Особенности композитов

Однородные или, как их еще называют, гомогенные конструкционные материалы (к которым относятся и традиционные металлические сплавы) имеют значительный теоретический резерв в повышении своей прочности. Это значит, что прочность применяемых в настоящее время гомогенных конструкционных материалов теоретически может быть увеличена в несколько раз. Однако, техническая прочность этих материалов уже близка к предельно допустимой. Объясняется это тем, что разрушение материала под нагрузкой определяется величиной и количеством микроповреждений (дефектов) в материале. Устранить эти дефекты в гомогенном материале невозможно. В то же время, освободиться от них можно, если взять материал в виде тонкой нити (волокна). Чем тоньше волокно, тем меньше дефектов остается в его сечении. Для использования в конструкциях волокна необходимо заключить в матрицу с целью обеспечения работы волокон на сжатие, сдвиг, растяжение.

Характер разрушения волокнистых композиций при растяжении зависит от объемного содержания волокон и матрицы, а также от соотношения их деформаций до разрушения. Ориентация волокон также оказывает решающее влияние на механические свойство композиции.

Композиты имеют иной механизм усталостного разрушения при циклических нагрузках и обладают более высоким сопротивлением усталости, чем традиционные материалы. Значительно меньшая, чем у металлов, чувствительность композитов к концентрации напряжений и низкая скорость распространения в них трещин обеспечивают повышенную долговечность конструкций из этих материалов.

У деталей из полимерных композитов спектр собственных колебаний гораздо шире, чем у деталей из металлов. Если для алюминиевых, титановых сплавов и сталей спектры собственных частот колебаний близки к резонансным и отход от резонансного режима требует изменении геометрических размеров деталей, то для высокомодульных полимерных материалов это достигается в основном только изменением ориентации волокон в отдельных слоях. Применение композитов, в частности углепластиков, характерной особенностью которых является низкий температурный коэффициент линейного расширения, позволяет уменьшить термонапряжённость конструкции. Достоинства композитов связаны с имеющейся возможностью широкого варьирования практически всех свойств материала, что достигается путем подбора составляющих компонентов, их количественного соотношения, распределения и ориентации в объеме материала. Это позволяет получать конструкционные материалы многофункционального назначения зачастую с противоположными служебными свойствами.

Основные преимущества композитных материалов:

исключительно высокая удельная прочность и жесткость (в 2...3 раза превосходят металлы);

уникальные показатели сопротивления усталости (предел выносливости на разрыв близок к пределу прочности, стойкость к вибрационным и акустическим нагрузкам);

ликвидация так называемой избыточности " конструктивной массы", неизбежной в тонкостенных металлических конструкциях;

технологичность при создании крупногабаритных конструкций сложной аэродинамической формы;

повышение качества аэродинамической поверхности и жесткостных характеристик оболочек.