Зачем применяют полимерные композиты: свойства, виды и сферы использования

Содержание

• Для чего нужны полимерные композиты?
• Общие характеристики полимерных композиционных материалов

• Прочность
• Небольшой вес
• Стабильность размеров при перепадах температур
• Химическая и биологическая устойчивость
• Долговечность
• Экологичность

• Виды полимерных композиционных материалов

• По типу основы

• Реактопласты
• Термопласты

• По виду наполнителя

• Стеклопластики
• Углепластики
• Боропластики
• Органопластики

• Дисперсно-наполненные полимеры

• Текстолиты

• Производство изделий из полимерного композита

 

Полимерные композиты – двух- или многосоставные материалы нового поколения, включающие в себя полимерную матрицу и армирующие/функциональные добавки (наполнители). Матрица представлена пластиковым материалом — она скрепляет все составляющие, создает целостность структуры материала, перераспределяет нагрузку на материал и защищает от воздействия влаги, перепадов температуры и других вредных факторов внешней среды.

Наполнитель отвечает за прочность, жесткость, износостойкость и другие эксплуатационные характеристики. Благодаря большому выбору полимеров и наполнителей можно получать материалы с заданными свойствами для конкретных условий применения.

Для чего нужны полимерные композиты?

Композитные полимерные материалы применяют при изготовлении материалов, обладающих лучшими свойствами, чем их составляющие части. Пластическая основа в сочетании с различными наполнителями дает возможность получить материал с большой прочностью, малым весом, стойкостью к внешним факторам окружающей среды.

Данные материалы находят применение в тех случаях, когда необходимы прочность конструкции, уменьшение веса изделия, большая долговечность и малые эксплуатационные расходы. Композиционные полимерные материалы используются при изготовлении изделий авиации, автомобилей, машин и механизмов, зданий и сооружений, медицинских инструментов, изделий для озеленения территории и др.

Общие характеристики полимерных композиционных материалов

Свойства полимерного композита определяются составом матрицы, видом наполнителя и методом изготовления. В целом все ПКМ имеют схожие достоинства.

Прочность.

Композиционный материал на основе полимера обладает большой прочностью при малом весе. Связано это с хорошим связыванием составных частей, армирующим наполнителем и способностью полимерной матрицы равномерно передавать напряжения в пределах конструкции изделия.

За счет этого материал обладает достаточной прочностью на растяжение при изгибе, а также устойчив к воздействию внешних сил и нагрузок – это позволяет использовать его в качестве конструкционного материала.

Небольшой вес.

Одно из важных преимуществ композитов — малая масса. Полимерная основа легче многих традиционных материалов, включая металлы и бетон. Поэтому ПКМ активно применяются в отраслях, где снижение веса конструкции имеет принципиальное значение: в авиационной, автомобильной, транспортной и космической промышленности.

Небольшой вес также упрощает перевозку, монтаж и эксплуатацию готовых изделий.

Стабильность размеров при перепадах температур

Композиты на основе полимеров обладают малым ТКЛР. За счет жестких наполнителей материал сохраняет свои формы и размеры изделия при колебании температур.

Особенно актуально это при эксплуатации конструкций в атмосферных условиях с регулярными циклами нагрева-охлаждения, замораживания - оттаивания.

Химическая и биологическая устойчивость

Полимерные композиты обладают водостойкостью, стойкостью к кислотам, щелочам, растворителям и различным агрессивным средам. Воду они не боятся, не ржавеют, не сгнивают, не разлагаются от воздействия плесени, грибков и микробов.

Большинство видов ПКМ имеют устойчивость перед воздействием УФ-излучения - могут применяться на открытом воздухе при сохранении внешнего вида и рабочих характеристик.

Долговечность.

Материалы композитного типа предназначены для долгой службы. Устойчивость к цикличному нагружению – способность сохранять свои свойства при многократном механическом воздействии и в суровых климатических условиях.

Высокая усталостная прочность, высокая влагостойкость, стойкость к изменениям температуры и воздействию химических сред дают возможность материалу на основе полимера-композита служить достаточно долго.

Экологичность

Композиты из полимеров позволяют уменьшить отходы, так как в процессе создания материала нередко применяют переработанный пластик. А еще большая часть полимерных материалов может быть переработана повторно.

Внедрение подобных мер позволяет снизить экологическую нагрузку, эффективно использовать ресурсы.

Виды полимерных композиционных материалов

Полимерные композиты можно разделить на несколько видов. В основном делятся по основе полимера, а также по наполнителю.

По типу основы

Реактопласты.

Реактопласты — композиты с термореактивной матрицей (эпоксидная смола, полиэфирная смола, фенольная смола и т. д.).

При повышении температуры они полимеризуются - то есть их молекулы связываются друг с другом, создавая твердое тело непластичное и нерастворимое в воде. Поэтому реактопласты обладают большой прочностью, жаропрочностью и стойкостью к действию агрессивных сред.

Главный минус подобных веществ — невозможность их вторичного использования в связи с тем, что они больше не плавятся после полимеризации.

Термопласты.

К термопластам относят полиэтилен, полипропилен, полиамидные смолы, фторопласты и др. При повышении температуры такие материалы становятся мягкими, при понижении – затвердевают.

Такое свойство позволяет многократно перерабатывать термопласты и композиты на их основе. Материалы этой группы отличаются ударопрочностью, стойкостью к растрескиванию, устойчивостью к динамическим нагрузкам и удобством переработки.

По типу наполнителя.

Стеклопластики.

Стеклопластик получают из стекловолокна с использованием различных полимерных смол (эпоксидной, полиэфирной, фенолформальдегидной). Материал характеризуется большой прочностью, тепло- и диэлектрической изоляцией, влагостойкостью и коррозионной стойкостью.

Из минусов стеклопластика – низкая износостойкость при абразивном воздействии, а также не слишком хорошая сопротивляемость сильным динамическим нагрузкам.

Углепластики.

Углепластики состоят из углеродных волокон и полимерной матрицы, чаще всего на основе реактопластов. Эти материалы отличаются малым весом, высокой прочностью, устойчивостью к ультрафиолету, химическим веществам и высоким температурам.

Они обладают низким коэффициентом трения, хорошей теплопроводностью и электропроводностью, а также минимальным температурным расширением. Среди минусов углепластиков — чувствительность к ударным нагрузкам.

Боропластики.

Боропластики – это композиты на основе борных волокон и термореактивных смол. Материалы обладают высокой твердостью, прочность при динамических нагрузках, а также электропроводящие свойства.

Но в то же время за счет большой твердости они хуже обрабатываются механически. А также при изгибах могут ломаться.

Органопластики.

Органопластики — это композиты, в которых наполнителем служат органические волокна синтетического, природного или искусственного происхождения, а связующим компонентом выступают термореактивные смолы.

Преимуществами данных материалов – малый вес и виброустойчивость. К недостаткам можно отнести гигроскопичность, невысокую несущую способность на сжатие, возможность деформирования под действием длительной нагрузки.

Дисперсно-наполненные полимеры

Дисперсные наполненные полимерные материалы можно получить из реактопластов или термопластов. Наполнителями служат твердые частицы органической или неорганической природы (мел, тальк, древесина, минеральные вещества и др.).

Добавки такого рода улучшают твердость, прочность, огнеупорность, устойчивость к износу и т. д.

Текстолиты.

Текстолит – слоистый композитный материал с полимерной матрицей и текстильным подслоем. Слойки склеиваются путем термосварки.

Наполнителем служит обычно хлопок либо стеклоткани, связующим – фенолформальдегидные или эпоксидные смолы. Материал обладает большой механической прочностью, износоустойчивостью, водостойкостью и стойкостью по отношению к действию различных химических реагентов.

Производство изделий из полимерного композита

Полимерные композиты уже широко применяются в промышленности, строительстве, благоустройстве и повседневной жизни. Наша компания предлагает изделия из полимерного композита для оформления частных территорий, общественных пространств, садов, парков и придомовых участков.

Материал состоит из песка, переработанного пищевого пластика, пигмента для окрашивания и специальных добавок. Благодаря таким компонентам материал становится крепким, не боится влаги, выдерживает заморозки, воздействие солнца и удары.

Колпаки для столба, парапет для забора, приствольная решетка, шаговая плита, тротуарная плитка и др. Изделия из полимерного композита отличаются отсутствием необходимости в постоянном уходе, сохраняют свой внешний вид и характеристики в течение всего периода эксплуатации.

Полимерные композиционные материалы – перспективные материалы, обладающие высокой прочностью, малым весом, стойкостью к агрессивным средам. Благодаря широкому выбору составов и наполнителей ПКМ применяются в самых разных сферах — от промышленности и транспорта до строительства и благоустройства.

Изделия из полимерного композита сочетают практичность, надежность и эстетичный внешний вид, поэтому становятся востребованной альтернативой традиционным материалам.