Композициялық материалдар

Композициялық материалдарға яки композиттерге талшықты, дисперсті беріктелген, қабатты материалдар жатады. Композиттер кәдімгі конструктивті материалдардың қасиеттерінен асып түсетін қасиеттерімен сипатталады.

Фанера

Сэндвич-панель

Композициялық материалдар

Жеңіл, берік және ұзақ тұратын бұйымдар мен конструкциялар алуға мүмкіндік береді, коррозия мен электромагнитті және радиациялық сәулеленуге төзімді, жеңіл жиналады және өзгереді, яғни құрылыста техникалық төңкеріс жасауға бейімді.

Композициялық материалдың негізі болып, полимерлер, органикалық тұтқырлар, күшейткіш дисперсті толтырғыштар танылады. Қазіргі заманғы композиялық материалдардағы толтырғыштарды, тек тұтқырдың ысырабын азайтатын және композиттің құрылысын беріктендіретін қоспа ғана емес, сонымен қатар жүйе құрылыстың пайда болуын басқаратын және материалдағы берілген қасиеттерді жобалауға мүмкіндік беретін компонент есебінде қаралады.

Композициялық материалдар бірнеше жүйе құрылыстық деңгейдегі бірінен кейін бірін ірілендіру мен жүйелік ұйымдастыруды түрлендіру приципі бойынша бөлінетін қырлары арқылы бір блокқа топтастырылған жүйе. Конгломератты көп құрылымды жүйе сияқты сипатта және осылайша ұйымдастыруды «блоктағы блок» немесе «құрылымдағы құрылым» деп атайды.

Дүниежүзілік масштабта композициялық материалдар ондірісі жылдан жылға осуде. Композициялық материалдар салыстырмалы төменгі тығыздықта бола тұра, жоғарғы беріктігімен сипатталады. Олардың қасиеттері, үлкен меншікті қырымен, әртүрлі құрылымдағы заттардың физика-химиялық қоспасындағы энергетикалық деңгейімен сипатталады.

Композициялық материалдардың салмағы, болатқа қарағанда 4—5 есе аз. Сондай бола тұра олардың беріктігі 25 есе көп болу мүмкін. Композициялық материал әртүрлі құрылымдағы заттардың физикалық, химиялық қоспаларынан пайда болған жаңа энергетикалық сападағы материал. Композициялық материалдың жоғарғы сапалы болуына басқа себеп — бастапқы шикізаттың үлкен меншікті қырлы болуында.

Дүниежүзілік масштабта жылдан-жылға композициялық материалдардың ондірісі ұлғаюда. Егер Батыс Еуропа мен АҚШ 1977 жылы әрқайсысы 350 мың тоннадан композициялык материалдар өндірген болса, осыдан 10 жылдан кейін, яғни 1986 жылы, осы көрсеткіш үш есе өсті. 2000—2005 жылдары композициялық материалдарға сұраныс 2,5—3 млн тонна құрауы мүмкін. Демек, композициялық материалға қарағанда оның қымбаттығына орай, болашақта болатқа деген сұраныс кілт азаяды.

Еуропалық елдерде басқа материалдармен салыстырғанда, композициялық материалдар 2—3 есе көп шығарылады. Композитті материалардың төзімділігі өзіне ұқсас материалдарға қарағанда 2—3 есе жоғары. Теориялық есеп бойынша 1 т композициялық материал 15-20 т болатты ауыстырады, ал іс жүзінде 1 т композитті материалдарды 4—5 т болаттың орнына қолдануға болады екен.

Композициялық материалдардың технологиясы мен қасиеттері

Композициялық материалдың құрамындағы әрбір компонент бастапқы қасиеттерін сақтайды. Композициялық материалдарға асбестцемент, ағаш талшықты плиталар, цементті-жаңқалы плиталар, шыны талшықты анизотропиялық материалдарды жатқызуға болады. Сондай-ақ композициялық материалдарға бетон, темірбетон, фибробетон және т.б. жатады. Қазіргі уақытта өте берікті жеңіл материалдарға сұраныс өсуде.

Халық шаруашылығының барлық салаларында шыныталшықты пластиктер молынан қолданылуда. Композициялық материалдарды машина — ұшақ — ракета жасау бағыттарында меңгеруде. Болашақта жаңа құрылыс материалдары туралы ғылым оларды қолданудың технологиясы мен ғылыми теория бағытында дамуы керек.

Сапалы композициялық құрылыс материалдарын алу үшін компоненттердің жоғарғы шьщамдылығы мен беріктігін, оның берікті желімделуін, матрицаның иілгіштігі мен қаттылықтың ең жогарғы дәрежесіне жетуін қамтамасыз ету қажет. Бір жағынан, композиттердің сапалы көрсеткіштерінің өзара байланыстығы, екінші жағынан, өзара байланыстықтың технологиялық параметрлері мен қирау механизмінің тәуелдігін зерттеу композициялық материалдың беріктігін өсіруші факторларды анықтауға мүмкіндік береді.

Композициялық материалдың беріктігін, матрицаның иілгіштігі мен қаттылығын қамтамасыз ететін көптеген әдістер бар.

Атап айтсақ, қаңқалы талшықты бағытта орнықтыру арқылы, композиттің беріктік көрсеткіштерін, майысқақтығын, температураға шыдамдылығын және басқа да қасиеттерін жақсартуға болады. Мұндай жағдайда композициялық материалдардың құрамын дұрыс есептеу керек және компоненттердің тиімді арақатынасын анықтаған жөн.

Талшықты композициялық материалдарды әртүрлі белгілерімен жіктеуге болады. Мысалы, қолданылатын шикізаттың түріне, каңқалаудың сипаттамасына, магрица материалының өзгешелігіне (полимерлі, темірлі, керамикалы, көміртекті), қаңқалайтын талшық түріне (шыныпластиктер, боропластиктер) және т.б. қарай.

Қаңқалайтын талшық, композициялық материалдар құрамында біркелкі тегіс қабатпен, өзара параллельді бағытта немесе ішкі себептерге байланысты және шатасып оралған, мысалы, тоқылатын арматура сияқты орналасуы мүмкін.

Композициялық материалдың қаңқалаушы құрастырушылары, тығыздық пен беріктікті қамтамасыз ететін материалдар, майда ұнтақталған ұнтақ, микроталшық түрінде болуы мүмкін. Майда ұнтақталған дисперсиялы толықтырғыштар барлық көлемге біркелкі таратылады.

Толтырғыштардың меншікті беттерінің өсуіне орай композициялық материалдың көлеміндегі толтырғыштың тиімді мөлшері де өседі.

Композиттердің беріктігі, қаттылығы, жылуға төзімділігі елеулі түрде матрицаның материалымен анықталады, яғни байланыстырғыштың түрімен айқындалады. Полимерлі, каучукты, битумды матрицалар материалдың беріктігі мен иілгіштігін қамтамасыз етеді.

Қирау процесінде материалда сызаттар пайда болады, олардың дамуына толықтырғыштардың бөлшектері кедергі жасайды. Сызаттың, энергиясының біразын толықтырғыш қасындағы байланыс жұтады. Мұндай жағдайда дамып өсіп келе жатқан сызат қисаяды, тармақталады, толықтырғыш бөлшектерінің төңірегіндегі қозғалу жолының өсуіне орай сызаттың тарау жылдамдығы бәсеңдейді. Көп жағдайда бұзылудың козі болатынын, байланыстырушымен бүркелмеген кішкене бөлшекті агрегаттар екенін білген жақсы. Материалдың ішкі жүйе құрылымын, компоненттердің әртүрлі термиялық ұлғаюынан пайда болған қалдықты кернеулер әлсіретеді. Осы кернеулердің көбі байланыстырғыш пен толтырғыштың жапсарларынан біраз қашықтықта топтанған. Майысу мен созылуға жұмыс істейтін композициялық материалдарды алу үшін, өзіне созылмалы кернеулерді қабылдайтын жоғарғы берікті талшықтарды қолданады. Талшықты композициялық материалдардың ішкі жүйе құрылымы ұнтақы толтырғыштар негізінде алынған композиттердің жүйелік құрылымынан елеулі түрде ерекшеленеді. Композиттің көлеміндегі ұнтақты толықтырғыштың үлесіне 15—25% тиеді. Осындай жағдайда толықтырғыш барлық көлемге біркелкі бөлініп түседі. Ал талшықтың көлемі композит көлемінің 75% алуы ықтимал. Қаңқаланған талшықты композициялық материалдар жоғарғы беріктігімен майысқақтығымен, тығыздығымен, әртүрлі температуралы жағдайларда қасиеттерінің сақталуымен, химиялық әсерлерге төзімділігімен ерекше көзге түседі.

Талшықты композициялық материалдарды алу үшін талшықты шыны, органикалық талшық, болат сым, жіптер, таспалар, торлар қолданылады. Композит құрамына енетін бөлшектердің атомдары мен молекулалары бірін-бірі теуіп алшақтамай, керісінше берік желімдеуді, талшықтар мен матрицаның бірігуін қамтамасыз етуі керек. Матрицаның жағдайы орбір құрамдағы компоненттің кернеулі деңгейімен байланысты, көрнеу мен деформация изотроптың және анизотроптық материалдарда деформациялық кернеудің өстері үйлесіп келеді, ал анизотроптық материалдарында дәл келмейді, яғни үйлеспейді. Атап айтқанда, сондықтан талшықтары тәртіппен орналасқан изотропты композициялық материалдардың иілгіштігі, шатасқан талшықты қаңқаланған анизотроптық материалдардың майысқақтығынан жоғары.

Әдебиет

1. СӘУЛЕТТІК МАТЕРИАЛТАНУ. Жоғары оқу орындарындағы сәулеттік және құрылыс мамандықтары студенттеріне арналған оқулық/Авт. А.Кулибаев,У. Бишімбаев,Е.Қасымов,Қ.Бисенов.