Композитными называют однородные в микромасштабе материалы из двух, трех и более веществ с существенно различающимися химическими и/или физическими характеристиками. При этом готовые композиты могут обладать свойствами, не присущими исходным компонентам.
К числу наиболее популярных изделий из подобных материалов следует отнести арматуру и сетку. Процесс их производства имеет массу тонкостей, для него необходимо особое сырье. Заказывать его рекомендуется только у проверенных, надежных поставщиков.
Из чего состоят композиты
Создание современных композитных материалов невозможно без армирующего наполнителя, связующего вещества, отвердителя и добавок. Все эти элементы, собственно, и считаются сырьем. И каждый из них заслуживает отдельного рассмотрения.
Армирующий наполнитель (ровинг)
Ровинг, как правило, получают из алюмоборосиликатного стекла типа E. Его сначала вытягивают в волокна диаметром 10–25 мкм, затем обрабатывают замасливателем — для улучшения адгезии со связующим веществом.
Такой наполнитель также называют стеклянным ровингом, он существует в двух видах:
- прямом (по сути, это одна сложная нить, нескрученный жгут);
- сублимированном (представляет собой несколько сплошных волокнистых нитей).
Помимо стеклянного, в продаже встречается базальтовый ровинг. Этот наполнитель создан из магматической горной породы, его действительно можно считать экологичным. Кроме того, он превосходит стеклянные аналоги по модулю упругости и по прочности на разрыв.
Упоминания заслуживает и карбоновый ровинг. Его отличительная черта — очень тонкие волокна (их диаметр — от 3 мкм), составленные из атомов углерода. Расчеты показывают, что композитные материалы из карбонового армирующего наполнителя могут быть в 5 раз прочнее конструкционной стали.
Следует также добавить, что такое сырье как ровинг обычно поставляется в бобинах, упакованных в пленку.
Связующие смолы
Связующим веществом в композитных материалах выступают полиэфирные, винилэфирные и эпоксидные смолы. Чаще на практике применяют именно эпоксидные составы. Их получают путем поликонденсации эпихлоргидрина со спиртами, фенолами и другими органическими соединениями.
Эпоксидные смолы обладают сравнительно малой усадкой и в отвержденном состоянии прекрасно противостоят абразивному износу. Обычно в композитах их доля составляет около 25%.
Эпоксидная смола интересна также тем, что она сама по себе может, например, выполнять роль готового напольного покрытия. Также из нее делается клей для материалов с непористой поверхностью: фаянса, керамики, алюминия и т.д. Кроме того, данные смолы лежат в основе производства многих красок для наружной и внутренней отделки.
Отвердитель
Предназначение этого компонента — запускать процесс отвердения (полимеризации) связующей смолы. И в данном случае он выступает не просто как катализатор, он полноценно участвует в реакции.
Эффективность отвердителей прямо влияет на скорость сборки композитных деталей. Экономить на их приобретении точно не надо.
Для холодной полимеризации (то есть в условиях комнатной температуры) необходимы аминные отвердители. К этой категории специалисты относят диамины, полиамины и амины. Преимущество данных составов заключается в том, что их можно добавлять в любую эпоксидную смолу. При этом реакция будет протекать достаточно активно — на нее не потребуется много времени.
Для горячей полимеризации подходят только карбоновые кислотные составы и ангидриды. Они, по сравнению с аминными, дают более качественный результат, но использовать их по назначению сложнее. Чтобы реакция прошла как положено, в некоторых случаях нужно повышать температуру до +200⁰С.
Добавки
Таких добавок — довольно много. Особое место среди них занимают модификаторы — они влияют на структуру композита, совершенствуют его физико-химические и механические свойства. С их помощью, к примеру, можно:
- повысить стойкость материала к морозам;
- улучшить адгезию;
- усилить электропроводимость;
- сделать материал менее восприимчивым к ржавчине.
К этой же группе можно причислить антистатики (они устраняют накопление электростатических зарядов) и антипирены (они подавляют процессы горения).
Еще один интересный вид добавок — ускорители. Благодаря им отверждение связующей смолы происходит быстрее.
Плюс ко всему продаже можно найти и особые добавки, придающие композиту определенный цвет. Их именуют пигментными пастами.
Достоинства композитных материалов
На протяжении многих лет спрос на сырье для композитов остается высоким. Это обусловлено востребованностью самих композитных материалов — перечень сфер, где они используются, постоянно растет. У них есть ряд неоспоримых достоинств, позволяющих им по многим параметрам выигрывать у древесины, металлов, пластмасс:
- Значительная прочность и жесткость при небольшой массе. Это делает композиты идеальным решением в ситуациях, когда нужно снизить вес конструкции, не ухудшая другие важные характеристики.
- Стойкость к химическим воздействиям и коррозии. При эксплуатации во влажной или кислотной среде их не надо дополнительно покрывать защитными составами.
- Термическая стабильность. Данные материалы способны переносить как высокие, так и низкие температуры без деформирования и разрушения.
Но, пожалуй, главное достоинство — это возможность путем предварительного подбора компонентов и пропорций добиваться желаемых функциональных свойств композитов. Кроме того, нынешние технологии позволяют готовым изделиям придать практически любую (даже очень сложную) конфигурацию.
