Матрица в полимерных КМ может быть на основе термореактив­ных (эпоксидных, полиэфирных, фенолоформальдегидных и др.) или термопластичных (полиэтилен, полипропилен, полиметилметакрилат и др.) полимерных материалов. В качестве наполнителя могут использо­ваться порошкообразные, волокнистые или листовые материалы.

Полимерную композицию, содержащую наполнитель в виде тон­кодисперсных частиц, называют премиксом, или полимерным компа­ундом. Композиции, наполненные непрерывными волокнами, тканью, бумагой или другими волокнистыми материалами, принято называть препрегами.

Полимерный композиционный материал при формовании изде­лий находится в вязкотекучем и частично высоко­эластическом состоянии, а при эксплуатации - в стеклообразном или частично кристаллическом состоянии.

В зависимости от характера процессов, приводящих к фиксирова­нию формы получаемых изделий, полимерные композиционные мате­риалы делят на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Есть принципиальная разница между полимером и полимерным материалом. Для того чтобы полимер стал материалом, в большинстве случаев в него необходимо вводить различные химические добавки, улучшающие его химические свойства, термо- и светостабильность, атмосферо- и погодоустойчивость, водостойкость. Как правило, в большинство полимерных материалов вводят наполнители - вещества неорганической природы.

В общем виде структуру полимерного композиционного материа­ла можно представить состоящей из одной непрерывной полимерной фазы (матрицы) и одной или более дисперсных фаз (наполнителя), определённым образом распределённых в матрице.

Таким образом, принцип получения КМ заключается в создании заранее заданной комбинации двух различных фаз (наполнителя и матрицы) с помощью тех или иных технологических приёмов.

Основные понятия физики полимеров и композиционных материалов

Полимеры и КМ на их основе относятся к особому классу, осо­бому состоянию вещества, получившему название Soft matter - мяг­кая материя. К таким веществам обычно относят полимеры, коллои­ды, жидкие кристаллы, гели и т. д. В чём же их отличие от «обыч­ных» твёрдых тел? Если в кристаллическом или аморфном твёрдом теле энергия взаимодействия между составляющими его атомами или молекулами, связанными ковалентными связями, намного превышает тепловую энергию, U>> kT, то для Soft matter U» kT. Для полимеров это энергия взаимодействия макромолекул, межцепные взаимодейст­вия. Следствием этого оказывается то, что силы, связывающие моле­кулы, малы и конфигурация молекулярных и мезоскопических струк­тур легко изменяется под воздействием внешних сил. Так же легко при внешнем воздействии изменяются физические свойства таких веществ. Таким образом, одной из характерных особенностей мате­риалов Soft matter являются их выраженные сенсорные свойства. Что касается собственно полимеров, то для них характерны:

-относительно слабые межмолекулярные взаимодействия;

-разнообразие типов связей;

-широкое распределение размеров и формы молекул;

-множественность типов химической структуры;

-флуктуации конформаций и координат молекул;

-наличие растворителей, разбавителей, наполнителей;

-зацепления;

-множество степеней свободы;

-иерархичность архитектуры / структуры на разных масштаб­ных уровнях.

В обычных материалах неоднородность проявляется на атомных размерах, и физика явлений имеет квантово-механическую природу. Говоря об искусственных средах - полимерных КМ, имеются в виду смеси, составленные из таких обычных веществ и имеющие как ре­гулярную, так и случайную, неупорядоченную структуру. Основное внимание будет сосредоточено на явлениях, связанных с такой вто­ричной неоднородностью. Это означает, что масштаб неоднородно­сти искусственных сред достаточно велик для того, чтобы в каждой точке выполнялись обычные локальные материальные уравнения, свойственные веществу, заполняющему объём вокруг этой точки.

Хотя большинство результатов верно и для случая плавного измене­ния материальных параметров, будет подразумеваться простейшая модель композиционного материала - матрицы, наполненной каки­ми-либо включениями.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое КМ

2. Для чего нужна матриц

3. Для чего нужен наполнитель

4. Виды КМ

5. Виды наполнителей

6. Особенности физических свойств КМ