Анізотропні і ізотропні композиційні матеріали

Залежно від геометрії армуючих компонентів і їх взаємного розташування, композиційні матеріали підрозділяються на анізотропні і ізотропні композити:

• ізотропні - мають однакові властивості в усіх напрямках;
• анізотропні. властивості яких залежать від напрямку;

До макроскопически ізотропним КМ відносять: дисперсно-зміцнені сплави, псевдосплави і хаотично армовані композити, до анізотропним композитних матеріалів - матеріали, волокна яких орієнтовані в певних напрямках.

Хаотично армовані композити упрочняются короткими частинками голчастою форми (наприклад, фіброволокном), орієнтованими в просторі випадковим чином. При цьому композитний матеріал виходить квазіізотропним. тобто анізотропним в мікрооб'ємах, але ізоптропним в обсягах всього вироби.

Анізотропія композиційних матеріалів буває:

• конструкційна (тобто спроектована з певними цілями);
• технологічна (що виникає при пластичної деформації виробів з композиційних матеріалів);
• фізична (властива кристалам і пов'язана з особливостями будови їх кристалічної решітки);

Малюнок 1: Схема структури ортотропного КМ, армованого шарами, що чергуються волокон в двох взаємно перпендикулярних напрямках

Зазвичай в техніці використовуються анізотропні композиційні матеріали з певної симетрією властивостей (умовно передбачається, що реальний неоднорідний матеріал являє собою деяку ідеалізовану суцільну однорідну середу, якій властива симетрія будови і властивостей).

Ортотропні (ортогонально анізотропні) матеріали характеризуються наявністю в кожному елементарному обсязі трьох взаємно перпендикулярних площин симетрії властивостей. До таких матеріалів відносяться композити, армовані послідовно шарами, що чергуються волокон в двох взаємно перпендикулярних напрямках (рис.1) і тканинами з поздовжньо-поперечного укладанням, а також шаруваті композити, армовані в двох неортогональних напрямках x1 і x2.

Малюнок 2: Схема орієнтації волокон в шаруватих КМ із зірковою укладанням волокон в суміжних шарах

Шаруваті композити із зірковою укладанням волокон в суміжних шарах (рис. 2) мають изотропией властивостей в площині листа в тому випадку, якщо кут між напрямками укладання волокон в суміжних шарах менш 72⁰. Наприклад, в шаруватих КМ, у яких волокна утворюють один з одним рівні кути -60⁰, 45⁰ або 30⁰, всі напрямки в площині листа еквівалентні один одному. Такі матеріали, що мають площину изотропии і перпендикулярну їй вісь симетрії нескінченного порядку називаються трансверсально-ізотропним (або транстропнимі). До транстропним відносяться одноосно-армовані або односпрямовані композиційні матеріали, в яких всі волокна орієнтовані в одному напрямку.

Малюнок 3: Схема структури однонаправленно армованого композиційного матеріалу

В цьому випадку площину изотропии yz перпендикулярна напрямку укладання волокон x (рис. 3).

Одноосно-армовані КМ називають також з орієнтацією волокон 1: 0; двовісний-армовані шаруваті КМ з взаємно перпендикулярної укладанням волокон позначають дробом 1: 1, 1: 2, 1: 3, 3: 4 і т.д. в яких цифри вказують відношення числа шарів в поздовжньому і поперечному напрямках. Тривісна-армовані орієнтовані КМ отримують армуванням матриць волокнами в трьох взаємно перпендикулярних напрямках або об'ємними тканинами.