Раскрыты 7 высокопотенциальных композитных материалов

Мы живем в эпоху быстрых перемен, когда технологический прогресс стремительно преобразует ландшафт. Темпы инноваций в области новых материальных технологий ускоряются.

Одиночные материалы часто не удовлетворяют разнообразным требованиям человечества к эксплуатационным характеристикам, поэтому переход к композитным материалам - неизбежная тенденция.

В этих условиях композитные материалы переживают бурный рост рынка, поскольку все больше внимания уделяется таким экологичным характеристикам, как устойчивость, низкий углеродный след, высокие эксплуатационные качества и возможность вторичной переработки.

Итак, какие материалы, по мнению экспертов отрасли, имеют наибольший потенциал для развития? Сегодня мы рассмотрим семь композитных материалов, обладающих значительным потенциалом.

1. Высокоэффективное углеродное волокно и композиты на его основе

Прозванное "королем легкости", углеродное волокно имеет плотность менее четверти от плотности стали и при этом обладает в 5-7 раз большей прочностью. Оно также обладает такими необходимыми качествами, как устойчивость к высоким температурам, сопротивление трению, теплопроводность и устойчивость к коррозии.

Основная роль углеродного волокна - служить армирующим элементом в композитах со смолами, металлами, керамикой и углеродом для создания современных материалов.

В частности, эпоксидные композиты, армированные углеродными волокнами, обладают самой высокой удельной прочностью и модулем упругости среди современных инженерных материалов.

Диаметр углеродного волокна составляет всего 5 микрон - примерно одну десятую или одну двенадцатую ширины человеческого волоса, а его прочность превышает прочность алюминиевые сплавы более чем в четыре раза.

По сравнению с конструкциями из алюминиевых сплавов композиты на основе углеродного волокна позволяют снизить вес на 20% - 40%; по сравнению со стальными металлическими деталями снижение веса может составить впечатляющие 60% - 80%.

2. Высокоэффективное параарамидное волокно и композиты на его основе

Параарамидное волокно - чрезвычайно важный стратегический материал, прочность которого в 5-6 раз превышает прочность стальной проволоки, а удельный модуль упругости в 2-3 раза больше, чем у стали или стекловолокна. Его прочность в два раза выше, чем у стали, при этом весит он всего лишь на одну пятую часть меньше.

Он может использоваться как в качестве конструкционного материала, воспринимающего нагрузки, так и в качестве функционального материала, обладающего жаропрочностью, стойкостью к абляции и коррозии.

Это одно из крупнейших в мире органических волокон, известное своим высоким модулем упругости, высокой прочностью, устойчивостью к высоким температурам, кислотам и щелочам, а также легкими свойствами.

Основные области применения высокоэффективного параарамидного волокна и композитов на его основе включают армирование волокон, автомобильную промышленность, аэрокосмическую отрасль, электрооборудование, железнодорожный транспорт, военную защиту, спортивные товары и новую энергетику.

В последние годы китайские исследования и разработки в области пара-арамидных волокон достигли значительных успехов, преодолев многочисленные технические барьеры.

3. Волокно из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы и композиты на его основе

Волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), наряду с углеродным и арамидным волокном, известно как одно из трех основных высокотехнологичных волокон в мире. Это волокно с самой высокой удельной прочностью и модулем упругости, которое производится из полиэтилена с молекулярной массой от 1 до 5 миллионов.

Благодаря легкости, высокой прочности и превосходному поглощению энергии волокно UHMWPE постепенно вытесняет арамидные волокна в качестве предпочтительного выбора для индивидуальной баллистической защиты.

4. Углерод/углеродные композитные материалы

Углерод/углеродные композиционные материалы, представляющие собой углеродные волокна и армированные тканью композиты с углеродной матрицей, обладают исключительными характеристиками, такими как малый вес, отличная стойкость к абляции, хорошая стойкость к тепловому удару, высокотемпературная прочность и высокая конструкционная пригодность. Они считаются одними из самых перспективных высокотемпературных материалов будущего.

Благодаря своим уникальным свойствам углерод/углеродные композиты нашли широкое применение в аэрокосмической, автомобильной промышленности и медицине.

В качестве примера можно привести сопла и горловые накладки ракетных двигателей, системы тепловой защиты носовых крышек космических аппаратов и передних кромок крыльев, а также тормозные диски самолетов.

5. Композиты, армированные базальтовым волокном

Базальтовые волокна отличаются высокой прочность и жёсткостьОни устойчивы к высоким температурам и коррозии, а также имеют небольшой вес.

По сравнению с другими композитными материалами они обладают такими преимуществами, как биоразлагаемость, нетоксичность и экологичность, что позволяет назвать их "зеленым промышленным материалом" XXI века. Они находят широкое применение в аэрокосмической, военной и дорожно-транспортной отраслях.

6. Углеродно-керамические композиционные материалы

Углеродно-керамические композитные материалы сочетают в себе высокую прочность, модуль упругости, твердость, ударопрочность, стойкость к окислению, устойчивость к высоким температурам, кислото- и щелочестойкость, низкий коэффициент теплового расширения и низкую плотность высокопроизводительной керамики.

Они представляют собой новый тип высокотемпературных структурных и функциональных материалов, способных выдерживать температуру до 1650℃.

Кроме того, эти композиты преодолевают хрупкость и ограниченную функциональность, характерные для обычных керамических материалов, благодаря чему они получили широкое признание как идеальные высокотемпературные конструкционные и фрикционные материалы.

Углеродно-керамические композиты широко используются в аэрокосмической, оборонной, энергетической, автомобильной и высокоскоростной железнодорожной промышленности. Они признаны наиболее идеальными высокотемпературными конструкционными и фрикционными материалами для последнего поколения авиационных и автомобильных тормозных систем, а также считаются вершиной производительности современных тормозных материалов.

7. Металломатричные композиты

Металломатричные композиты состоят из металлов и их сплавов в качестве матрицы, искусственно соединенных с одной или несколькими металлическими или неметаллическими армирующими фазами. Они являются важной отраслью современных композиционных материалов.

Отличаясь высокой механической прочностью на поперечный и сдвиговый изгиб, эти композиты обладают превосходными комплексными механическими свойствами, такими как вязкость и усталостная прочность.

Кроме того, они обладают теплопроводностью, электропроводностью, износостойкостью, низким коэффициентом теплового расширения, хорошими демпфирующими свойствами, влагостойкостью, не стареют и не загрязняют окружающую среду.

Их исключительные характеристики нашли широкое применение в аэрокосмической, автомобильной, электронной и машиностроительной промышленности.