Композиты с полимерной матрицей: характеристики и классификация

1. Характеристики и свойства
2. Основные виды

Композиты с полимерной матрицей (ПКМ) — материалы из нескольких компонентов, в основе которых лежит армированный пластик. Матрица выполняет роль связующего вещества, а добавки придают композиту ряд необходимых параметров, таких как прочность, устойчивость к высоким и низким температурам, химическая стойкость. Благодаря этим свойствам полимерные композиты пользуются востребованностью в широком спектре областей — от самолетостроения до создания украшений.

Характеристики и свойства

Что делает композиты с полимерной матрицей настолько востребованными? Их уникальные свойства, которые в совокупности превосходят характеристики других материалов. К ним относятся:

масса — значительно меньше, чем у металлических изделий аналогичной прочности, в том числе у алюминиевых. Например, плотность алюминия — 2700 кг/м3, плотность композита — в районе 1400 кг/м3;
прочность — в диапазоне от 70 до 1800 МПа, что является очень хорошим показателем для настолько легкого материала. Для сравнения, прочность тех же алюминиевых сплавов — до 440 МПа;
электропроводность — некоторые композиты с полимерной матрицей обладают прекрасными диэлектрическими свойствами, например, варианты с базальтовым волокном и стекловолокном. Их можно использовать и как проводники;
температурное расширение — значительно меньшее, чем у неармированного пластика и металла, сопоставимо по значениям с кварцем;
стойкость к химическим соединениям — некоторые ПКМ, к которым относятся стекловолокно и базальтовые волокна, могут противостоять даже серной кислоте при температуре в 80 °С;
теплоизоляционные свойства — коэффициент теплопроводности у полимерных композитов невысок. У алюминиевых сплавов он достигает отметки в 200 Вт/м °С, тогда как у стеклопластика — 0,75 Вт/м °С.

Эти свойства делают полимерные композиты универсальным материалом. Они подойдут и для автотюнинга, и для создания корпусов космических кораблей.

Основные виды

Классифицировать композиты с полимерной матрицей принято по двум показателям. Во-первых, их делят на реактопласты и термопласты, где:

реактопласты — низкомолекулярные олигомеры: полиэфирные, эпоксидные, полиэфирные, фенолоальдегидные и другие смолы (перейти к товарам), которые при комнатной температуре находятся в жидком состоянии. Они устойчивы к перепадам температур, прочны, обладают низкой вязкостью и хорошей пропитывающей способностью. При этом они хрупкие, пористые, растворители могут быть токсичны, а еще их формовка требует термической обработки. При изготовлении происходит необратимая химическая реакция, которая превращает заготовку в твердый неплавкий материал, не годящийся для повторного использования;
термопласты — высокомолекулярные соединения: фторопласты, полиолефины, ароматические и алифатические полиамиды. При комнатной температуре они сохраняют твердое состояние, и для использования их необходимо расплавить. При этом делать это можно многократно. Они химически инертны, термостойки, но быстро стареют под воздействием окружающей среды, зато их, в отличие от реактопластов, можно использовать для вторичной переработки. Чтобы сформировать такой композит, нужно нагреть матрицу и пропитать волокна под давлением.

Другой способ классификации композитных полимеров — по их наполнителю. Они могут быть армированными и дисперсно-упрочненными. Бывают и гибридные композиты, которые имеют в себе несколько видов наполнителей — именно так создаются ПКМ с уникальными характеристиками.

Примеры армированных композитов — стеклопластики с волокнами из неорганического стекла, углепластики, в которых армирующую функцию выполняют углеродные нити, боропластики с борными волокнами, а также органопластики, где используются органические синтетические волокна, такие как жесткоцепные полимеры, ароматические полиамиды и т. д.

Дисперсно-наполненные полимеры имеют порошковое напыление. В качестве добавок в них могут быть мел, стеклянные шарики, песок, глина и другие материалы, как природные, так и искусственные.