Композиционный материал
Композиционный материал позволяет повысить прочность композиционных материалов. Наполнитель, являющийся упрочняющим и армирующим компонентом состоит из волокон круглых в сечении различных не менее двух диаметров, при таком соотношении диаметров и количества волокон различной толщины, которые обеспечивают наиболее плотную упаковку волокон.
Полезная модель относится к области материаловедения в частности к композиционным материалам, состоящим их двух или более компонентов, один из которых обладающий непрерывностью по всему объему называется матрицей, а второй компонент, прерывный, разделенный в объеме композиции является упрочняющим или армирующим.
Известен композиционный материал под общим названием «волокнистый композит», в котором высокопрочное волокно, обеспечивающее жесткость и прочность материала, равномерно и беспорядочно распределено в пластичной матрице, причем объемная доля волокна достигает 75% («Строительные материалы» В.Г.Микульский и др. Издательство Ассоциации строительных ВУЗов, Москва, 2000, с.60)
Недостатком указанного материала является ограниченная прочность. Наиболее близким прототипным является композиционный материал, армированный не отдельными волокнами, а стеклотканью или другой тканью из неорганических высокопрочных волокон. Содержание волокна в таких материалах достигает 90° («Строительные материалы» В.Г.Микульский и др. Издательство Ассоциации строительных ВУЗов, Москва, 2000, с.60-62)
Недостатком указанного композиционного материала также является ограниченная прочность не удовлетворяющая потребностям новейшей техники.
Задачей полезной модели является повышение прочности композиционного материала, содержащего в качестве упрочняющего, армирующего компонента волокно.
Поставленная задача решается применением в качестве наполнителя набора волокон двух или более различных диаметров и в таком соотношении размеров диаметров и количеств волокон различной толщины, которые обеспечивают наиболее плотную упаковку волокон.
На фиг.1 (срез перпендикулярный волокнам) - один из вариантов плотной упаковки волокон различной толщины.
Фиг.2. - второй вариант плотной упаковки волокон различной толщины.
В этом варианте (фиг.1) центры окружностей среза круглых волокон расположены в вершинах квадрата. Окружности 1 касаются друг друга волокна второго по величине диаметра с окружностью - 2 расположены между четырьмя волокнами с размером окружности 1.
Волокна третьего размера с окружностью 3, фиг.1 расположены между двумя волокнами с окружностью 1, фиг.1 м плоскостью поверхности композиционного материала.
Волокна четвертого размера с окружностью 4, фиг.1, расположены между двумя волокнами с окружностями 1, фиг.1, и волокнами с окружностью 2.
Волокна пятого по толщине размера с окружностью 5 фиг.1, расположены между волокнами с окружностями 1 и 3 и плоскостью поверхности материала.
Можно также предусмотреть волокна шестого по толщине размера с окружностями 6, показанной на фиг.1. Матрица обозначена позицией 7.
Реализация приведенной упаковки волокон различной толщины позволяет поднять объемную процентную долю высокопрочного волокна в композиционном материале до 95-98%. И соответственно увеличить прочность композиционного материала, снизить деформацию, а так же улучшить другие параметры готового материала за счет придания ему свойств характерных для волокна применяемого типа.
Плотная упаковка круглых волокон может быть осуществлена и по другому типу. Например по варианту, указанному на фиг.2.
По этому варианту центры окружностей волокно наибольшего диаметра 1 располагаются в вершинах равностороннего треугольника.
Расположение волокон уменьшенного диаметра с окружностями 2, 3, 4, 5, 6 показаны на рисунке фиг.2. под позицией 7 обозначена матрица. Объемная доля круглого высокопрочного волокна по данному варианту
также составляет 95-98%. Материалы с выше приведенным ориентированным в одном направлении расположением волокон обладает анизотропией.
Для полной или частичной ликвидации анизотропии одноосный анизотропный листовой материал склеивают в два или более слоев, располагая отдельные листы таким образом, чтобы волокна соседних листов составляли угол 90° (или другой угол)
Волокна различной толщины могут быть сгруппированы в монолит как немедленно после изготовления (например в производстве стекловолокна из расплава) так и при размотке бобин с волокнами различной толщины.
Волокна для предложенного композиционного материала могут быть стеклянными, углеродными, а также стальными, Карцевыми, корундовыми и другими.
Внедрение предложенной полезной модели позволит решить ряд технических задач машиностроения в частности снизить массу ряда деталей, что имеет важное значение в самолетостроении и т.д.
Композиционный материал, содержащий волокнистый наполнитель, являющийся армирующим и упрочняющим компонентом и состоящий из волокон круглых в сечении с матрицей в виде полимера, металла, керамики, отличающийся тем, что в качестве заполнителя использован набор волокон двух различных и более чем двух диаметров и в таком соотношении размеров диаметров, и количеств волокон различной толщины, которые обеспечивают наиболее плотную упаковку волокон.
