Полимерные композиционные материалы (полимерные композиты, ПКМ)

На этом сайте рассмотрены  основные понятия и виды полимерных композитов, основы создания полимерных композиционных материалов конструкционного назначения путем введения в полимер жидких, газообразных и различных твердых наполнителей, а также путем смешения нескольких полимеров. Описаны основные закономерности изменения важнейших физико-механических свойств полимеров при наполнении.

Основная причина столь бурного развития полимерных композиционных материалов – это то, что традиционные «чистые» полимеры в значительной степени исчерпали свои возможности, а научно-технический прогресс требует материалы с новыми свойствами.
Существует ряд преимуществ ПКМ над традиционными видами материалов (металлов, керамики, дерева и т.п.):
1) уникальное сочетание свойств, нехарактерное для других материалов (прочностных, деформационных, ударных, упругостных, температурных, реологических, адгезионных, электрических, фрикционных, теплопроводных и других);
2) возможность управления свойствами ПКМ путем простого изменения состава и условий получения;
3) сохранение основных достоинств полимеров:
- сравнительная легкость переработки;
- низкая плотность.
Главное из преимуществ ПКМ по сравнению с традиционными материалами – это уникальное сочетание свойств. Как правило, композиционные материалы не являются “чемпионами” по отдельно взятому свойству. Но по сочетанию определенных свойств им нет равных.
Для того, чтобы рассуждать о ПКМ, прежде всего, необходимо определить, что понимается под полимерными композиционными материалами. Однако точного и однозначного определения композиционного материала пока не дано. Дело в том, что среди ученых нет единого мнения, что считать композиционным материалом, а что – нет. Кроме того, из-за огромного разнообразия и множества КМ трудно в одной фразе выделить все признаки, объединяющие композиционный материал и отделяющие его от всех других материалов. Наиболее приемлемым является следующее определение.
Композиционными называются материалы, образованные объемным сочетанием двух или большего числа химически разнородных компонентов с четкой границей между ними.
По своей структуре композиционный материал можно представить состоящим из нескольких фаз: одной непрерывной фазы (матрицы) и одной или более дисперсных фаз, или состоящим из двух или более непрерывных фаз с возможными дисперсными фазами в каждой непрерывной фазе.
Композиционный материал, непрерывная фаза которого образована полимером, называют полимерным композиционным материалом (полимерным композитом, ПКМ).
Следует уточнить некоторые термины. В композиционных материалах дисперсионную среду (непрерывную фазу) называют матрицей или связующим, а дисперсную фазу – наполнителем или диспергированным веществом.
Существуют следующие основные виды ПКМ:
- полимеры, содержащие любые твердые частицы или волокна;
- смеси полимеров;
- полимеры, содержащие жидкости в виде включений или пластификаторов;
- полимеры, содержащие газообразные наполнители;
Давайте посмотрим, какие ПКМ окружают нас? Это все резины, поскольку это каучук, содержащий усиливающий высокодисперсный наполнитель (технический углерод или оксид кремния). К ПКМ относятся все красочные эмалевые покрытия, поскольку представляют собой полимер, содержащий твердые порошкообразные пигменты и наполнители. Это древесностружечные и древесноволокнистые плиты, в которых стружки или древесные волокна связаны термореактивным полимером. Это линолеум и искусственная кожа, поскольку состоят из полимерного связующего, пластификатора и дисперсных наполнителей. Это стеклопластики, состоящие из стеклянных волокон, связанных полимером. Это ударопрочный полистирол, состоящий из полистирола с включениями частиц каучука. Подавляющее число окружающих нас изделий сделано не из “чистых” полимеров, а из ПКМ. Этот перечень можно еще долго продолжать, поскольку ПКМ буквально окружают нас всюду.