Alt om komposit

De enkleste analoger af en komposit, der kommer til at tænke på for en begynder, er konfekturevaffel og trækrydsfiner. I det første tilfælde er en cremet fyldning placeret mellem kagerne med mesh fremspring. Den anden mulighed er vinkelret arrangerede lag af fiber, som er imprægneret med en klæbende sammensætning.

Komposit er en kombination af lag af forskellige og forskellige typer materialer, der adskiller sig i en række fysiske, teknologiske og mekaniske egenskaber. Et af hovedkravene er neutralitet, forudsat af en betydelig lighed i de kemiske egenskaber af de anvendte lag. Teknologiske og mekaniske såvel som en række fysiske egenskaber af den resulterende komposit adskiller sig fra de analoge indledende parametre for hvert af lagene separat.

Der er kun to typer mellemlag i et kompositmateriale: en matrix med celler og et fyldstof. Den enkleste konstruktionsanalog af en komposit er armeret beton, dannet af en stålramme, rummet inde i hvilket (og delvist uden for det) er fyldt med betonstøbning, som hærdede og fik styrke inden for en måned fra datoen for hældning af betonopløsningen .

Ved strukturel struktur er kompositmaterialer fibrøst, dispersionshærdet, delvist hærdet (ikke at forveksle med delvis hærdning, nævnt i betydningen en vis forbedring af sammensætningsparametrene) og nanometrisk.

Eksempler på kompositmaterialer.

• Stempelpapir til penge og dokumenter, der indeholder syntetiske hår, der øger rivestyrken og slidstyrken. De er også en af ​​de mange indikatorer på en billetforfalskning.
• Lersten med halm medfølger. Adobe mursten opnår en vis modstand mod revner.
• Epoxylim med metal eller træpulver. Sidstnævnte indføres i sammensætningen for at spare epoxyharpiks.
• Kulstof, der bryder i multidirektionelle påvirkninger. Det revner ikke kun, når stød og vibrationer falder sammen i vektoren for deres påvirkning med den retning, som cyklisten bevæger sig i. Hvis du rammer en carbon cykelramme fladt på en genstand, for eksempel en betonstolpe, så vil carbonfiberen flyve i fragmenter.
• Triplex - lag af glas på bilens for- og bagvisir, holdt sammen af ​​lag af celluloid. I tilfælde af en ulykke er spredning af et stort antal kileformede fragmenter udelukket, hvilket ofte resulterer i tab af synet for føreren, der er involveret i en ulykke.

Så, panserglas til politi- og militærkøretøjer er lavet af tre eller flere lag hærdet glas - den kan kun gennembores med panserbrydende kugler eller granater. Panserglas hører til laminerede kompositmaterialer. De mange forskellige udviklinger, der er tilgængelige i dag, opdeler kompositmaterialet i snesevis af typer og varianter, som hver især er meget efterspurgt på markedet for bygge- og reparationstjenester.

Så, der er spejl, fyld, kvarts og andre kompositmaterialer designet til specifikke applikationer. Karakteristikaene for hver af disse arter adskiller sig fra hinanden. For eksempel brænder polymerfri nano- og mikrokompositter ikke.De forkulles kun, når de opvarmes til mindst hundrede af grader Celsius, hvilket forenkler deres brug ved temperaturer, der er usædvanlige for rumforhold.

Kompositmaterialer fremstilles i henhold til følgende skema. Først påføres matrixkomponenten på de forstærkende fibre, derefter dannes båndene af den forstærkende ingrediens og selve matrixen ved hjælp af en kompressionsform. Det resulterende materiale presses ud, sintres, og en yderligere belægning påføres fibrene. Yderligere sendes det dannede sekundære materiale (det næste trin) til genpresning, passerer stadiet med påføring af matrixen i form af sprøjtning ved hjælp af plasma. Den tredje presning - klemning - er den sidste fase. Således udføres kompression (presning) mindst tre gange.

Naturlige kompositmaterialer er lette, holdbare og state of the art. De bruges hovedsageligt til fly, herunder fly og missiler. Ukomplicerede kompositter er skabt af naturen selv, for eksempel træringe af træ, bark. Naturlige kompositmaterialer skabt af mennesker er lersten, som indeholder sand, cement-sandblokke med tilsætning af savsmuld og andre.

Glasfiber er anerkendt som en af ​​de klassiske kompositfibre. Det er en plastik komposittape, der klæber til alle slags overflader. Denne matrix holder glasfibertrådene på plads. Takket være de på denne måde pressede glasfilamenter sikres styrken af ​​dette materiale. Plast er i sagens natur blødt og fleksibelt, mens glas er hårdt og skørt.

Ved at kombinere disse egenskaber er det muligt at opnå et meget fleksibelt og samtidig solidt materiale, hvor plast og glas komplementerer hinanden. Kompositten bruges til fremstilling af karrosseri til biler og motorbåde. Glaskomposit ruster eller oxiderer ikke.

Mere moderne byggematerialer, der dukkede op meget senere, indeholder metal, keramik og/eller polymer som hovedstoffet. Klassificeringen af ​​disse materialer tager også højde for ikke-metalliske tilsætningsstoffer, såsom træflis eller støv. Plastforstærket trækomposit, eller kompositplade (og plademateriale lavet af de samme ingredienser), bruges i møbelfremstilling og veranda- eller dækgulve.

Træ, knust og blandet med en polymer smeltet til en blød tilstand, bruges som en hærdet dækbeklædning, hvorpå du kan gå og endda flytte møbler: træplastplade eller -plade vil ikke knække eller revne, da det er et solidt materiale.

MDF - kasse eller massiv profil, som ikke bruger syntetisk harpiks eller plast, men udelukkende harpiks af naturlig oprindelse. Træ, der er knust til spåner og støv, imprægneres med dette stof og passerer derefter gennem sintrings- og presningsstadierne i ovnen. Almindelige produkter fremstillet af MDF er højkvalitetsdøre og laminat. Under sintringen og hærdningen af ​​harpiksen polymeriserer de - der dannes en naturlig polymer, hvori træstøv opløses (og spåner fordeles).

Det enkleste eksempel er en aluminium- eller magnesiumlegering forstærket med kulfiber. Men aluminium kan suppleres med siliciumcarbid, og kobber-nikkel-sammensætningen kan suppleres med grafen, en undertype af kulfiber.Kompositmaterialer med en metalmatrix er stærke, har en acceptabel stivhed til at løse de fleste problemer, slidstærke, modstandsdygtige over for oxidation og har relativ lethed i sammenligning med produkter, der udelukkende er af metal.

De er dyre og svære at behandle. For eksempel er stempelelementer til dieselforbrændingsmotorer lavet af moderne kompositter. Kompositbeklædning til facaden er lavet af pladealuminium, mellem lagene, hvoraf plast hældes. Farvning er med til at give en anden farve til en sådan finish.

I stedet for metal er hovedmaterialet i den keramiske komposit, som du måske kan gætte, keramik. For eksempel anvendes borholdigt glas fremstillet på basis af silikatinslutninger som dette element. Det tjener som en sekundær matrixkomponent og er forstærket med kulfiber eller keramiske indeslutninger, i rollen som siliciumcarbid anvendes. Den keramiske komposit gør det for eksempel muligt at klare skørheden af ​​solid keramik, hvilket skaber en karakteristisk forstærkning for at overvinde fænomenet med knækrevner.

Carbon-carbid komposit er et af de mest efterspurgte produkter på markedet for kompositmaterialer., hvilket gør det muligt at opnå en sammensætning, der er foran kulfiber og komposit med hensyn til dets styrkeegenskaber og en indikator for pålideligheden af ​​emner fremstillet af et sådant stof. En sådan komposit bruges for eksempel til fremstilling af dele til et bremse- og koblingssystem i biler.

I dag stopper udviklingen af ​​mere moderne materialer ikke, som ville erstatte dem, der allerede er trængt ind på markedet, som har titusindvis af typer produkter lavet af dem. Så, dimensionerne af forstærkende fibre i nanoteknologi er 1000 gange mindre end deres længere forgængere. Et af fremtidens materialer er kulstof-nanorør, som der for eksempel laves hockeystave af. I dette eksempel er nanocarbonfiberen belagt med et nikkel-kobolt-kompositmateriale. Denne kølle er næsten tre gange så stærk og en femtedel mere knækfri uden revner end et tilsvarende produkt lavet af stållegering.

Dispersionshærdede kompositmaterialer klassificeres som nanomaterialer, hvor længden af ​​hovedfibrene bringes til en værdi på 100 nm. Men i de senere år er ti nanopartikler skrumpet i længden til 10 nm – en lignende tilgang bruges for eksempel i halvledere og ledere, der danner en krystal af en mikroprocessor, mikrocontroller eller mikrokredsløb, der danner en elektronisk hukommelse. Strengt specificerede standarder anvendes på kompositbjælker og paneler: for eksempel skal stivheden (Youngs modul) være mindst 130 gigapascal, materialer skal modstå udmattelsesslid og være formstabile. Målet er at løse alle disse problemer på samme tid. Ulemper - høje omkostninger på grund af den øgede videnintensive belastning i udvikling, implementering og praktisk anvendelse af disse materialer.

Det russiske marked for produktion af CM udgør kun 3% af eksportforsyningerne på verdensplan. Dette skyldes manglen på ensartede reguleringsdokumenter, der forenkler produktionen af ​​sammensatte byggematerialer, og indtil for nylig blev 90% af råvarer til produktion importeret.

Så, produktionen af ​​kulfiberforstærket plast i Rusland er netop begyndt at udvikle sig, mens for eksempel Kina er en af ​​de førende producenter af komposit. Nye materialer, i skabelsen af ​​hvilke russiske forskere også deltog, er hovedsageligt baseret på brugen af ​​nanopartikler.

Kompositmaterialer anvendes i flykonstruktioner til fremstilling af visse motorkomponenter og flybærende strukturer. Rumindustrien bruger dem til produktion af bærende og beklædningsstrukturer til raketter og satellitter, som oplever stærk opvarmning, når de kommer ind i kredsløb. Bilindustrien bruger kompositmaterialer til karrosseri og kofangere. Mineindustrien bruger CM som materiale til boremaskiner. Anlæg anvender CM til konstruktion af elementer til broer og andre højhuse.

Hovedforudsætningen i forskellige grene af maskinteknik er lette egenvægten af ​​biler og specialudstyr, alle slags køretøjer: op til 70 % af komponenterne er ikke-metalliske materialer. Et selvnivellerende gulv (støbende gulve) samt støbetrapper involverer brug af en komposit, hvori der, før det reagerer med luft, er et halvflydende, muligvis sirupsagtigt stof. Denne komposit kan nemt påføres betonundergulvet ved hjælp af epoxylim, hvori basisfyldstoffet er opløst.

Beregningen af ​​gennemførligheden af ​​at bruge CM er baseret på den vigtigste parameter - effektiviteten af ​​brugen af ​​passende teknologier. Metalliske og ikke-metalliske matricer i fremstillingen af ​​en mere kompleks komposit kan kombineres i en anden rækkefølge. For eksempel et cykeldæk, i et løbebånd, hvoraf der er brugt flere lag armeringsfiber: nylon, kevlar, tynd ståltråd og compound, som gør det muligt at øge antallet af beskyttelseslinjer. Takket være disse teknologier "griber" cyklister ikke torne og stykker af glas, tråd, bevæger sig langs siden af ​​vejen uden asfalt, jordveje og stenede veje.

Et sådant dæk vil gå ikke én, men ikke mindre end tyve tusinde kilometer, før det er slidt så meget, at dets punkteringer alligevel vil blive en hyppig begivenhed. Beregning af prisen på et sådant dæk, hvor dette prismærke kan stige 10 gange eller mere, giver dig mulighed for at drage fordel af en lille generel reduktion i prisen uden at skifte lignende dæk op til 10 gange (denne faktor betragtes som en brugt tid på reparationsmanipulationer) - når du passerer alle de samme 20.000 km på de samme dæk.

I dette tilfælde er cykeldæk en slags multi-komposit, hvor der bruges flere forbedringslag (matricer), og ikke ét. Beregningen af ​​produktionen af ​​en bestemt type kompositmateriale er baseret på den form, det bruges i. Forstærkende indeslutninger bruges som tråde, bånd, tyndt stof, fibrøst eller rebkomponent. Mængden af ​​hærder i materialet efter volumen og vægt er 30-80 %, afhængig af formålet med en bestemt type komposit.