какие требования предъявляют к композиционным материалам
Распечптки которые дают на лекциях / Требования к композиционным материалам
не оказывать вредного влияния на организм человека;
иметь высокую прочность;
быть стабильными, не растворяться в ротовой жидкости;
иметь коэффициент теплового расширения подобный твердым тканям чуба;
быть совместимыми с эмалью и дентином;
полироваться до гладкой поверхности;
быть полупрозрачными и цветоустойчивыми.
Классификация КМ в зависимости от размера частиц наполнителя R.Phillips, 1991
С малыми частицами наполнителя
Этапы пломбирования композиционными материалами химическою отверждении
I этап (подготовительный)
Гигиеническая чистка зуба;
Выбор цвета будущей пломбы;
Промывание дистиллированной водой.
Нанесение адгезива (бонда).
Наложение пломбы из композита (одномоментно).
Обработка пломбы, контроль окклюзии,
Финирование, полирование пломбы.
Аппликация фторсодержащих препаратов
Примеры композиционных материалов химического отверждения
Evicrol anterior (Spofa-Dental),
Evicrol posterior (Spofa-Dental),
Brilliant Compositics (Coltene)
Следует отметить, что главным недостатком, обнаруженным при изучение отдаленных результатов обычных (макрофильных композитов), оказалась шероховатость, которая возникает на поверхности пломбы в результате абразивного износа мягкой, полимерной матрицы.
Пломбы из макрофильных композитов имеют тенденцию к изменению цвета.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Композиционные материалы (КМ)
Классификация композиционных материалов
Компонент, непрерывный во всём объёме КМ, называется матрицей, прерывистый, разъединённый в объёме композиции,- арматурой или армирующим элементом. Понятие «армирующий» означает «введённый в материал с целью изменения его свойств» (не обязательно «упрочняющий»)[1].
В зависимости от геометрии армирующих элементов и их взаимного расположения КМ бывают изотропными или анизотропными.
Первые имеют одинаковые свойства во всех направлениях, свойства вторых зависят от направления. К макроскопически изотропным КМ относятся дисперсно-упрочнённые сплавы, псевдосплавы и хаотично армированные КМ; к анизотропным КМ-материалы, в которых волокна ориентированы в определённых направлениях. Хаотично армированные КМ упрочняются короткими(дискретными) частицами игольчатой формы (отрезками волокон или НК-так называемыми усами), ориентированными в пространстве случайным образом. При этом КМ получаются квазиизотропными, т.е. анизотропными в микрообъёмах, но изотропными в объёме всего изделия.
Ортотропные (ортогонально анизотропные) материалы характеризуются наличием в каждом элементарном объёме трёх взаимно перпендикулярных плоскостей симметрии свойств. К таким материалам относятся КМ, армированные последовательно чередующимися слоями волокон в двух взаимно перпендикулярных направлениях(рисунок 1.1) и тканями с продольно-поперёчной укладкой. 
Рисунок 1.1 – Схематическое изображение структуры ортотропного КМ, армированного чередующимися слоями в двух взаимно перпендикулярных направлениях
Рисунок 1.2 – Схема ориентации волокон в слоистых КМ со звёздной укладкой волокон в смежных слоях
К некоторым КМ понятие матрицы и арматуры неприменимо. К таким КМ относятся слоистые КМ, состоящие из чередующихся слоёв двух металлических сплавов, или псевдосплавы, имеющие каркасное строение.
Принцип классификации
Классифицируют КМ по следующим основным признакам: материалу матрицы и армирующих элементов, геометрии компонентов, структуре и расположению компонентов, методу получения. Иногда КМ разделяют по назначению, но так как одни и те же КМ могут иметь различное назначение, то этот принцип классификации используется редко.
Характеристика КМ по материалу матрицы и армирующихэлементов указывает на их природу. Название полимерных КМ состоит обычно из двух частей.
В соответствии с геометрией армирующих элементов (порошки или гранулы, волокна, пластины) КМ делятся на порошковые волокнистые и пластинчатые.
В соответствии с классификацией по методам получения КМ подразделяются на КМ, полученные жидко- или твёрдофазным методами, методами осаждения-напыления и комбинированными методами.
Волокна
Волокна используются в качестве арматуры КМ. Они должны обладать небольшой плотностью, высокой прочностью во всём интервале рабочих температур, технологичностью, минимальной растворимостью в матрице, высокой химической стойкостью, отсутствием фазовых превращений в зоне рабочих температур и быть нетоксичными при изготовлении и эксплуатации. Для армирования применяют НК (усы), металлическую проволоку, неорганический и органические волокна. НК имеют диаметр от долей микрометра до нескольких микрометров и длину от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Металлическую проволоку применяют обычно из сталей, вольфрама, молибдена, бериллия, титана, ниобия и других металлов и сплавов.
Матрица
Роль матрицы в армированных КМ заключается в придании изделию необходимой формы и создании монолитного материала. Объединяя в одно целое многочисленные волокна, матрица позволяет композиции воспринимать различного рода внешние нагрузки: растяжение( как в направлении армирования, так и перпендикулярно ему),сжатие, изгиб, сдвиг и др. В то же время матрица должна принимать участие в создании несущей способности композиции, обеспечивая передачу усилий на волокна. За счёт пластичной матрицы осуществляется также передача усилий от разрушенных или дискретных (коротких) волокон соседним волокнам и уменьшение концентрации напряжений вблизи различного рода дефектов. Матрица служит и защитным покрытием, предохраняющим волокна от механических повреждений и окисления.
Существуют матрицы на основе меди, алюминия, кобальта, магния, никеля, титана.
Требования к композиционным материалам
Композиционные пломбировочные материалы
Терминология
Разнообразие композиционных материалов требует от стоматолога владение терминологией в области материаловедения, что позволяет представить особенности современных материалов и обосновать их выбор.
Композиционный материал – термин, объединяющий разные группы материалов, предназначенных для восстановления твердых тканей зуба. Любой образец этого класса представляет собой комбинацию в определенных пропорциях основных (матрицы, неорганического наполнителя) и дополнительных компонентов. Разные сочетания компонентов определяют физические, химические, биологические и рабочие свойства композиционного материала.
Органическая матрица – одна из основных частей композиционного материала, представленная гидрофобными метакрилатами и образующая его каркас, в котором распределены остальные компоненты.
Гидрофобные метакрилаты – это органические малекулы разных типов, размера и веса. Основную часть составляют высокомолекулярные метакрилаты большого веса – Bis-GMA, UDMA, TEGDMA, EGDMA (и их модификации).
Неорганический наполнитель – это силанизированные частицы неорганического вещества разного типа и размера, равномерно распределенные в матрице. Выделяют следующие типы наполнителя с размером частиц [13]:
1) Макронаполнитель – 10-100 мкм.
2) Мидинаполнитель – 1-10 мкм.
3) Микронаполнитель – 0,1-1 мкм.
4) Нанонаполнитель – 0,01-0,1 мкм.
Большинство материалов содержат в своем составе разные наполнители, а в описании указывается средний размер частиц, что позволяет отнести материал к определенному классу. Размер частиц сказывается на полируемости и износоустойчивости материалов: чем больше размер частиц, тем хуже полируется поверхность материала и меньше его устойчивость к износу.
Композиционные материалы характеризуются наполненностью по весу и объему. Большинство композитов содержат от 50 до 80% наполнителя по весу и от 35 до 70% по объему. Выделяют низко-, средне- и высоконаполненные материалы. Наполненность композиционных материалов, в первую очередь, влияет на консистенцию и усадку, а также на оптические свойства, прочность и рентгеноконтрастность. Чем выше наполненность материала, тем меньше его усадка, выше прочность и рентгеноконтрастность, в то же время материал будет иметь более плотную консистенцию.
Силанизирующий агент – бифункциональная молекула, обеспечивающая интеграцию частиц наполнителя с органической матрицей.
Инициатор – химическое вещество, запускающее при определенном воздействии реакцию с образованием свободных радикалов, способствующих взаимосвязыванию компонентов матрицы в единую сеть. В светоактивируемых материалах применяются кампфорохинон, люцерин, фенилпропандион (РРD) и др., в химиоактивируемых материалах – четвертичные амины, перекись бензоила.
Стабилизаторы – химические вещества (метиловый эфир гидроквинона, гидрокситолуэн), препятствующие самопроизвольному взаимодействию компонентов композиционного материала и их преждевременной полимеризации под действием естественного света. Стабилизаторы определяют срок годности и максимальное время моделирования материала в клинических условиях.
Красители – неорганические химические вещества (как правило, оксиды титана и алюминия), содержание которых обеспечивает цветовое соответствие пломбировочного материала твердым тканям зуба.
Фторвыделяющий компонент. По данным ряда производителей их материалы содержат фтор в составе частиц неорганического наполнителя, что препятствует развитию вторичного кариеса.
Традиционные композиты – класс пломбировочных материалов, включающий несколько групп, общим признаком которых является органическая матрица из высоко молекулярных метакрилатов.
Микрофильный композит – композиционный материал, средний размер частиц наполнителя которого составляет 0,1-0,5 мкм.
Гибридный композит – композиционный материал, средний размер частиц наполнителя которого – 1-1,5 мкм.
Микрогибридный композит – разновидность гибридного композиционного материала, средний размер частиц наполнителя которого – 0,5-1 мкм.
Композит, модифицированный керамикой (керомер) – разновидность композиционного материала, в состав наполнителя которого введены частицы керамической массы.
Композит, модифицированный стеклоиономером (гиомер) – одна из последних модификаций композиционного материала, в состав которого внедрены частицы алюмофторсиликатного стекла – основного компонента порошка стеклоиономерных цементов.
Нанокомпозит – композиционный материал, у которого средний размер частиц около 0,5 мкм и до 20% частиц наполнителя размером менее 0,1 мкм. Эти материалы характеризуются высокой наполненностью вследствие модификации органической матрицы низкомолекулярными метакрилами с большим количеством свободных карбоксильных групп и уменьшения размера наполнителя.
Ормокер (органически модифицированная керамика) – класс пломбировочных материалов с модифицированной матрицей, представляющей собой комбинацию цепочек из неорганической двуокиси кремния и метакрилатов, и керамическим наполнителем. Благодаря высокой наполненности и новой матрице для ормокеров характерны значительная плотность и низкая усадка.
Полимеризационная усадка – эффект, возникающий при полимеризации любого композиционного материала. Величина усадки измеряется в процентах и показывает насколько материал изменяется от исходного уровня в объеме.
Тиксотропность материала – способность композиционного материала изменять свою консистенцию после механического воздействия (давления). Это физическое свойство характерно для текущих материалов, которые, имея в покое стабильную гелевую консистенцию, начинают течь после давления.
Унидоза (капсула или компьюла) – форма выпуска пломбировочного материала. Вместимость унидоз колеблется в пределах 0,2-1,0 г материала.
Ø Низкий риск передачи инфекции;
Ø Удобство в работе;
Ø Возможность прямой аппликации в кариозную полость с помощью пистолета.
Ø Большой расход материала из-за невозможности его полного извлечения из компьюлы.
Требования к композиционным материалам
Проблема поиска идеального пломбировочного материала до настоящего времени полностью не решена, что подтверждается большим количеством новых разработок в материаловедении. На создание нового материала и выход его на стоматологический рынок уходит в среднем 4-6 лет. На доклиническом этапе тщательно изучаются физические, химические, биологические свойства экспериментального образца на предмет соответствия принятым стандартам.
Перечень научно-обоснованных требований к классу «Композиционные материалы»:
Ø Универсальность, удобство и легкость в применении.
Ø Устойчивость к нагрузке.
Ø Биосовместимость – отсутствие раздражения пульпы и слизистой оболочки полости рта в ближайшие и отдаленные сроки.
Ø Физические и оптические свойства подобные твердым тканям зуба.
Ø Нерастворимость в ротовой жидкости.
Ø Длительный срок хранения.
Ø Отсутствие сенсибилизирующего действия на пациента и врача.
Историческая справка
Предшественниками композиционных материалов являлись быстротвердеющие акриловые пластмассы, появившиеся в стоматологической практике с 1939 года за рубежом и с 1952 года в нашей стране. Они обладали способностью полимеризоваться при невысоких температурах в короткий период времени.
Однако они имели н е д о с т а т к и:
1) большая полимеризационная усадка до 20%;
2) высокий коэффициент теплового расширения;
3) низкая механическая прочность;
4) невысокие эстетические свойства.
Последующие материалы были разработаны на основе эпоксидных смол (акрилоксид, карбодент). Они обладали несколько лучшей адгезией, меньшей усадкой. Но не имеют высоких клинических характеристик.
Следующим этапом было создание продукта соединения акриловой и эпоксидной смолы. Впервые такую смолу синтезировал в 1958 году доктор Rafael L. Bowen. Она получила название «Bis-GMA».
Добавление к этой основе силанизированной кварцевой муки позволило в 1962 году Bowen получить новый вид пломбировочного материала – композиционные материалы.
Композиционные материалы разработаны американским доктором Bowen. Термин «композиты» или «композиционные материалы» предложил также Bowen с соавторами в 1972 г.
Первые композиционные материалы были представлены на стоматологический рынок компанией «ЗМ» в 1964 году. Это были композиты химического отверждения. Они имели лучшие эстетические свойства, чем другие, но высокая степень изнашивания, изменение цвета и плохая связь с тканями зуба ограничивали их клиническое применение.
Работы по совершенствованию композиционных материалов привели к появлению адгезивных систем, обеспечивающих прочную микромеханическую связь с эмалью и дентином.
В начале 80-х годов развитие композиционных материалов шло по двум направлениям:
-создавались материалы для передних зубов, с хорошими эстетическими свойствами;
-материалы для жевательных зубов, от которых требовалось в первую очередь высокая прочность.
Композиты – это сложные материалы с большим количеством ингредиентов, которые вводятся (в определённой последовательности) или должны строго соответствовать, и по массе своей должны содержать не менее 50% неорганического наполнителя, химически связанных с органической матрицей с образованием прочного, окрашенного по цвету зуба материала.
Согласно международному стандарту (ISO) основными признаками композитов являются:
Композиционные материалы
1. Композиционные или композитные материалы – материалы будущего.
После того как современная физика металлов подробно разъяснила нам причины их пластичности, прочности и ее увеличения, началась интенсивная систематическая разработка новых материалов. Это приведет, вероятно, уже в вообразимом будущем к созданию материалов с прочностью, во много разпревышающей ее значения у обычных сегодня сплавов. При этом большое внимание будет уделяться уже известным механизмам закалки стали и старения алюминиевых сплавов, комбинациям этих известных механизмов с процессами формирования и многочисленными возможностями создания комбинированных материалов. Два перспективных пути открывают комбинированные материалы, усиленные либо волокнами, либо диспергированными твердыми частицами. Упервых в неорганическую металлическую или органическую полимерную матрицу введены тончайшие высокопрочные волокна из стекла, углерода, бора, бериллия, стали или нитевидные монокристаллы. В результате такого комбинирования максимальная прочность сочетается с высоким модулем упругости и небольшой плотностью. Именно такими материалами будущего являются композиционные материалы.
Композиционный материал – конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы ввиде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала. Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно получать композиционные материалы с требуемымизначениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.
2. Типы композиционных материалов.
2.1. Композиционные материалы с металлической матрицей.
Композитные материалы или композиционные материалы состоят из металлической матрицы (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы). Металлическая матрица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое. Волокно (дисперсные частицы) плюс связка (матрица), составляющие ту или иную композицию, получили название композиционные материалы.
2.2. Композиционные материалы с неметаллической матрицей.
Композиционные материалы с неметаллической матрицей нашли широкое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиамидная.
Угольные матрицы коксованные или пироуглеродные получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает композицию, придавая ейформу. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов,нитридов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.
Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов,их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними.
Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.
Содержание упрочнителя в ориентированных материалах составляет 60-80 об. %, в неориентированных (с дискретными волокнами и нитевидными кристаллами) – 20-30 об. %. Чем выше прочность и модуль упругости волокон,тем выше прочность и жесткость композиционного материала. Свойства матрицы определяют прочность композиции при сдвиги и сжатии и сопротивление усталостному разрушению.
По виду упрочнителя композитные материалы классифицируют настекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, бороволокниты иоргановолокниты.
В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладываются параллельно друг другу в плоскости укладки. Плоские слоисобираются в пластины. Свойства получаются анизотропными. Для работыматериала в изделии важно учитывать направление действующих нагрузок. Можносоздать материалы как с изотропными, так и с анизотропными свойствами.
Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства композиционных материалов. От порядка укладки слоев по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала.
Применяется укладка упрочнителей из трех, четырех и более нитей.
Наибольшее применение имеет структура из трех взаимно перпендикулярных нитей. Упрочнители могут располагаться в осевом, радиальном и окружном направлениях.
Трехмерные материалы могут быть любой толщины в виде блоков, цилиндров. Объемные ткани увеличивают прочность на отрыв и сопротивлениесдвигу по сравнению со слоистыми. Система из четырех нитей строится путем разложения упрочнителя по диагоналям куба. Структура из четырех нитей равновесна, имеет повышенную жесткость при сдвиге в главных плоскостях.
Однако создание четырехнаправленных материалов сложнее, чем трех направленных.
3. Классификация композиционных материалов.
3.1. Волокнистые композиционные материалы.
Часто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон. Каждый слой можно армировать также непрерывными волокнами, сотканными в ткань, которая представляет собой исходную форму,по ширине и длине соответствующую конечному материалу. Нередко волокна сплетают в трехмерные структуры.
Композитые материалы отличаются от обычных сплавов более высокими значениями временного сопротивления и предела выносливости (на 50 – 10 %), модуля упругости, коэффициента жесткости и пониженной склонностью к трещинообразованию. Применение композиционных материалов повышает жесткость конструкции при одновременном снижении ее металлоемкости.
Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости волокондолжны быть значительно больше, чем прочность и модуль упругости матрицы.
Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.
Для упрочнения алюминия, магния и их сплавов применяют борные, а также волокна из тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и оксидов), имеющих высокие прочность и модульупругости. Нередко используют в качестве волокон проволоку из высокопрочных сталей.
Для армирования титана и его сплавов применяют молибденовую проволоку, волокна сапфира, карбида кремния и борида титана.
Повышение жаропрочности никелевых сплавов достигается армированием их вольфрамовой или молибденовой проволокой. Металлические волокна используют и в тех случаях, когда требуются высокие теплопроводность и электропроводимость. Перспективными упрочнителями для высокопрочных ивысокомодульных волокнистых композиционных материалов являются нитевидные кристаллы из оксида и нитрида алюминия, карбида и нитрида кремния, карбидабора и др.
Композиционные материалы на металлической основе обладают высокойпрочностью и жаропрочностью, в то же время они малопластичны. Однако волокна в композиционных материалах уменьшают скорость распространения трещин, зарождающихся в матрице, и практически полностью исчезает внезапное хрупкое разрушение. Отличительной особенностью волокнистых одноосных композиционных материалов являются анизотропия механических свойств вдоль и поперек волокон и малая чувствительность кконцентраторам напряжения.
Анизотропия свойств волокнистых композиционных материалов учитывается при конструировании деталей для оптимизации свойств путем согласования поля сопротивления с полями напряжения.
Армирование алюминиевых, магниевых и титановых сплавов непрерывными тугоплавкими волокнами бора, карбида кремния, доборида титана и оксида алюминия значительно повышает жаропрочность. Особенностью композиционных материалов является малая скорость разупрочнения во времени с повышением температуры.
Основным недостатком композиционных материалов с одно и двумерным армированием является низкое сопротивление межслойному сдвигу и поперечному обрыву. Этого лишены материалы с объемным армированием.
3.2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы.
В отличие от волокнистых композиционных материалов в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом,несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций.
Высокая прочность достигается при размере частиц 10-500 нм при среднем расстоянии между ними 100-500нм и равномерном распределении их в матрице.
Прочность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности. Оптимальное содержание второй фазы для различных металлов неодинаково, но обычно не превышает 5-10 об. %.
Использование в качестве упрочняющих фаз стабильных тугоплавких соединений (оксиды тория, гафния, иттрия, сложные соединения оксидов иредкоземельных металлов), нерастворяющихся в матричном металле, позволяетсохранить высокую прочность материала до 0,9-0,95 Т [pic]. В связи с этимтакие материалы чаще применяют как жаропрочные. Дисперсно-упрочненныекомпозиционные материалы могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.
Наиболее широко используют сплавы на основе алюминия – САП(спеченный алюминиевый порошок).
Плотность этих материалов равна плотности алюминия, они не уступают ему покоррозионной стойкости и даже могут заменять титан и коррозионно-стойкиестали при работе в интервале температур 250-500 °С. По длительной прочности они превосходят деформируемые алюминиевые сплавы. Длительная прочность для сплавов САП-1 и САП-2 при 500 °С составляет 45-55 МПа.
Большие перспективы у никелевых дисперсно-упрочненных материалов.
Наиболее высокую жаропрочность имеют сплавы на основе никеля с 2-3 об. % двуоксида тория или двуоксида гафния. Матрица этих сплавов обычно твердыйраствор Ni + 20 % Cr, Ni + 15 % Mo, Ni + 20 % Cr и Mo. Широкое применениеполучили сплавы ВДУ-1 (никель, упрочненный двуокисью тория), ВДУ-2 (никель,упрочненный двуокисью гафния) и ВД-3 (матрица Ni +20 % Cr, упрочненная окисью тория). Эти сплавы обладают высокой жаропрочностью. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы, так же как волокнистые, стойки к разупрочнению с повышением температуры и длительностивыдержки при данной температуре.
Стекловолокниты – это композиция, состоящая из синтетической смолы, являющейся связующим, и стекловолокнистого наполнителя. В качественаполнителя применяют непрерывное или короткое стекловолокно. Прочность стекловолокна резко возрастает с уменьшением его диаметра (вследствиевлияния неоднородностей и трещин, возникающих в толстых сечениях). Свойства стекловолокна зависят также от содержания в его составе щелочи; лучшие показатели у бесщелочных стекол алюмоборосиликатногосостава.
Неориентированные стекловолокниты содержат в качестве наполнителя короткое волокно. Это позволяет прессовать детали сложной формы, сметаллической арматурой. Материал получается с изотопными прочностными характеристиками, намного более высокими, чем у пресс-порошков и дажеволокнитов. Представителями такого материала являются стекловолокниты АГ-4В, а также ДСВ (дозирующиеся стекловолокниты), которые применяют дляизготовления силовых электротехнических деталей, деталей машиностроения (золотники, уплотнения насосов и т. д.). При использовании в качествесвязующего непредельных полиэфиров получают премиксы ПСК (пастообразные) и препреги АП и ППМ (на основе стеклянного мата). Препреги можно применять для крупногабаритных изделий простых форм (кузова автомашин, лодки, корпусаприборов и т. п.).
Ориентированные стекловолокниты имеют наполнитель в виде длинных волокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями и тщательносклеивающихся связующим. Это обеспечивает более высокую прочность стеклопластика.
Стекловолокниты могут работать при температурах от –60 до 200 °С, атакже в тропических условиях, выдерживать большие инерционные перегрузки.
При старении в течение двух лет коэффициент старения К = 0,5-0,7.
Ионизирующие излучения мало влияют на их механические и электрические свойства. Из них изготовляют детали высокой прочности, с арматурой и резьбой.
Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции,состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей в видеуглеродных волокон (карбоволокон).
Высокая энергия связи С-С углеродных волокон позволяет им сохранить прочность при очень высоких температурах (в нейтральной и восстановительнойсредах до 2200 °С), а также при низких температурах. От окисления поверхности волокна предохраняют защитными покрытиями (пиролитическими). В отличие от стеклянных волокон карбоволокна плохо смачиваются связующим
(низкая поверхностная энергия), поэтому их подвергают травлению. При этом увеличивается степень активирования углеродных волокон по содержаниюкарбоксильной группы на их поверхности. Межслойная прочность при сдвиге углепластиков увеличивается в 1,6-2,5 раза. Применяется вискеризациянитевидных кристаллов TiO[pic], AlN и Si[pic]N[pic], что дает увеличениемежслойной жесткости в 2 раза и прочности в 2,8 раза. Применяются пространственно армированные структуры.
Связующими служат синтетические полимеры (полимерные карбоволокниты); синтетические полимеры, подвергнутые пиролизу (коксованные карбоволокниты); пиролитический углерод (пироуглеродные карбоволокниты).
Эпоксифенольные карбоволокниты КМУ-1л, упрочненные углероднойлентой, и КМУ-1у на жгуте, висскеризованном нитевидными кристаллами, могут длительно работать при температуре до 200 °С.
Карбоволокниты КМУ-3 и КМУ-2л получают наэпоксианилиноформальдегидном связующем, их можно эксплуатировать притемпературе до 100 °С, они наиболее технологичны. Карбоволокниты КМУ-2 и
КМУ-2л на основе полиимидного связующего можно применять при температуре до
300 °С.
Карбоволокниты отличаются высоким статистическим и динамическимсопротивлением усталости, сохраняют это свойство при нормальной и оченьнизкой температуре (высокая теплопроводность волокна предотвращаетсаморазогрев материала за счет внутреннего трения). Они водо- и химическистойкие. После воздействия на воздухе рентгеновского излучения [pic] и Епочти не изменяются.
Карбостекловолокниты содержат наряду с угольными стеклянныеволокна, что удешевляет материал.
3.5. Карбоволокниты с углеродной матриццей.
Коксованные материалы получают из обычных полимерныхкарбоволокнитов, подвергнутых пиролизу в инертной или восстановительнойатмосфере. При температуре 800-1500 °С образуются карбонизированные, при 2500-3000 °С графитированные карбоволокниты. Для получения пироуглеродныхматериалов упрочнитель выкладывается по форме изделия и помещается в печь,в которую пропускается газообразный углеводород (метан). При определенномрежиме (температуре 1100 °С и остаточном давлении 2660 Па) метанразлагается и образующийся пиролитический углерод осаждается на волокнахупрочнителя, связывая их.
Образующийся при пиролизе связующего кокс имеет высокую прочностьсцепления с углеродным волокном. В связи с этим композиционный материалобладает высокими механическими и абляционными свойствами, стойкостью ктермическому удару.
Карбоволокнит с углеродной матрицей типа КУП-ВМ по значениямпрочности и ударной вязкости в 5-10 раз превосходит специальные графиты;при нагреве в инертной атмосфере и вакууме он сохраняет прочность до 2200
°С, на воздухе окисляется при 450 °С и требует защитного покрытия.
Коэффициент трения одного карбоволокнита с углеродной матрицей по другомувысок (0,35-0,45), а износ мал (0,7-1 мкм на тормажение).
Бороволокниты представляют собой композиции из полимерногосвязующего и упрочнителя – борных волокон.
Бороволокниты отличаются высокой прочностью при сжатии, сдвиге исрезе, низкой ползучестью, высокими твердостью и модулем упругости,теплопроводностью и электропроводимостью. Ячеистая микроструктура борныхволокон обеспечивает высокую прочность при сдвиге на границе раздела сматрицей.
Помимо непрерывного борного волокна применяют комплексныеборостеклониты, в которых несколько параллельных борных волокон оплетаютсястеклонитью, предающей формоустойчивость. Применение боростеклонитейоблегчает технологический процесс изготовления материала.
В качестве матриц для получения боровлокнитов используютмодифицированные эпоксидные и полиимидные связующие. Бороволокниты КМБ-1 и
КМБ-1к предназначены для длительной работы при температуре 200 °С; КМБ-3 и КМБ-3к не требуют высокого давления при переработке и могут работать притемпературе не свыше 100 °С; КМБ-2к работоспособен при 300 °С.
Бороволокниты обладают высокими сопротивлениями усталости, онистойки к воздействию радиации, воды, органических растворителей и горючесмазочных материалов.
Органоволокниты представляют собой композиционные материалы,состоящие из полимерного связующего и упрочнителей (наполнителей) в видесинтетических волокон. Такие материалы обладают малой массой, сравнительновысокими удельной прочностью и жесткостью, стабильны при действиизнакопеременных нагрузок и резкой смене температуры. Для синтетическихволокон потери прочности при текстильной переработке небольшие; онималочувствительны к повреждениям.
К органоволокнитах значения модуля упругости и температурныхкоэффициентов линейного расширения упрочнителя и связующего близки.
Происходит диффузия компонентов связующего в волокно и химическоевзаимодействие между ними. Структура материала бездефектна. Пористось непревышает 1-3 % (в других материалах 10-20 %). Отсюда стабильностьмеханических свойств органоволокнитов при резком перепаде температур,действии ударных и циклических нагрузок. Ударная вязкость высокая (400-700кДж/мІ). Недостатком этих материалов является сравнительно низкая прочностьпри сжатии и высокая ползучесть (особенно для эластичных волокон).
Органоволокниты устойчивы в агрессивных средах и во влажномтропическом климате; диэлектрические свойства высокие, а теплопроводностьнизкая. Большинство органоволокнитов может длительно работать притемпературе 100-150 °С, а на основе полиимидного связующего иполиоксадиазольных волокон – при температуре 200-300 °С.
В комбинированных материалах наряду с синтетическими волокнамиприменяют минеральные (стеклянные, карбоволокна и бороволокна). Такиематериалы обладают большей прочностью и жесткостью.
4. Экономическая эффективность применения композиционных материалов.
Области применения композиционных материалов не ограничены. Ониприменяются в авиации для высоконагруженных деталей самолетов (обшивки,лонжеронов, нервюр, панелей и т. д.) и двигателей (лопаток компрессора итурбины и т. д.), в космической технике для узлов силовых конструкцийаппаратов, подвергающихся нагреву, для элементов жесткости, панелей, в автомобилестроении для облегчения кузовов, рессор, рам, панелей кузовов,бамперов и т. д., в горной промышленности (буровой инструмент, деталикомбайнов и т. д.), в гражданском строительстве (пролеты мостов, элементысборных конструкций высотных сооружений и т. д.) и в других областяхнародного хозяйства.
Применение композиционных материалов обеспечивает новыйкачественный скачек в увеличении мощности двигателей, энергетических итранспортных установок, уменьшении массы машин и приборов.
Технология получения полуфабрикатов и изделий из композиционныхматериалов достаточно хорошо отработана.
Композитные материалы с неметаллической матрицей, а именнополимерные карбоволокниты используют в судо- и автомобилестроении (кузовагоночных машин, шасси, гребные винты); из них изготовляют подшипники,панели отопления, спортивный инвентарь, части ЭВМ. Высокомодульныекарбоволокниты применяют для изготовления деталей авиационной техники,аппаратуры для химической промышленности, в рентгеновском оборудовании идругом.
Карбоволокниты с углеродной матрицей заменяют различные типыграфитов. Они применяются для тепловой защиты, дисков авиационных тормозов,химически стойкой аппаратуры.
Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космическойтехнике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов итрансмиссионные валы вертолетов и т. д.).
Органоволокниты применяют в качестве изоляционного иконструкционного материала в электрорадиопромышленности, авиационнойтехнике, автостроении; из них изготовляют трубы, емкости для реактивов,покрытия корпусов судов и другое.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий