Статистика физико-механических свойств неметаллических конструкционных материалов

В качестве неметаллических материалов органического происхождения в машиностроении распространение получили полимерные материалы. При этом полимеры используются как в чистом виде (без наполнителей), так и виде матриц в композиционных материалах.

В чистом виде полимеры в основном используются в качестве материалов с особыми электрическими, теплофизическими и оптическими свойствами. В связи с высокой коррозионной стойкостью они применяются и как конструкционные материалы, но для изготовления деталей (изделий), не подвергающихся сколько-нибудь значительным механическим воздействиям. В связи с указанным не представляется целесообразным останавливаться на статистической характеристике свойств чистых полимерных материалов; укажем лишь, что они достаточно полно, правда, без статистической оценки, представлены, например, в работе [13].

Для изготовления же деталей, подвергающихся преимущественно механическим воздействиям, применяются полимерные композиционные материалы (ПКМ); они помимо полимеров, обычно выступающих в роли связующего, имеют твердые наполнители — тонкодисперсные частицы зернистой или пластинчатой формы, а также разнообразные волокнистые материалы. Наполнители, не изменяющие основные характеристики композита, называют инертными, а изменяющие эти характеристики — активными. Волокнистые активные наполнители называют армирующими. Полимерные связующие представляют собой систему из смолы и отвердителей, катализаторов, ускорителей отверждения; могут добавляться также другие компоненты для улучшения технологических и эксплуатационных свойств. В качестве матричного связующего применяются как термопластичные, так и термореактивные полимеры. Повышенные механические свойства ПКМ обеспечиваются, как правило, при применении последних.

Отличительной особенностью машиностроительных ПКМ по сравнению с металлическими являются: низкая плотность и в связи с этим высокие удельные прочностные и упругие свойства, атмосферная и химическая стойкость, низкая тепло- и электропроводность, высокая технологичность. Вместе с тем, они обладают относительно низкой прочностью и жесткостью при сжатии и сдвиге, низкой теплостойкостью, а также недостаточной стабильностью в условиях эксплуатации, в частности при воздействии климатических факторов (подвержены старению).

Следует иметь в виду, что удельные прочностные характеристики, часто используемые при сравнительной оценке материалов (см. подразд. 5.3.1), применительно к полимерным композитам помимо плотности и свойств активного наполнителя зависят от объемной доли и характера распределения (структуры) последнего. Во многих случаях полимерный композит создается для данной детали (изделия). Объемная доля и структура наполнителя при этом оптимизируется по определяющему свойству применительно к конкретным условиям с учетом распределения действующих напряжений. К этому следует добавить, что свойства таких материалов в сильной степени зависят еще и от технологии.

Указанные особенности ПКМ должны учитываться при статистической характеристике их свойств. Другими словами, она должна производиться применительно к выбранному (оптимальному) варианту по составу, структуре и технологии получения.

Таким образом, физико-механические свойства ПКМ зависят от многих факторов, что обусловливает их сравнительно большой разброс, а это в свою очередь повышает роль статистической оценки.

В целях воспроизведения общего представления о ПКМ, в порядке иллюстрации к сказанному ниже дается статистическая оценка свойств применительно к некоторым композитам.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >