Матриця повинна мати достатню твердість і забезпечувати спільну роботу армуючих волокон; її міцність є визначальною при навантаженні, що не співпадає за напрямком з оріентацііей волокон. Особливо важливим є властивість матриці утворювати монолітний матеріал, в якому матриця зберігає свою цілісність аж до руйнування волокон. Таким чином, вибір сполучного для композиту - складне завдання, правильне рішення якої сприяє створенню матеріалу з ефективними технологічними і експлуатаційними властивостями. Як матричних матеріалів полімерних композитів використовують термореактивні і термопластичні сполучні. Термореактивні сполучні - низковязкие, легкорозчинні продукти (смоли), здатні твердіти при нагріванні під дією затверджувачів, каталізаторів з утворенням після затвердіння незворотною сітчастої структури (нерозчинної і неплавкі).
Отримують поликонденсацией фенолів з альдегідами. Залежно від співвідношення компонентів та умов процесу утворюються новолачние або резольні фенолформальдегідні смоли.
Являють собою тверді крихкі матеріали з температурою розм'якшення 80. 100 ° С, добре розчинні в спирті, ацетоні та інших розчинниках. При введенні в смолу отвердителей і нагріванні протікає реакція утворення тривимірної структури (затвердіння), що супроводжується виділенням значної кількості води, аміаку та формальдегіду.
Залежно від співвідношення фенолу і формальдегіду і глибини пройшла реакції затвердіння можуть бути рідкими або твердими. Тверді резольні смоли добре розчиняються в 40. 60% -ному етиловому спирті. Отверждение резольних смол протікає без участі отвердителей, прискорюється з підвищенням температури нагріву і супроводжується виділенням води, а також деякої кількості летючих речовин. До недоліків фенол формальдегідних смол можна віднести їх велику об'ємну усадку при затвердінні (15. 25%), пов'язану з виділенням великої кількості, летючих речовин. Для отримання матеріалу з малою пористістю необхідно проводити формування під високим тиском.
Являють собою насичені складні ефіри (полімалеінати, олігоакрілати и.т.п), їх суміші між собою або з низькомолекулярними мономерами. Ненасичені поліефіри є продуктами Полікон-денсаціі ненасичених двоосновний кислот або їх ангідридів з багатоатомних спиртами (гликолями). Ці смоли - тверді речовини, добре розчинні у різних розчинниках. Зокрема, в якості розчинників застосовують мономери, здатні в процесі затвердіння сополімеризуються-тися зі смолами. Сполучні на основі поліефірних смол можуть отверждающей-ся як при кімнатній, так і при підвищених температурах. Недоліки поліефірних смол - невисокий рівень механічних характеристик в отвержденном стані; невелика адгезія до багатьох наповнювачів; мала життєздатність сполучних; досить велика усадка і наявність у складі токсичних мономерів (типу стиролу).
Отримують поликонденсацией продуктів спільного гідролізу сумішей моно-, ди-, три- і тетрахлорсіланов. Вони зазвичай являють собою тверді крихкі речовини, що містять до 10% не прореагували силанольних груп. Нанесення кремнійорганічних смол на волокна здійснюють зі спиртових розчинів і рідше - з розплаву. Отверждение кремнійорганічних смол відбувається відповідно до поліконденсаційного механізмом в результаті взаємодії залишилися силанольних груп між собою і з отвердителями при наявності каталізаторів. Побічними продуктами реакції затвердіння є зазвичай вода або спирт. Затверділі кремнийорганические смоли вигідно відрізняються від інших сполучних працездатністю в широкому інтервалі температур (-200. 350 ° С), стійкістю до дії органічних розчинників і мінеральних кислот, високими діелектричними властивостями. До недоліків кремнійорганічних смол відносяться: низькі в порівнянні з іншими смолами механічні характеристики при невисоких температу-рах (до 100 ° С), формування виробів під дією значних тисків, тривалий цикл затвердіння.
Являють собою суміш олігомерних продуктів з епоксидними групами на кінцях ланок. Чаші застосовують епоксидні смоли, що отримуються з епіхлоргідріна і діфенілпропана (бісфенолу А), звані Діанова (смоли типу ЕД), або з епіхлоргідріна і продуктів поліконденсації метілолфенолов, звані поліепоксидною або епоксіфенольнимі смолами (смоли ЕФ, ЕМ і ін.) - Останнім часом використовують смоли з епіхлоргідріна і аніліну (смола ЕА), діамінодіфенілметана (смола ЕМДА), п-амінофенола (смола УП-610), похідних цианурової кислоти (смола ЕЦ) і ін. Висока реакційна здатність епоксидних груп, а також наявність в олигомере гідро сильних і інших функціонально-ональних груп обумовлюють різноманітність напрямків процесів затвердіння епоксидних смол. Як правило, затвердіння здійснюється при наявності отвердителей і каталізаторів і протікає без виділення низькомолекулярних речовин і з малими об'ємними усадкамі.Епоксідние сполучні мають гарну адгезію до різних волокнах, можуть тривалий час перебувати в недо-отверждеіном стані, що дозволяє виготовляти на їх основі попередньо просочені і частково затверділі напівфабрикати (препреги). До недоліків епоксидних сполучних відносяться їх відносно невисока теплостійкість, яка веде до різкої втрати міцності властивостей при температурах, близьких до температури склування полімеру. Модифіковані епоксидні сполучні мають підвищену теплостійкість, і пластики на їх основі можуть залишатися працездатними при температурах 180. 200 ° С.
До таких сполучною відносяться полімери, ланцюги яких складаються з пов'язаних ароматичних і гетероциклічних ланок. Найбільше практичне застосування в даний час мають полііміди. В якості сполучних ці полімери можна використовувати тільки на проміжних стадіях їх отримання, так як на кінцевій стадії утворення вони втрачають пластичність і розчинність. Спочатку використовували поліконденсаційні полі-імідний сполучні, при затвердінні яких виділялася велика кількість низькомолекулярних речовин і води, що призводило до великої пористості пластика (до 20% об.). В даний час перевагу віддають поліімідного (ПІ) сполучною полімеризаційного типу, що складається з олігомерів і сумішей імідообразующіх мономерів. На волокно сполучні наносяться з їх розчинів (40% -ної концентрації). Ці сполучні придатні для суміщення з волокнами різними методами і на їх основі можна виготовляти препреги з дітельного життєздатністю. Отверждение ПІ сполучних протікає в інтервалі температур 300. 350 ° С. Пористість одержуваних на їх основі матеріалів становить 1. 3%. До недоліків ПІ сполучних відносяться значні технологічні труднощі виготовлення виробів з матеріалів на їх основі.
Термопластичні сполучні - високомолекулярні лінійні полімери (волокна, плівки, порошки), які при нагріванні розплавляються, а при подальшому охолодженні тверднуть і їх стан після затвердіння можна зупинити.
До конструкторським переваг композитів на основі термопластичних зв'язуючих відносять надійність виробів з них, що досягається насамперед внаслідок низького рівня залишкових напруг, релаксирующих в термопластичної матриці в перші години після формування виробів. Матричні термопластичні волокна найбільш результативні при поєднанні компонентів. Їх використання по-зволяет створювати композити із заданою регулярністю структури, надійної фіксацією схеми армування на всіх стадіях переробки. Вироби на основі таких волокон можна виготовляти різними технологічними методами
викладкою, намотуванням, пултрузії, а поєднання волокон з армуючими компонентами досягається при ткацтві, плетеніі.Среді термопластичних зв'язуючих особливе місце займають сполучні нового типу, звані ролівсанамі, які дають можливість поєднувати високу теплостійкість композиту і легку засвоюваність сполучного. Ролівсани призначені для отримання композитів і виробів з них з широким діапазоном температур експлуатації (270. 620 К). Основною перевагою ролівсанов перед іншими сполучними є поєднання рідкого стану малотоксичної вихідної композиції, незначного виділення побічних летючих продуктів при її затвердінні з високою теплостійкістю і міцністю як самої матриці, так і композитів на її основі.
Подібна за фізико-механічними властивостями вуглецевого волокна, забезпечує термостійкість ВВКМ і дозволяє найбільш повно реалізувати в композиті унікальні властивості вуглецевого волокна. Метод отримання вуглецевої матриці визначає її структуру і властивості. Найбільш широко застосовують два способи отримання вуглецевої матриці: карбонізує полімерної матриці заздалегідь сформуйте-сної вуглепластиковою заготовки шляхом високотемпературної в неокісляющуюся середовищі; осадження з газової фази вуглецю, що утворюється при термічному розкладанні вуглеводнів в порах углеволокністого каркаса.
Металеві матриці волокнистих композиційних матеріалів є легкі (алюміній, магній, берилій) і жароміцні метали (титан, нікель, ніобій), а також сплави. Найбільш широко в якості матричного матеріалу використовують алюмінієві сплави, що пояснюється вдалим поєднанням в них фізікомеханіческіх і технологічних властивостей.
За технологічною ознакою алюмінієві матриці можна поділити на кілька типів: деформуються, ливарні, порошкові. Всі способи поєднання волокон з матрицею можна п одра члена твердофазні, Рідкофазний і осадження, вердофазние способи поєднання волокон з матрицею полягають у формуванні архівів пакунків заготовок, що складаються з міру-юшіхся шарів матеріалу матриці і волокон, і подальшому щненіі компонентів між собою. Рідкофазний способи засновані на використанні різних видів лиття розплавленого матеріалу матриць, що забезпечують просочення (в вакуумі, при звичайному і підвищеному тиску) попередньо укладеної системи волокон. Освіта металевої матриці методами осадження полягає в нанесенні на волокна різними способами (газофазним, хімічним, електролітів-тическим і т.п.) шару металу і заповненні ним міжволоконній простору.
Титанові і магнієві матриці
Титанові і магнієві матриці. Як матричних матеріалів використовують магнієві сплави марок МА2-1, МА5, МА8 і деякі інші. Титанові матриці мають гарну технологічністю при гарячому деформуванні, зварюваністю, здатністю тривалий час зберігати високі характеристики (360. 1050 МПа) при підвищених температурах (300. 450 ° С). Однак ці матеріали зберігають високий опір деформації навіть при підвищених температурах, що призводить кнеобходімості при отриманні композитів з крихкими волокнами використовувати режими сверхпластического деформування
Керамічні матеріали характеризуються високими температурами плавлення, міцністю при стисканні, що зберігається при досить високих температурах, і стійкістю до окислення. Ці властивості кераміки, і перш за все, силікатної, протягом багатьох століть використовувалися при виготовленні футерування печей і багатьох вогнетривких виробів. В даний час вимоги до кераміки як конструкционному матеріалу значно зросли. Нові види кераміки на основі високовогнетривких оксидів торію, алюмінію, берилію, цирконію, магнію, ванадію знаходять широке застосування в техніці при екстремальних умовах експлуатації. Досить сказати, що температури плавлення оксидів цирконію, алюмінію, берилію, торію, магнію і гафнію становлять 2973, 2273, 2873, 3473, 3073 і 3111 К відповідно. Поряд з тугоплавкостью кераміка мати високу міцність при розтягуванні і ударною в'язкістю, стійкістю до вібрацій і термоудару. Такі властивості притаманні, наприклад, деяким металам.