Техника - молодёжи 1988-10, страница 12
[ -ВЕХИ НТР- Материалы будущего— по древней технологии Татьяна АЛЕКС АН ДЕР, кандидат технических наук Иногда доводится слышать и читать, что новые композиционные материалы, в отличие от традиционных обладающие комплексом заданных свойств, появились сравнительно недавно, в нынешний период научно-технической революции. Необычные свойства, присущие композитам, открывают перед ними хорошие перспективы, и поэтому их нередко называют «материалом XXI века». При этом забывают, что их история насчитывает... несколько тысячелетий. В самом деле, с незапамятных времен строители ценили древесину, обладающую одновременно прочностью, гибкостью, низкой теплопроводностью, легко поддающуюся обработке. А на Востоке из полого и легкого бамбука умудрялись изготавливать стволы артиллерийских орудий. Европейские мастера из твердого, тяжелого, золотистого самшита выделывали подшипники, челноки для ткацких станков, шестерни. Только много позже ученые объяснили, что замечательные свойства древесины определяются тем, что в ней жесткие трубки целлюлозы соседствуют с пластичным лигнином. Другим древнейшим строительным материалом была глина, которую около 5 тыс. лет назад также превратили в композиционный материал, добавив в нее мелкие камни. Природную битумную смолу армировали, говоря современным языком, рубленой соломой. Около 3 тыс. лет назад древнеегипетские корабелы делали корпуса лодок из стеблей тростника, пропитанных тем же битумом, а жрецы бальзамировали тела фараонов, обматывая их тканями, обработанными смолами. Как пока 1ал опыт, лук, выполненный из нескольких слоев дерева или из де рева и кости, выходил лучше, чем сделанный обычным способом. В Средней Азии при постройке домов глину наносили на геометрический деревянный каркас — такие сооружения не страдали при землетрясениях. В общем, композиционные материалы появились не вчера. Только сегодня их элементы стали качественно иными. Обычно к композиционным относят материалы, состоящие из изотропного и армирующего составляющих. Физико-механические свойства конечного материала определяются характеристиками составляющих: варьируя их, можно заранее сообщать композиту требуемые качества. Например, прочность и гибкость, радиопрозрачность и радионепроницаемость, свойства проводника или изолятора. Делают это разными способами. Например, добавки графита или металлических порошков увеличивают электропроводность композитов; кварцевую пыль или слюду включают в изделия, которые будут подвергаться воздействию высокого напряжения. Детали насосов, перекачивающих жидкости твердыми частицами, упрочают литьевыми смолами с кварцевой пылью и карбидом кремния. Введение стекловолокна в прессуемые изделия сложного профиля делает те прочнее и невосприимчивее к перепадам температуры. Уже из этих примеров видно, почему композиционные материалы обладают более широким диапазоном свойств, нежели обычные. Скажем, прочность анизотропных композитов составляет 5 тыс. МПа н более, упругость угольных волокон достигает 60-104 МПа, теплопроводность армированных стеклопластиков — 0,4—0,9 Вт/мК. Напомним, что мы указали предельные значения, которые ничто не мешает менять, приноравливая к требованиям потенциальных заказчиков. Так, теплопроводность армиро- Схемы армирования композиционных материалов при прямоугольной укладке волокон: А — одно, В — двух- и Б — трехмерные структуры. ванных стеклопластиков, значение которой мы называли, такова, что к трубе из такого композита толщиной всего 2—5 мм можно надолго приложить руку, не опасаясь ожога, хотя внутри ее струится поток раскаленного газа. Для химически активных веществ созданы армированные пластмассы, причем детали из них можно уплотнять полностью или выборочно, науглероживая поверхностный слой. Известно, что многие конструкции и механизмы испытывают разнообразные, сосредоточенные и распределенные, постоянные и кратковременные нагрузки. Материал, переносящий их, получают, подбирая углы армирования, распределяя в композите внутренние слои, комбинируя способы плетения и методы намотки волокон. То есть оперируя всем многообразием структурно- 10 |
