Классификация ПКМ

По геометрической форме наполнителя ПКМ делят на две группы:
1) с зернистым наполнителем
2) с волокнистым наполнителем.


Зернистые наполнители имеют близкие размеры длинны (l) и диаметра (d): (l/d ≈ 1). У волокнистых наполнителей их длина значительно превышает диаметр6 l/d >> 1.


Зернистые наполнители разделяют на дисперсные, которые имеют размер зерен d ≤ 0,1мкм, а также на порошковые, которые имеют более 25% с размером зерен d ≥ 1мкм. Чаще используют порошковые наполнители с размером частиц 1-15мкм. Увеличение розмера частиц и их плотности приводит к развитию процесса седиментации при переработке.


При использовании зернистого наполнителя в композите его роль сводится к созданию механической преграды на пути распространения трещин разрушения в процессе деформации, которая возникает в матрице под действием приложенной нагрузки. Зерна наполнителя укрепляют матрицу путем механического сжатия (деформации). Степень наполнения зернистыми наполнителями термопластов – 10-40%, реактопластов – 60-70%. При изготовлении полимер-керамических материалов степень наполнения достигает 90-95%.


ПКМ с волокнистым наполнителем называются армированными пластиками. Армирующие волокна обеспечивают композитам высокую прочность, жесткость, длительность формы, повышают их теплостойкость, а также придают им другие ценные свойства.


ПКМ с волокнистыми наполнителями по механизму армирующего действия наполнителя разделяют на композиты с дискретными волокнами и композиты с неприрывными волокнами. В композитах с дискретными волокнами отношение l/d волокон находится в пределах , а в композитах с неприрывными волокнами l/d .
Дискретные волокна находятся в матрице хаотически, образуя квазиотропную структуру: анизотропную в микрообъеме, размеры которого подобны размерам волокон, но изотропную в микрообъеме детали. Анизотропные композиты с использование дискретных волокнистых наполнителей можно получить, используя специальные технологические методы, например, наложение электрического поля в момент формирования волокнистого каркаса.


Неприрывные волокна могут быть использованы как наполнители в виде волокон и тканей.


Одномерная укладка волокон обеспечивает максимальную реализацию их механических свойств в композитах.


Двумерная укладка волокон осуществляется путем последовательной укладки слоев однонаправленных волокон под углом к направлению волокон предидущего слоя. Установлено, что композиты с двумерными укладками однонаправленных слоев будут иметь изотропные свойства в площады листа при и количества слоев n ≥ 3.


Недостатками ПКМ с одно- и двухмерным армированием есть слабое сопротивление к межслоевому сдвигу и поперечному отрыву. Этих недостатков нет у композитов с объемным армированием.


Для объемной укладки волокон наиболее часто используют схему, по которой оси армирования совпадают с направлением осей прямоугольной системы координат.
Для повышения межслоевой прочности при сдвиге двумерно-армированных композитов неприрывные волокна используют вместе с дискретными волокнами, которые равномерно распределяют в матрице. Иногда на поверхности неприрывных волокон для этой же цели выращивают нитеподобные кристаллы. Этот процесс называют вискеризацией волокон.


Наполнитель в виде ткани повышает прочность композита (слоистого пластика) в площади армирования благодаря прочности механического сцепления волокон в ткани. В тканях чаще прочность на основе више. Недостатком двумерного армирования есть низкое сопротивление межслоевому сдвигу и поперечного отрыву. К слоистым композитам относят также древеснослоистые, бумажнослоистые (гетинакс) пластики и текстолиты.


ПКМ с наполнителем с однослойной ткани объемного плетения имеют почти изотропные свойства. Использование многослойного наполнителя резко снижает межслойную прочность материала к уровню прочности композитов с двуметрным наполнителем.


По химической природе полимерной матрицы ПКМ делятся на две группы: 1) композиты на основе термореактивных связующих (полиэфирных, эпоксидных, феноло-формальдегидных, фурановых и т.д.). и 2) композиты на основе термопластических связующих (полиамидов, полиолефинов, полиэстеров и т.д.). Термореактивные связующие в процессе переработки композитов (отверждения) переходят в нерастворимое состояние, которое делает невозможным вторичную переработку отходов.


Термопластические связующие после переработки (формирования из композитов изделий) практически не изменяют свою химическую структуру. Это позволяет проводить полностью вторичную переработку отходов ПКМ без существенного снижения свойств изделий.