из фенолоформадегидной смолы, иногда из других смол. В этом случае к слову «волокнит» добавляют начальные слоги из названия смолы, например, мелаволокнит на основе меламино-формальдегидной смолы.

Из волокнитов изготовляют изделия с высоким сопротивлением ударным нагрузкам: корпуса и крышки, шестерни, втулки, строительные панели.

3.3.5. Углеродопласты (карбопласты, углепластики) – КПМ, содержащие в качестве упрочняющего наполнителя углеродные волокна. Это прочные, жесткие, термически и химически устойчивые материалы с высокими электро- и теплопроводностью, небольшой плотностью, низкими значениями коэффициентов линейного расширения и трения.

Из углеродопластиков делают детали ракет, самолетов, судов, спортинвентарь и др.

3.3.6. Боропластики (бороволокниты) – композиционные материалы на матрице из термопластичных или термореактивных полимеров, содержащие волокна бора в качестве упрочняющего наполнителя.

Боропластики отличаются очень высокой прочностью, жесткостью, термостойкостью. Из них изготовляют несущие детали (винты, рули, обшивка крыльев, лопатки вентиляторов) самолетов и энергетических машин, спортивный инвентарь.

3.3.7. Группа слоистых армированных пластиков включает некоторые из перечисленных материалов с наполнителями в виде ткани (стеклопластики, асбопластики, углеродопласты), а также:

текстолиты – материалы, состоящие из слоев ткани, пропитанной термореактивной синтетической смолой. Характеризуются высокой прочностью, мало зависящей от температуры. Различают текстолиты на основе хлопчатобумажной ткани, стеклотекстолиты (стеклоткань), асботекстолиты (асбестовая ткань), органолиты (ткань из синтетических волокон), карботекстолиты (угольная ткань).

Из текстолитов изготовляют крупногабаритные изделия сложной формы (например, из текстолита – корпуса судов), вкладыши подшипников, электротехнические изделия.

Асботекстолиты применяют для теплозащиты ракет и как фрикционный материал.

Дублированные пластики – слоистые материалы, состоящие из листов полиэтилена, полипропилена и других термопластов, соединенных с тканью, химически стойкой резиной и т.п. Подслой обеспечивает крепление листов с помощью клеев на стенах зданий, сооружений, на обшивке оборудования.

Гетинакс – слоистый пластик на основе бумаги, пропитанной термореактивной синтетической смолой. Он отличается высокими механическими и электроизоляционными свойствами, поэтому его применяют в основном при изготовлении электротехнических изделий. Иногда гетинакс армируют металлической фольгой, облицовывают хлопчатобумажными и асбестовыми тканями. В качестве связующих при производстве гетинакса используют фенолоформальдегидные, эпоксидно-фенольные, меламиноформальдегидные и др. смолы.

Металлопласт – конструкционный материал, состоящий из металлического листа, покрытого с одной или двух сторон слоем полимера, например, полиэтилена, фторопласта, поливинилхлорида. Технология изготовления металлопласта включает наклеивание на металлические листы полимерной пленки, нанесение паст, напыление порошкообразного полимера и др. методы. Металлопласты можно длительно эксплуатировать в интервале температур от -40^оС до +60^оС, штамповать, сваривать электродуговой связкой без удаления покрытия. Их применяют для защиты от коррозии и декоративной отделки стен и крыш зданий, в производстве кузовов автомобилей, холодильников и др.

Древесно-слоистые пластики – материалы, получаемые горячим прессованием тонких листов древесины – шпона, пропитанного синтетическими термореактивными смолами. Шпон из лиственных пород древесины (береза, бук, липа) толщиной 0,3¸0,8 мм пропитывают водоэмульсионными или спирторастворимыми смолами в автоклавах. Иногда на шпон наносят смолу на вальцах. Затем его подсушивают, собирают в пакеты и прессуют на прессах с обогревом. Древесно-слоистые пластики применяют в качестве конструкционного и антифрикционного материала в авиа- и судостроении, в электротехнике и др.

Смеси

Смеси – группа КПМ, структура которых представляет собой переплетенные непрерывные фазы (взаимопроникающие сетки) материалов матрицы и наполнителей. Номенклатуру этой группы составляют следующие материалы.

Смеси полимеров – материалы композиционного состава, в которых роль матрицы и наполнителей выполняют разнородные полимеры. Совмещать компоненты можно в твердом и в жидкотекучем состоянии.

Модификация полимерных матриц полимерными наполнителями позволяет в широких пределах регулировать свойства материалов.

Например, при введении полиуретанового наполнителя в матрицу из полиамида существенно повышается пластичность последнего.

Высокой износостойкостью отличаются материалы на полиамидной матрице, содержащие полиэтилен и фторопласт.

Введение полиамидов в матрицы из термопластов позволяет увеличить термостойкость термопластичных композитов.

Полимерные смеси используются в качестве матриц наполненных и армированных КПМ.

Полимерные компаунды – композиции на основе мономеров и/или олигомеров, предназначенные для заливки или пропитки токопроводящих схем и деталей с целью их изоляции в электро- и радиоаппаратуре.

Органосиликатные материалы – композиционные материалы на матрице из органических полимеров, содержащих компоненты силикатной или органической природы. Это пластмассы, модифицированные жидким стеклом, полимерцементы и др.

Полимерцемент – материал на основе композиционного связующего, включающего органический полимер и неорганическое вяжущее вещество.

Древесные плиты - КПМ, формируемый из смеси древесных стружек или волокон с небольшим содержанием синтетического связующего.

Древесно-волокнистые плиты вырабатывают путем отлива на сетке волокнистой древесной массы, получаемой при механическом истирании древесины, с добавлением 4-8% синтетической смолы.

Волокнистые материалы

В КММ, армированных волокнами, используются высокие механические характеристики волокон. Заранее проектируемая конструкционная анизотропия таких материалов обусловливает оптимальную реализацию их свойств в технических изделиях.

Технология формирования волокнистых КММ включает процессы прессования, прокатки, совместной вытяжки, экструзии, сварки, напыления или осаждения, а также пропитки.

Горячим прессованием, т.е. прессованием с нагревом на воздухе или в контролируемой фазе, получают материалы с матрицами из порошков, фольги, лент, листов и других металлических полуфабрикатов. Этим методом изготовляют многослойные листы, ленты, стержни, профильные изделия и т.п.

Методом прокатки из тех же полуфабрикатов формируют КММ, армированные проволокой.

Метод совместной вытяжки заключается в следующем. В заготовке из матричного металла высверливают отверстия, в которые вставляют армирующие прутки или проволоку. Нагрев и обжатие завершают волочением и отжигом.

Методом экструзии изготовляют КММ в виде прутков или труб. Исходным материалом служат порошки, прутки, трубчатые заготовки.

Высокоскоростную сварку листовых КММ осуществляют из заготовок в виде чередующихся слоев фольги и волокон с помощью машин диффузионной сварки с валками, выполненными из тугоплавкого металла.

Достоинством сварки взрывом является возможность соединения компонентов, сварка которых обычными методами затруднена, а также технологичность получения крупногабаритных листовых изделий.

Пропитку заготовок из волокон металлическими расплавами осуществляют в вакууме или контролируемой атмосфере.

Номенклатура волокнистых КММ включает множество материалов на матрицах из алюминия, магния, титана, меди, никеля, кобальта и др.

КММ из алюминия и высокопрочных волокон характеризуются высокими удельной прочностью и жесткостью, высокой жаропрочностью и анизотропией механических свойств. Материалы, упрочненные стальной проволокой, перспективны в различных отраслях техники благодаря сравнительно малой стоимости. КММ типа алюминий-бор имеют высокие электро- и теплопроводность, пластичность, ударную вязкость и абразивную стойкость.

КММ алюминий-углерод отличают жаропрочность и стойкость к действию радиации.

КММ на основе алюминия предназначены для авиационной и космической техники, где высокая первоначальная стоимость разработки материалов окупается за счет выигрыша в их эксплуатационных характеристиках.

Особенностью КММ на основе магния является термическая стабильность структуры вплоть до температуры начала размягчения матрицы. По удельным показателям прочности и жесткости эти материалы превосходят большинство КММ, в том числе и на основе алюминия.

Их армируют волокнами бора, карбида кремния, оксида алюминия, углеродными волокнами, проволокой из стали, титана, тантала.

КММ на основе магния эффективны в высоконагруженных конструкциях, применяются в космической технике, строительстве ядерных реакторов.

Материалы на основе титана имеют высокую прочность при растяжении. Важной особенностью этих материалов является стойкость к удару. Из КММ на основе титана и волокон борсика (бора с покрытием из карбида кремния) изготовляют лопатки вентиляторов газотурбинных двигателей, которые должны иметь высокую жесткость при повышенной температуре и низкую плотность для снижения напряжений от центробежных сил.

КММ на основе меди – преимущественно электротехнические материалы, обладающие лучшим сочетанием прочности и электропроводности, чем медные сплавы, особенно при повышенных температурах.

КММ на основе никеля отличаются от никелевых сплавов более высокой жаропрочностью. Их свойства в значительной мере определяются взаимодействием матрицы и арматуры. КММ на основе никеля применяют для деталей газотурбинных двигателей, рабочие напряжения в которых соизмеримы с пределом прочности материала.

Волокнистые КММ на матрице из кобальта имеют такое же, но ограниченное применение в связи с дефицитом кобальта. В качестве упрочнителей используют проволоку из молибдена и вольфрама, а также нитевидные кристаллы оксида алюминия и карбида кремния.

ЛИТЕРАТУРА

1. Материаловедение и конструкционные материалы [Текст]: Учеб. пособие для вузов / Л.С.Пинчук, В.А.Струк, Н.К. Мышкин, А.И. Свириденок; Под ред. В.А. Белого. Мн.: Выш.шк., 1989.

2. Технология конструкционных материалов [Текст]: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. 6-е изд., испр. и доп. / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, А.Ф. Вязов и др. М.: Машиностроение, 2005.

 

Композиционные материалы

Введение

Композиционные материалы (КМ) представляют собой металлические или неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (дисперсных частиц, волокон и др.). При этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композицию материалов.

К КМ могут быть отнесены многие природные материалы. Оптимальное сочетание и расположение твердых и мягких, жестких и эластичных составляющих характерно для строения древесины, костей человека и животных. Композиционную структуру имеют гранит, многие разновидности кремнезема.

Человек начал применять принципы армирования (упрочнения) материалов еще в глубокой древности. В Шумерии и Вавилоне около 6 тыс. лет назад в глиняные строительные кирпичи и гончарные изделия для уменьшения усадки и растрескивания при обжиге добавляли измельченные камни, солому, ветки. В Египте и Месопотамии в 3-ем тясячелетии до н.э. строили речные суда из тростника, пропитанного смолой.

В безлесных южных районах России и Украины при изготовлении жилищ и оград издавна использовали разнообразные сочетания строительных материалов – глины, лозы, камней.

В середине XV века при постройке храма Василия Блаженного в Москве русские зодчие Барма и Постник применили армированные железными полосами каменные плиты.

Прообразом современных КМ считается железобетон. Первый патент на изготовление цветочных кадок из материала, сочетавшего металлическую проволоку и цемент, получен в 1867 году Парижским садовником Ж.Монье. Армированные стеклянными волокнами полиэфирные материалы впервые применены в конструкции самолета в 1942 г., а несколько позже было начато промышленное производство стеклопластиков.

Современные высокопрочные композиты на полимерной и металлической матрице, армированные высокопрочными волокнами и «усами», стали широко использовать в начале 70-х годов.

Классификация композиционных материалов

Композиционные материалы – это конструкционные материалы сложного состава, образующиеся путем объемного сочетания разнородных компонентов (фаз) с границей раздела между ними.

Компонент, непрерывный в объеме композиционного материала, называется матрицей (связующим). Другие компоненты (арматура, наполнители и т.д.) распределены в матрице.

Композиционные материалы классифицируют по следующим основным признакам:

· типу матрицы;

· виду армирующего элемента;

· особенностям макростроения;

· методам получения.

По типу материала матрицы различают:

· полимерные композиты (термопласты и реактопласты);

· металлические (в т.ч. материалы, получаемые методами порошковой металлургии, и сплавы, состоящие из макронеоднородных фаз);

· неорганические (неорганические полимеры, минералы, керамика);

· комбинированные (полиматричные).

Матрица придает изделию из композита заданную форму и монолитность, обеспечивая передачу и перераспределение нагрузки по объему материала, защищает армирующие элементы от внешних воздействий. Тип матрицы непосредственно определяет термическую и коррозионную стойкость, электрические и теплозащитные свойства, старение, технологию изготовления и другие важнейшие характеристики композиционного материала и изделий из него.

По виду армирующих элементов (наполнителей) КМ классифицируют в зависимости от геометрических размеров и порядка их расположения в матрице, целей армирования.

Армирующие элементы (наполнители) вводят в композиционный материал с целью изменения его свойств: увеличения прочности, жесткости, пластичности; изменения плотности, электрических, теплофизических и других характеристик в различных направлениях и отдельных местах изделия.

По влиянию на деформационно-прочностные характеристики КМ наполнители и армирующие элементы целесообразно различать.

Наполнители – это преимущественно дисперсные и коротковолокнистые вещества, введение которых позволяет более чем в 2 раза повысить прочность матрицы.

Армирующие элементы (арматура) – высокопрочные усы, волокна, ткани, которые обеспечивают повышение прочности в 2-10 и более раз по сравнению с прочностью матрицы. В КМ могут одновременно присутствовать и наполнители и армирующие элементы.

Влияние наполнителей (арматуры) на свойства КМ бывает настолько существенным, что КМ часто называют по виду наполнителя: графитопласты, стекловолокниты, органно-, угле- и боропластики и т.п.

По макростроению КМ различают в соответствии с расположением компонентов. В матрице армирующие элементы могут быть расположены хаотически, но чаще их стараются разместить в определенном порядке. Возможности сочетания и объемного расположения армирующих элементов весьма широки.

КМ, имеющие одинаковые свойства во всех направлениях, называют изотропными. К ним относят композиты, хаотически наполненные порошками, короткими волокнами и чешуйками.

КМ, свойства которых неодинаковы по различным направлениям, называют анизотропными. Это КМ с армирующими элементами в виде непрерывных волокон, пластин, тканей, сеток.

При моделировании технологии изготовления и выборе схемы расчета на прочность высокопрочные КМ делят на группы с одноосным, двухосным (плоскостным) и трехосным (объемным) армированием.

Все чаще находят применение КМ полиармированные (содержащие два и более различных по составу и природе армирующих элемента), полиматричные (имеющие две или более матрицы) и т.п.

Гибридные (полиматричные и полиармированные) композиты-конструкции изготовляют одновременно с изделием. При этом соответствующий компонент (матрица или армирующий элемент) вводятся в заданное место конструкции, где наиболее полно используются его положительные качества.

По методам получения КМ подразделяют на материалы, формируемые путем соединения компонентов в твердой или жидких фазах, с использованием газофазных процессов, в вязкотекучем состоянии и при помощи разнообразных комбинаций этих состояний.

Жидкофазными компонентами – растворами и расплавами матричного материала – пропитывают арматуру. Твердофазные компоненты соединяют в КМ прессованием, уплотнением взрывом, диффузионной сваркой. К газофазным технологическим процессам относят нанесение металлических или керамических матричных покрытий на армирующие элементы – волокна, ткани. В вязкотекучем состоянии перерабатывают большинство композитов на полимерной матрице.