Что такое композиционные материалы ?

Слоистые композиционные материалы (композиты)

В природе существует большое количество различных твердых и мягких слоистых субстанций: древесина, раковины, панцири, рога, скорлупы, жемчуг,  кожа, сланцы, слюды и т.д. Часто они обладают превосходными физическими и декоративными свойствами  и с глубокой древности используются человеком в хозяйственных и художественных целях.  
 
К слоистыми композитами  ( англ. LCM - Laminated composite materials ) относят композиционные материалы, у которых входящие в композицию элементы выполнены в виде слоев. 
 
Первыми высокотехнологичными слоистыми композитами  можно считать древние стальные изделия, производившиеся методом кузнечной сварки из различных сортов железа. Давнюю историю имеют слоистые кровельные материалы на основе дегтей и природных смол. В 13 веке в Венеции начали производить стеклянные зеркала, покрытые оловянной амальгамой.  Во Франции с 16 века начато изготовление разнообразных издели из папье-маше.  Первая промышленная революция 19 века ввела в употребление клееную фанеру и различные виды картона.  
 
Современные слоистые композиты составляются из природных материалов, металлов, сплавов, пластических масс, керамики, искусственных волокон и т. д.  В развитии слоистых композитов важную роль сыграло  изобретение и внедрение синтетических полимеров (смол):

• реактопластов (фенопласты - фенолформальдегидные или фенольные; аминопласты - меламино- и мочевиноформальдегидные; эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические, полиимидные и др. полимерные связующие).
• термопластов (полиолефины, алифатические и ароматические полиамиды, полисульфоны, фторопласты и др.).

Конкретная конструкция слоистого  композита зависит в первую очередь  от целей, которые ставит перед собой  разработчик. 

 
Некоторые слоистые композиты  состоят из одинаковых повторяющихся слоев, другие - составляются из совершенно  разных. 

 
 
 
Отдельные слои, входящие в состав композита, могут иметь непрерывную или  дискретную (чешуйчатую) структуры  и различную пространственную ориентацию. 
 
Справедливо считается, что этим композитам присуща высокая изгибная прочность. Но это не единственное их достоинство. Слоистая конструкция  создает исключительно богатые возможности для создания  материалов с  разнообразными сочетаниями технологических, декоративных,  механических, теплофизических, электрических, оптических, химических и др. свойств, в которых -  каждый слой имеет свою специальную функцию или даже несколько функций.  
 
Отдельные материалы в слоистых композитах объединяются в единое целое в ходе полимеризации, склеивания, пайки или сварки. В технологиях получения слоистых структур используют самые разнообразные технологические процессы: налив, набрызг, осаждение, напыление, спекание, литье под давлением, экструзия, пултрузия, прокатка, намотка, выращивание, вспенивание и т.д.   
 
Слоистые композиты производятся как в виде плоских листов или панелей, так и в виде изделий сложных геометрических форм. Тонкие слоистые композиционные материалы могут производиться в рулонном виде. 
 
В силу принципиального многообразия слоистых композитов построить их стройную классификацию  довольно затруднительно.  Для иллюстрации свойств и возможностей этой группы композитов ниже приведен  краткий перечень некоторых распространенных слоистых композиционных материалов. 
 
   Гетинакс 
 
(англ. paper-based laminate) представляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный из нескольких слоев бумаги, пропитанной фенолоформальдегидной или эпоксидной смолой. Гетинакс применяется в качестве конструкционного и электроизоляционного материала.  
 
   Гипсокартон 
 
( англ. plasterboard) - популярный легкий строительный материал, применяемый для облицовки стен и потолков. Гипсокартон состоит из слоя гипса и двух слоев специального картона. Поставляется в виде гипсокартонных листов  толщиной до 24 мм.  
 
   Декоративные бумажно-слоистые пластики (ДБСП) 
 
(англ. НPL - High Pressure Laminate), получают горячим прессованиемспециальных бумаг, пропитанных синтетическими термореактивными связующими. Для пропитки декоративных слоев и защитного слоя (оверлея) применяют аминоформальдегидные смолы, а для внутренних слоев – фенолоформальдегидные смолы.  Материал характеризуется разнообразными декоративными свойствами, обладает хорошей твердостью, стойкостью к износу, царапанию, ударам, кипячению в воде, бытовым загрязнителям, теплу. ДБСП используют для облицовывания  мебельных деталей, стеновых панелей, в качестве напольных покрытий и т.п. элементов. 
 
Пропитка декоративных (лицевых) и внутренних слоев пластика смолами осуществляется при помощи специальных автоматических пропиточных линий. 
 
Подробнее о декоративных слоистых пластиках см. специальную статью. 
 
   Древесно-слоистый пластик (ДСП) 
 
Древесно-слоистый пластик (англ. wood laminate) производится прессованием пакета из  листов натурального деревянного шпона, предварительно пропитанного термореактивными синтетическими смолами. Оно осуществляется в горячих плоских прессах под высоким давлением. ДСП представляет собой высокопрочный универсальный конструкционный материал используемый в различных областях техники, включая тяжелое машиностроение. 
 
   Древесностружечные плиты из ориентированной стружки (OSB) 
 
известные нам по английской аббревиатуре OSB (oriented strand board) изготавливаются методом плоского прессования из специальной крупноразмерной  древесной стружки. В настоящее время они считаются основной альтернативой клееной фанере, т.к. не требуют для производства дефицитного фанерного сырья. Из аналогичных стружек изготавливаются высокопрочные клееные балки (OSL - oriented strand lumber). Производство  плит типа OSB предполагается освоить в России в 2009-2010 г.г. 
 
    
Искусственные кожи  
 
(artificial leather) широкий круг композиционных полимерных материалов, применяемых для изготовления обуви, одежды, головных уборов, галантерейных изделий и изделий технического назначения.   
По характеру производства различают мягкие искусственные и синтетические кожи, синтетические материалы для низа обуви, искусственные жесткие кожи. По назначению выделяют галантерейные, обувные, одежные, обивочные, декоративно-хозяйственные, технические, переплетные материалы и клеенку. По виду основного   полимера различают кожи на основе ПУ, ПВХ, ПА, нитроцеллюлозы (НЦ), термоэластопластов (ТЭП), каучуков или их смесей. По строению и структуре они могут быть пористыми, монолитными и пористо-монолитными, одно- и многослойными, безосновными и на волокнистой основе, армированными и т.п. По условиям эксплуатации искусственные кожи можно разделить на обычные, морозо-, тропико-, огне-, кислото-, щелоче-, водо-, жиро-, масло-, озоно-, бензо-, термо- и раздиростойкие, виброгасящие, шумозащитные, электропроводящие, антистатические и т.д 
 
   Клееная фанера  
 
Фанера (англ. plywood) производится путем склеивания листов натурального деревянного шпона толщиной 0,8 - 3, преимущественного лущеного, в горячих плоских прессах. Фанера является универсальным конструкционным материалом, используемым в самых различных областях. В  мебельном производстве имеют важное значение плоскокленые  элементы, получаемые в плоских прессах и гнутоклееные - получаемые в фасонных прессформах. Для строительных целей используются  высокопрочные фанерные балки. 
 
При изготовления декоративной фанеры в качестве наружных слоев используют высококачественный строганый шпон или декоративные синтетические материалы (пленки). Последние имеют также отличные защитные свойства. В бакелитовой фанере в качестве полимерной матрицы используют готовые бакелитовые пленки, получаемые на основе бумаг, пропитанных бакелитовыми (фенолоформальдегидными) смолами. 
Ламинированная фанера, облицованная бумажными пленками на основе термореактивных полимеров,  обладает улучшенными физико-химическими свойствами. Она используется, например, в качестве многоразовой опалубки в производстве бетонных работ, при изготовлении железнодорожных контейнеров и т.п. 
 
   Металлопласты 
 
 Металлопласт (англ. metal-based laminate) листовой конструкционный материал, состоящий из листового металла и полимерной плёнки, нанесенной с одной или двух сторон. Толщина металла (сталь, алюминий и его сплавы, титан и др.)обычно 0,3—1,2 мм, полимерной плёнки 0,05—1 мм. Плёнка может быть из фторопластов, пластифицированного и др. полимеров. Металлопласт получают путём нанесения на полосу заранее изготовленной плёнки, погружением полосы в расплав полимера, нанесением полимерной пасты или напылением полимера в порошкообразном состоянии. Покрытие может быть одно- или многоцветным, гладким или рельефным, имитировать ценные породы дерева, мрамор и др. материалы. Металлопласт не расслаивается в процессе деформации металла при штамповке или вырубке. Изделия не нуждаются в антикоррозионной защите и декоративной отделке. 
 
Металлопласты применяют в качестве кровельных материалов, для отделки зданий, перил балконов, в качестве водосточных желобов, внутренней обшивки стен, для изготовления дверных и оконных рам, корпусов автомобилей, холодильников, стиральных машин, радиоприёмников, телевизоров, тары для хранения агрессивных материалов, для внутренней отделки салонов пассажирских самолётов, вагонов, автофургонов и т.д. 
   
     
Текстолиты 
 
(англ. textolite) изготавливают горячим прессованием нескольких слоев ткани, пропитанной  термореактивными смолами. Текстолит - хороший диэлектрик, стоек к действию слабых кислот и щелочей, имеет низкий коэффициент трения (0,02 со смазкой и 0,32 без смазки), небольшую плотность (1,3- 1,4 г/см), легко поддается механической обработке (фрезерование, распиловка, сверление, штамповка, шлифование, строгание).Текстолит используется в качестве конструкционного материала в приборо- и станкостроении, машиностроении, в том числе химическом и нефтехимическом, в автоматических системах управления, судо- и тракторостроении и других отраслях. Из текстолитов изготавливают: шестерни; сепараторы для подшипников, обеспечивающих высокие скорости; кулачки, обладающие малой инерцией для различных станков, венцы червячных колес, втулки, амортизирующие прокладки, уплотнительные кольца и т.д.   

 Стеклотекстолиты 

представляют собой прессованные слоистые материалы, состоящие из нескольких слоев стеклоткани, пропитанной  связующим на основе эпоксидных или  эпоксидно-фенольных смол. Они используется в качестве электроизоляционного и  теплоизолирующего материала в  радиотехнике, приборостроении, применяется  в электрических высоковольтных машинах и аппаратах    

Миканиты 
представляют собой  слоистые композиционные материалы получаемые  на основе  слюды  с применением различных видов связующих (глифталевых, масляно-глифталевых,  кремнийорганических и др.), используемые в качестве   изоляционных  материалов в электрических машинах и аппаратах.  
 
   Многослойные стекла  
 
(англ. laminated glass)  состоят из одного или более листов силикатного или органического стекла и одного или более слоев полимера (пленки). Трехслойные стекла обычно называют триплексами. Многослойные стекла 

применяется для остекления автомобилей, самолётов, вертолётов, судов, подвижного состава железнодорожного транспорта, в строительстве  и т.д.  Входящие в состав многослойных  стекол полимерные пленки поглощают энергию удара и препятствую разлетанию осколков. Многослойные стекла используются  для антивандальных и пуленепробиваемых остеклений. В многослойных стеклах могут быть реализованы различные декоративные приемы и в последнее время они активно  используются в художественныз целях (витражи и т.п.).

 
   Линолеум 
(от лат. linum — лён, полотно и oleum — масло), полимерный рулонный материал для покрытия полов. 
Первоначально линолеум получали на тканевой (джутовой) основе из растительных масел (льняного, подсолнечного, тунгового), пробковой муки и др. — так называемый глифталевый линолеум. Глифталевый линолеум с 50-х гг. уступил место поливинилхлоридному лионолеуму, который получил наибольшее распространение. В зависимости от основного исходного сырья (связующего) линолеум подразделяется на поливинилхлоридный, глифталевый (алкидный), коллоксилиновый (нитролинолеум) и резиновый (релин). Линолеум может быть безосновный (одно- и многослойный) и на упрочняющей (тканевой, пергаминовой) или теплозвукоизоляционной основе. Линолеум выпускается одно- и многоцветный (мраморовидный, крапчатый, узорчатый). 
 
   Рубероид, 
 
(англ. ruberoid, asphalted paper) многослойный рулонный кровельный и гидроизоляционный материал, изготовляемый путём пропитки кровельного картона мягкими нефтяными битумами с последующим покрытием обеих поверхностей слоем тугоплавкого битума. Рубероид применяется  для устройства верхнего слоя кровельного ковра ; лицевая поверхность рубероида покрыта сплошным слоем крупнозернистой или чешуйчатой посыпки (крупный песок, слюда и др.), защищающим рубероид  от воздействия солнечных лучей. Стеклорубероид изготовляется на основе стеклотканей. 
 
    Стеклослюдопласты, стеклопленкослюдопласты  
 
изготавливются на основе слюдяных или слюдопластовых бумаг, полимерных пленок, полиэфирно-эпоксидных  или  кремнийорганических связующих. Они используются в качестве изоляционных материалов в электрических машинах и аппаратах. 
 
   Фольгированные материалы 
 
представляют собой различные слоистые конструкции, покрытые с одной или с обеих строн слоем металлической фольги. Фольгированные гетинаксы, текстолиты и стеклотекстолиты используются в качестве монтажных плат в производстве электронной аппаратуры. Фольгированные пенопласты широко применяются в качестве теплозащитных материалов, радионепрозрачных экранов, а также в качестве несущих элементов в конструкциях  летательных аппаратов и т.п.

* * * * *

 
Значение слоистых композитов в народном хозяйстве будет постоянно  возрастать, а их ассортимент увеличиваться  за счет использования традиционных и новых высокотехнологичных  материалов и их сочетаний. 
В развитии мебельного производства и деревообрабатывающей прпомышленности они будут играть  важные роли. 
 
Компании, которые интересуются проверенным недорогим пропиточным оборудованием (КНР) для импрегнирования  декоративных и технических бумаг, а также прессами для пластика могут обратиться ко мне для получения предложения на поставку оборудования.