Стеклопластики  – достаточно дешевые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и т.п.

Б) Углепластики – наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т.д. Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление – 220° С, карбонизация – 1000–1500° С и графитизация – 1800–3000° С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5% по массе) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков используются те же матрицы, что и для стеклопластиков – чаще всего – термореактивные и термопластичные полимеры. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики – очень легкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, черного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов, при изготовлении легких велосипедов и другого спортивного инвентаря.

На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы – наиболее термостойкие композиционные материалы (углеуглепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000° С. Существует несколько способов производства подобных материалов. По одному из них углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (2000° С), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз. Другой способ получения углеродного материала состоит в прокаливании обычного графита при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза. Из углеуглепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.

В) Боропластики – композиционные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедренные в термореактивную полимерную матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетенных вспомогательной стеклянной нитью или лент, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой твердости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того, стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с особенностями технологии их получения (бор осаждают из хлорида на вольфрамовую подложку, стоимость которой может достигать до 30% стоимости волокна). Термические свойства боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие температуры, как правило, невелики.

Применение боропластиков  ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому  они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.

Г) Органопластики – композиты, в которых наполнителями служат органические синтетические, реже – природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т.д. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40–70% наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров – полиэтилена, ПВХ, полиуретана и т.п. – варьируется в значительно больших пределах – от 2 до 70%. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.

Важную роль в улучшении механических характеристик  органопластика играет степень ориентация макромолекул наполнителя. Макромолекулы  жесткоцепных полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты.

Органопластики находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении, производстве спортивного инвентаря и т.д.

Д) Полимеры, наполненные порошками. Известно более 10000 марок наполненных полимеров. Наполнители используются как для снижения стоимости материала, так и для придания ему специальных свойств. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале 20 в. способ синтеза фенолформфльдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола – вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности, древесной муки к смоле до ее затвердевания, увеличивает ее прочность. Созданный им материал – бакелит – приобрел большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя – пресс-порошок - под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916, это – ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс». Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.

Сейчас применяются  разнообразные наполнители так  термореактивных, так и термопластичных  полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дешевы, запасы их практически не ограничены, белый цвет дает возможность окрашивать материал. Применяют для изготовления жестких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и т.д., полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п. По-прежнему широко применяют органические наполнители – древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Для создания биоразлагающихся композитов в качество наполнителя используют крахмал.

Е) Текстолиты – слоистые пластики, армированные тканями из различных волокон. Технология получения текстолитов была разработана в 1920-х на основе фенолформальдегидной смолы. Полотна ткани пропитывали смолой, затем прессовали при повышенной температуре, получая текстолитовые пластины. Роль одного из первых применений текстолитов – покрытия для кухонных столов – трудно переоценить.

Основные принципы получения текстолитов сохранились, но сейчас из них формуют не только пластины, но и фигурные изделия. И, конечно, расширился круг исходных материалов. Связующими в текстолитах является широкий круг термореактивных и термопластичных полимеров, иногда даже применяются и неорганические связующие – на основе силикатов и фосфатов. В качестве наполнителя используются ткани из самых разнообразных волокон – хлопковых, синтетических, стеклянных, углеродных, асбестовых, базальтовых и т.д. Соответственно разнообразны свойства и применение текстолитов.

Оценке механических свойств материалов.

 Различают несколько видов показателей:

      1. Показатели свойств материалов, определяемые вне зависимости от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти показатели определяются путем стандартных испытаний образцов на растяжение, сжатие, 
изгиб, твердость. Прочностные и пластические свойства, определяемые 
при статических испытаниях на гладких образцах, не полностью характеризуют прочность материала в реальных условиях эксплуатации с Полученные характеристики могут быть использованы лишь для расчета деталей и конструкций, работающих при нормальных (комнатных) условиях и действии статических нагрузок.

      2. Показатели конструктивной прочности материалов, характеризующие 
их работу в условиях эксплуатации конкретного изделия. К этим показателям относятся характеристики долговечности изделий (усталостная прочность, износоустойчивость, коррозионная стойкость) и надежности материала в изделии (вязкость разрушения, энергия, поглощаемая при распространении трещины, живучесть при циклическом нагружении и т. д.). 

Композиционные материалы на основе аллотропных форм углерода.

     Аллотропные формы углерода (графит, алмаз, фуллерены, углеродные нанотрубки, алмазоподобные и фуллереноподобные структуры) обладают уникальными и существенно  различными физико-химическими свойствами, что позволяет получать композиционные материалы с широкими диапазонами значений различных свойств. Ряд композиционных материалов на основе аллотропных форм углерода, например, использующие модифицированные формы графита в качестве связующего и одномерные углеродные структуры в качестве наполнителя, выведен из разряда научных исследований и получил широкое применение в изделиях спецтехники, обеспечивая при высокой прочности, терморадиационной и химической стойкости лёгкость изделий и отличные трибологические параметры.

     На  основе аллотропных форм углерода получают композиционные материалы разного  состава. Широкое применение в технике  и микроэлектронике нашли алмазоподобные плёнки, состоящие преимущественно  из двух фаз углерода — алмаза и графита или алмаза и аморфного углерода (а-С). Физико-химические свойства этих плёнок зависят от способа получения. Поэтому, не смотря на то, что впервые алмазоподобные плёнки были получены в 50-е годы XX века, изучение их характеристик является актуальным и в настоящее время в связи с усовершенствованием методов получения.

С открытием  фуллеренов и нанотрубок появилась  возможность синтеза композиционных материалов нового класса, в состав которых наряду с алмазной и/или  графитовой фазами входят фуллерены (C₆₀, C₇₀ и др.) и фуллереноподобные структуры (нанотрубки, эндофуллерены, ультрадисперсные агрегаты углерода и др.). Исследования таких материалов находятся лишь в начальной стадии.

Белорусским государственным  университетом совместно с УП "КБТЭМ-ОМО" разработаны автоматизированное оборудование и электродуговые технологии для промышленного производства новых углеродных материалов (фуллеренов, углеродных нанотрубок, ультрадисперсных агрегатов углерода), которые явились компонентами композиционных материалов разного типа.

Типы композиционных углеродных структур на основе аллотропных форм углерода, описываемых различными моделями.

Тип I (модель "кластерного  желе")

Материалы это  типа состоят из неимеющих дальнего порядка областей (кристаллоидов) с  различной гибридизацией электронных  состояний: sp³-гибридизацией (алмазоподобных), sp²-гибридизацией (графитоподобных), sp-гибридизацией (карбиноподобных).

Тип II (аморфно-кристаллитная  модель)

Материалы этого  типа состоят из кристаллитов алмаза и/или фуллерита, помещённых в аморфную матрицу. Материалы с вкраплёнными кристаллитами алмаза обладают повышенной твёрдостью и теплопроводностью и могут использоваться в качестве абразивного и теплопроводящего материала. Материалы с вкраплёнными кристаллитами фуллерита обладают нелинейными оптическими свойствами и могут использоваться в качестве преобразователя частоты оптического излучения и в качестве оптического ограничителя.

Тип III (модель "твёрдого раствора")

Материалы этого  типа состоят из кристаллической  углеродной основы, в которую внедрены молекулы фуллеренов. Такие материалы, сохраняя свойства основы, обладают более низким коэффициентом трения вследствие того, что молекулы фуллеренов играют роль молекулярных подшипников, и оптическими свойствами, обусловленными присутствием фуллеренов.

Тип IV (модель "волоконного каркаса")

Такие материалы  имеют в своей структуре углеродные волокна или нанотрубки в качестве армирующих элементов. Малая плотность  углеродных нанотрубок и нановолокон, большое значение модуля Юнга в направлении  оси трубки или волокна позволяет создавать высокопрочные, радиопрозрачные, радиационностойкие композиционные материалы с малой плотностью. Кроме того, такие материалы обладают высокой химической стойкостью и биологической совместимостью.