Слайд 1Композиты
Композиты – это многокомпонентные материалы, состоящие из пластичной основы (матрицы)
и наполнителей.
Дополнительными критериями отнесения к композитам являются следующие условия:
Доля второго по объему компонента должна быть не ниже 5%,
Физико-химические свойства компонентов должны существенно различаться,
Искусственные композиты получают смешением исходных компонентов.
Слайд 2Полимерные композиционные материалы
Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются
одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Их применение
в различных областях дает значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30% веса летательного аппарата.
Слайд 3Армированные композиты
выделяют волокнистые и дисперсионно-наполненные композиционные материалы. Волокнистые композиты с
полимерной матрицей также называют армированными пластиками.
а, b, c – волокна,
d – дисперсный материал
a b c d
Слайд 4Основные компоненты ПКМ
Матрица – основной непрерывный компонент.
Наполнитель - распределяемое вещество,
или армирующая (волокнистая) фаза.
В большинстве случаев наполнитель прочнее и жестче
матрицы. В одном из измерений по размеру наполнитель обычно не превышает 500 мкм, а в нанокомпозитах – менее микрона.
На наполнитель наносят аппрет для обеспечения связи (адгезии) с матрицей.
Слайд 5Монтмориллонит
Слоистый алюмосиликат монтмориллонит является наиболее известным примером природных наноглин. Он
имеет непостоянный химический состав, который сильно зависит от содержания воды,
%: SiO2 - 48-56, Аl2O3 - 11-22, Fe2O3 - 5 и более, МgO - 4-9, СаO - 0,8-3,5 и болeе, Н2O - 12-24. Структура монтмориллонита отличается симметричным сложением пачек слоев, между которыми размещаются молекулы межслоевой воды и ионы Са, Na и др. Характерно большое расстояние между пачками слоёв.
Слайд 6Определение знака заряда наноглин электрофорезом
Слайд 7Уменьшение газопроницаемости композита
Слайд 8Углеродные волокна
Кристаллическая структура идеального (а) и турбостратного (b) графита
Слайд 9Углеродные волокна
Для получения углеродных волокон пригодна термостратная слоистая структура углерода.Некоторое
количество слоев при взаимодействии образуют пакеты. Пакеты связаны между собой
различными формами аморфного углерода и образуют пространственный полимер.
Углеродное волокно впервые получено в 1880 г. Эдисоном и использовано в качестве нити накаливания.
Принцип получения углеродного волокна сводится к нагреванию органических волокон в определенных условиях, не разрушая их.
Слайд 10Углеродные волокна
На 95 – 99% состоят из углерода, имеют структуру
турбостратного графита и представляют собой длинные (десятки метров) и тонкие
(5-15 мкм) нити, имеющие в своей основе упорядоченную графитоподобную структуру.
Получают из полиакрилонитрильных волокон (ПАН) и углеродных пеков.
Слайд 11Углеродные волокна
Полезные свойства:
Высокий модуль упругости
Высокая прочность
Низкий удельный вес.
Высокая
термостабильность (в отсутствии кислорода).
Высокая химическая стойкость.
Высокая теплопроводность в сочетании с
высоким сопротивлением усталости.
Высокая электропроводность.
Низкий коэффициент теплового расширения.
Отличное сопротивление ползучести.
Биосовместимость.
Слайд 12Углеродные волокна
Недостатки :
Относительно высокая цена.
Малое удлинение до разрушения, в результате
чего возникают проблемы при переработке УВ.
Предел прочности при сжатии ниже,
чем предел прочности при растяжении, и увеличение диаметра волокон не приводит к улучшению этого показателя.
Низкая ударная вязкость композитов на основе УВ.
Окисляется на воздухе при температуре свыше 450 ºС.
Слайд 13Химическая структура ПАН-волокон
химическая структура оптимальна для образования наноупорядоченной структуры УВ.
В
растущих при полимеризации макромолекулах чередуются кристаллиты длиной 5-10 нм и
аморфные прослойки длиной 4-8 нм
Слайд 14Формование волокон из раствора
Создание ориентированной упорядоченной наноструктуры молекул полимера обеспечивается
при формовании волокон из вязких растворов .
Основные способы:
мокрое формование,
сухое формование,
сухо-мокрое формование.
Слайд 17Получение углеводородного волокна из ПАН
1. Окисление (стабилизация). В присутствии окислителя
макромолекулы ПАН при температурах 150-300 ºC образуют лестничную структуру.
Слайд 18Получение углеводородного волокна из ПАН
2. Карбонизация
3. Графитизация - рост пакетов
графитовых плоскостей при повышении температуры свыше 1800 ºC
Слайд 19Внешний вид углеродных волокон и тканей на их основе
Углеродное волокно
Ткань
Слайд 20Углеродные волокна
Высокотемпературной активацией в среде водяного пара или CO2 при
600-1000 0C получают углеродные волокнистые адсорбенты (УВА)
Обработкой УВА окислителями
(нитраты), концентрированными растворами кислот (HNO3, H2SO4, H3PO4) и др. реагентами получают катионообменники.
Введением в исходные волокна или УВА различных металлов (Pt, Ir, Pd, Cr, V, Ag, Mn, Cu, Со, Ni, Fe и др.) получают УВ катализаторы,которые используют для окисления содержащихся в газах примесей (СО до CO2, SO2 до SO3 и др.).
На основе углеродных волокон получают жесткие и гибкие электронагреватели, обогреваемую одежду и обувь.
Слайд 22Классификация конструкционных тканей
Слайд 23Линия пропитки низковязкими связующими
