«Король» конструкционных композитов – углепластик.

Углепластик – полимерный композитный материал, в котором в качестве наполнителя выступают непрерывные углеродные волокна в виде лент, тканей или отдельных пучков волокон, а в качестве связующего – полимер. Такие материалы обладают очень высокой прочностью и жёсткостью при малом весе и используются, в основном, в аэрокосмической отрасли и автомобилестроении, атомной промышленности.
Существует множество технологий изготовления полимерных композитов. Наиболее распространенные из них - пропитка, выкладка препрегов и намотка.
Процесс пропитки заключается в выкладке сухого армирующего наполнителя в заранее подготовленную форму с последующей подачей жидкого полимера под определенным давлением, для обеспечения проникания связующего внутрь структуры наполнителя. После чего связующее отверждается под действием температур и давлений в печи или автоклаве и вынимается из формы. Таким образом изготавливают корпуса для яхт, лопасти ветрогенераторов, корпусные детали болидов Формулы-1.
Препреги, или композитные «полуфабрикаты» - листы армирующего наполнителя, заранее пропитанные жидким связующим на специальных машинах, также могут выкладываться послойно в специальную форму, вручную или при помощи робота, а затем прессуются и отверждаются в печи или автоклаве. Хранятся такие полуфабрикаты в специальных условиях, чтобы связующее внутри материала оставалось жидким до момента выкладки. Из препрегов выкладывают фюзеляж Boeing 787, делают обтекатели ракет и корпуса гоночных машин.
В процессе намотки отдельные нити наполнителя сначала смачиваются связующим, а затем, с определённым натягом, раскладываются на поверхности вращающейся оправки, после чего изделие вместе с оправкой запекается в печи. Таким образом «мотают» корпуса ракет и спутников, баллоны высокого давления, трубы.
Есть еще множество других технологий изготовления изделий из композитов, но принцип везде один – пропитка наполнителя жидким полимером, формование и спекание. Важно, что в процессе изготовления композита полимер претерпевает фазовые превращения – сначала он жидкий, чтобы проникнуть внутрь, а затем затвердевает и становится жестким. Происходят эти процессы с полимерами под воздействием температур. Надо сказать, что полимеры тоже бывают разные, и, по отношению к нагреву подразделяются на термореактивные (реактопласты) и термопластичные (термопласты). Подробнее об их различии в следующем посте.