Полимеры – это органические или неорганические вещества, в молекулах которых многократно повторяются одинаковые структурные звенья.
Исходя из определения композиты полимерные представляют собой многокомпонентные материалы на основе различных видов пластмасс. Если выразиться проще – это материал, состоящий из двух или более компонентов, каждый из которых обладает разными физическими и химическими свойствами.
Классификация полимерных композитов
Полимерные композиты делятся на классы в зависимости от типа наполнителя. В разряд основных классов входят:
- Стеклопластик – состоит из полимерной матрицы (термопласт или реактопласт) и стекловолоконного наполнителя;
- Углепластик – состоит из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных смол;
- Боропластик – материал, в армирующей части которого используются волокна упрочнителя – борного волокна в виде моноволокна или боростеклянных нитей;
- Органопластик – состоит из полимерной матрицы и органических (арамидных) волокон;
- Полимеры наполненные порошками, или дисперсно-наполненные полимеры – в состав входят термопластичный или реактопластичный полимер с порошкообразным наполнителем (тальк, карбонат кальция, каолин, керамика и др.);
- Текстолит – материал, в котором дисперсная фаза – ткань;
- Нанопластик – армирующие волокна представляют собой углеродные нанотрубки.
Классы перечисленных композитов имеют существенные различия как по составу, так и по физико-механическим свойствам. Например, изделия из полимеров с порошковым наполнителем обладают достаточно высокой прочностью и эластичностью, в то время как изделия из органопластика успешно противостоят ударной вязкости и проявляют высокую химическую стойкость.
Рулонный стеклопластик
Свойства и особенности полимерных композитов
Полимерные композитные материалы могут различаться рядом параметров в зависимости от их состава, но в то же время имеют и некоторые общие свойства.
Прочность. Эта характеристика объединяет практически все композиты. Обусловлена наличием особых химических внутренних связей. Не уступают в прочности натуральному камню, керамике, металлу, а в некоторых случаях превышают их. Например, прочность углепластиков выше, чем у металла.
Вес. Наряду с высокой прочностью композитные материалы благодаря легким полимерам, из которых они состоят, обладают низким весом.
Низкое температурное расширение позволяет сохранять свойства материала при его использовании в термостойких конструкциях.
Теплопроводность. Полимерные композиты плохо проводят тепло, т. е. обладают высокими теплоизоляционными свойствами.
Электропроводимость. У полимерных композитов она варьируется – одни материалы (например, текстолит) являются диэлектриками, другие проводят ток. В зависимости от состава наполнителя можно создавать материалы с заданным уровнем электропроводности.
Химико-биологическая стойкость. Большинство полимеров обладают высокой стойкостью к внешним воздействиям различных химических веществ, что позволяет их использовать в агрессивных средах. Композиты не подвержены гниению, поражению грибком, но в то же время имеют большой срок разложения при утилизации.
В заключение нужно отметить, что при переработке полимерные композиты не теряют своих положительных свойств.
Применение полимерных композитов в народном хозяйстве
В настоящее время композитные полимерные материалы нашли широкое применение в экономике страны. Постепенно они вытесняют из обращения ранее знакомые нам материалы. В первую очередь огромную роль в этом процессе играют более низкая стоимость изделий из композитов, низкая себестоимость, высокая прочность и многогранность в применении.
В строительстве наиболее популярной продукцией являются:
- Облицовочные панели;
- Ограждения различного характера;
- Части оконных рам, дверей;
- Детали вентиляции;
- Трубы и элементы их соединения;
- Герметики.
В быту композиты встречаются повсюду:
- Одноразовая посуда;
- Детские игрушки;
- Различные упаковочные материалы и изделия;
- Элементы бытовой техники и электроники;
- Детали сантехники, интерьера;
- Расчески, зубные щетки.
В сельском хозяйстве полимерные композиты представлены различными изделиями:
- Каркасы для сооружений теплиц и т. п.;
- Укрывные пленки для парников, силосных ям;
- Сетки различного назначения;
- Элементы систем полива;
- Специальные ткани, препятствующие прорастанию сорняков.
В пищевой промышленности из полимеров делают упаковочные изделия, тару для хранения пищевых продуктов, узлы и детали производственного оборудования. Стойкость к химическому и биологическому воздействию делает изделия из полимерных композитов абсолютно безопасными для человека.
Эти же свойства стали основополагающими при изготовлении различных принадлежностей в медицине:
- Одноразовые шприцы;
- Контейнеры;
- Лабораторный инвентарь;
- Протезы.
В реальной жизни спектр применения композитов на много шире перечисленного.
Бассейн из полимерных композитов
ГОСТ 33519-2015
Руководящим документом контроля качества полимерных композитов (ПК) является ГОСТ 33519-2015. Стандарт устанавливает метод испытаний ПК на сжатие при различных температурах.
Суть метода заключается в испытании образцов на сжатие с постоянной скоростью деформирования.
Образцы для испытания изготавливают отливкой в специальных пресс-формах или вырезают из готовых изделий (полуфабрикатов). Форма образца должна соответствовать показанной (см. рис. 1).
Рисунок 1
Количество образцов от одной партии не менее пяти.
Лабораторное оборудование:
- Испытательная машина МИМ.2 – для создания нагрузки на образец;
- Приспособление для испытаний (см. рис. 2);
- Экстензометр – для измерения величины деформации;
- Микрометр по ГОСТ 6507 – для точного измерения размеров до 10 мм;
- Штангенциркуль по ГОСТ 166 – для измерения размеров более 10 мм.
Рисунок 2
где: 1 – корпус; 2 – зажим; 3, 4 – клин; 5 – опора; 6 – ролик; 7 – направляющая; 8 – стяжка; 9 – стержень; 10 – вкладыш; 11 – штифт; 12 – винт; 13 – образец.
Подготовка и проведение испытаний. Образцы выдерживаются при температуре 23 ± 2 °С и относительной влажности воздуха 50 ± 5 % не менее 88 часов. Образец с приклеенными экстензометрами закрепляется в приспособлении, после чего оно фиксируется в захватах испытательной машины.
При испытании в условиях повышенных или пониженных температур на образец устанавливают термопары. Предварительно образец нагревается в термокамере или охлаждается в криокамере.
Включением испытательной машины к образцу прикладывается заданное усилие со скоростью перемещения активного захвата от 0,1 до 15 мм/мин.
Испытание продолжается до разрушения образца. Значение максимального усилия разрушения фиксируется КИП машины с одновременной записью диаграмм деформации.
Обработка полученных результатов проводится по специальным математическим формулам.
Конечный результат испытаний оформляется протоколом, где отражаются:
- Наименование испытываемого материала;
- Метод изготовления;
- Наименование предприятия-изготовителя;
- Тип и количество образцов;
- Температуру испытания;
- Тип средств измерений;
- Способ измерения деформации;
- Скорость испытания;
- Значение определяемых показателей каждого образца;
- Тип и область разрушения образца;
- Дата проведения испытаний;
- Обозначение настоящего стандарта.
Дополнительно ГОСТ 33519-2015 дает методику определения коэффициента Пуассона при сжатии, определения предела прочности и определения модуля упругости (их значения так же отражаются в протоколе испытаний).