Введение
Термин, используемый для композитных материалов
Заполнитель – это компонент композитного материала, который сопротивляется сжимающим напряжениям и обеспечивает объем композитному материалу. Для эффективного заполнения заполнитель должен быть значительно меньше готового изделия, но иметь широкий диапазон размеров. Заполнители обычно добавляются для увеличения прочности композитных материалов. Например, частицы камня, используемые для изготовления бетона, как правило, включают в себя как песок, так и гравий. Многие строительные цементы содержат заполнители для повышения их механической прочности. Заполнители составляют 60-80% объема бетона и 70-85% его массы.
Сравнение с волокнистыми композитами
Агрегатные композиты, как правило, гораздо легче в изготовлении и обладают более предсказуемыми конечными свойствами, чем волокнистые композиты. Ориентация и непрерывность волокон могут оказывать существенное влияние, однако их сложно контролировать и оценивать. Помимо изготовления, сами агрегатные материалы, как правило, менее дороги; наиболее распространенные агрегаты, упомянутые выше, встречаются в природе и часто могут использоваться с минимальной обработкой. Не все композитные материалы содержат агрегат. Частицы агрегата, как правило, имеют примерно одинаковые размеры во всех направлениях (то есть, соотношение сторон около единицы), поэтому агрегатные композиты не демонстрируют такой же синергии, как волокнистые композиты. Прочный агрегат, скрепленный слабой матрицей, будет обладать низкой прочностью на растяжение, в то время как волокна могут быть менее чувствительны к свойствам матрицы, особенно если они правильно ориентированы и проходят по всей длине детали (то есть, представляют собой непрерывное волокно). Большинство композитов содержат частицы, соотношение сторон которых находится где-то между ориентированными волокнами и сферическими агрегатами. Хорошим компромиссом является резаное волокно, при котором характеристики волокна или ткани приносятся в жертву ради более простых технологий обработки, характерных для агрегатов. Также используются агрегаты эллипсоидной и пластинчатой формы.
Совокупные свойства
В большинстве случаев идеальный готовый продукт состоял бы на 100% из заполнителя. Наиболее желаемое свойство конкретного применения (будь то высокая прочность, низкая стоимость, высокая диэлектрическая проницаемость или низкая плотность) обычно наиболее выражено в самом заполнителе; заполнителю не хватает лишь способности течь в малом масштабе и образовывать связи между частицами. Матрица специально предназначена для выполнения этой роли, но её возможности не следует переоценивать.
Твердые композиты
Вязкость – это компромисс между (часто противоречивыми) требованиями к прочности и пластичности. Во многих случаях наполнитель будет обладать одним из этих свойств, и его усиление будет достигнуто, если матрица сможет добавить то, чего ему не хватает. Наиболее наглядные примеры – это композиты с органической матрицей и керамическим наполнителем, такие как асфальтобетон ("дорожное покрытие") и наполненные пластики (например, нейлон, смешанный с порошковым стеклом), хотя большинство композитов с металлической матрицей также выигрывают от этого эффекта. В этом случае необходим правильный баланс между твердыми и мягкими компонентами, иначе материал станет либо слишком слабым, либо слишком хрупким.