Полимерные конструкционные материалы: свойства и применение

Конструкционными называют материалы, способные под нагрузкой сохранять первоначально заданную форму изделий. Примеры – строительные компоненты, детали механизмов, рыбацкие удилища. Соединение полимера с армирующим компонентом придает материалу особые свойства и механическую прочность, называется композитом.

Получение конструкционных искусственных материалов

Композит представляет двухкомпонентную систему. Основой служит пластмасса. Если в стадии формирования изделия ввести упрочняющий материал, механические свойства структуры повышаются. Характеристики композитов зависят от матричного полимера, вида наполнителя, способа его введения.

• Волокнистая структура создана из армирующего материала различного состава – металлическая проволока, кордовая нить, стеклоткань, нитевидные кристаллы другого полимера.
• Дисперсно-упрочненные составы со специальными свойствами, для наукоемких производств, космических технологий.
• Слоистые – полученные методом прессования разнородных материалов с последующей прокаткой.

Детали из композита создают, используя литье, формовку, склеивание или сварку.
Конструкционные полимерные материалы разработаны под условия эксплуатации. Изделия для низких температур и жаростойкие отличаются по составу. Основой композита служит полимер, отвечающий требованиям по инертности к агрессивным средам, износоустойчивости, условиям эксплуатации в конкретном месте.
Особенности состава, технология обработки влияют на прочность, вязкость и надежность композита. Материал должен работать длительное время без структурных изменений.

 Виды композитных материалов

Основой искусственных конструкционных материалов служат термопластичные и термореактивные полимеры, ВМС. Продукт получают из углеродных радикалов линейной и циклической структуры. Рассмотрим полимерные конструкционные материалы, какова их структура, свойства, применение.
Основой для композитов служат:

• Полиэтилен
• Полистирол
• Поливинилхлорид
• Полипропилен
• Полиамид
• Пенополиуретан
• Смолы
• Полиматричный пластик АБС

АБС состоит из мономеров акрилонитрила, бутадиена и стирола, обладает повышенной жесткостью, износоустойчивостью и прочностью.
Используя основу и различные армирующие вещества, получают конструкционные полимерные композитные материалы. Они превосходят по технологическим показателям сплавы из металлов, дерево, гранит.

Стеклопластики

Стеклопластики создают из термореактивных смол и термопластичных полимеров. Они прозрачны для радиоволн, отличаются высокой прочностью и изолирующими свойствами. Основное вещество склеивает волокна, или стеклоткань, образуя слоеный, прессованный под давлением пирог – стеклотекстолит. Применяется композит во многих секторах промышленности и для изготовления инвентаря для спорта и быта.

Углепластики

Как наполнитель, используют волокна углерода, полученные искусственным путем. Содержание молекулярного углерода в них 99,5 % общей массы. Углепластики – легкие и прочные материалы, практически без линейного расширения. Они обладают высокой электропроводностью. Легкий, прочный материал с малым омическим сопротивлением используют в электротехнической промышленности, для изготовления фильтров.

Органопластики

Применяя жгуты из нитей, ткани, бумагу в качестве наполнителя для смол или термопластических полимеров создают легкие и прочные композиты. Упорядоченная укладка компонента относительно осей придает особую прочность составу. Материал применяется во многих отраслях промышленности, для изготовления пуленепробиваемой защитной одежды используется композит келавр.

Полимеры с порошковым наполнителем

Удешевить изделие из полимера, или придать ему дополнительные свойства помогают порошковые наполнители. Их используют с термореактивными и термопластичными матричными полимерами. Добавками в композитах служат:

• минеральные порошки – каолин, карбонат кальция;
• древесная мука и скорлупа орехов;
• волокна растительные или синтетические;
• крахмал, тальк и другие компоненты.

Недорогие добавки позволяют уменьшить себестоимость продукта, придать ему дополнительную прочность, плотность, упругость. В биоразлагающемся композите используют в качестве органического наполнителя крахмал.

Текстолиты

Полотна ткани, пропитанные смолой, или полимерами, прессованные под давлением при повышенной температуре, называются текстолитом. Из них формуют столешницы, используют как изоляционный материал в электротехнике. Свойства текстолитов зависят от вида тканого полотна и строения матрицы.