Allt om komposit

De enklaste analogerna av en komposit som kommer att tänka på för en nybörjare är konfektyrvåfflor och träplywood. I det första fallet ligger en krämig fyllning mellan kakorna med nätutsprång. Det andra alternativet är vinkelrätt anordnade fiberskikt, som är impregnerade med en limkomposition.

Komposit är en kombination av skikt av olika och olika typer av material som skiljer sig åt i ett antal fysiska, tekniska och mekaniska egenskaper. Ett av huvudkraven är neutralitet, som tillhandahålls av en betydande likhet i de kemiska egenskaperna hos de använda skikten. Teknologiska och mekaniska, såväl som ett antal fysikaliska egenskaper hos den erhållna kompositen skiljer sig från de analoga initiala parametrarna för vart och ett av lagren separat.

Det finns bara två typer av mellanskikt i ett kompositmaterial: en matris med celler och ett fyllmedel. Den enklaste konstruktionsanalogen av en komposit är armerad betong, bildad av en stålram, utrymmet inuti vilket (och delvis utanför den) är fyllt med betonggjutning, som härdade och fick styrka inom en månad från datumet för gjutning av betonglösningen .

Strukturellt är kompositmaterial fibrös, dispersionshärdad, delvis härdad (inte att förväxla med partiell härdning, nämnt i betydelsen en viss förbättring av sammansättningsparametrarna) och nanometrisk.

Exempel på kompositmaterial.

• Stämpelpapper för pengar och dokument som innehåller syntetiska hårstrån som ökar draghållfastheten och nötningsbeständigheten. De är också en av många indikatorer på en biljettförfalskning.
• Lertegel med halm ingår. Adobe-tegelstenen får visst motstånd mot sprickbildning.
• Epoxilim med metall eller träpulver. Den senare införs i kompositionen för att spara epoxiharts.
• Kol som bryter sönder i flera riktningar. Den spricker inte bara när stötar och vibrationer sammanfaller i vektorn för deras påverkan med den riktning i vilken cyklisten rör sig. Om du slår en cykelram av kolfiber platt på något föremål, till exempel en betongstolpe, kommer kolfibern att splittras i fragment.
• Triplex - lager av glas på bilens främre och bakre visir, hålls samman av lager av celluloid. Vid en olycka utesluts spridning av ett stort antal kilformade fragment, vilket ofta resulterar i att föraren som är inblandad i en olycka förlorar synen.

Så, pansarglas för polis- och militärfordon är tillverkat av tre eller flera lager härdat glas - den kan endast genomborras med pansargenomträngande kulor eller granater. Pansarglas tillhör laminerade kompositmaterial. Mångfalden av utvecklingar som finns tillgängliga idag delar upp kompositmaterialet i dussintals typer och varianter, som var och en är mycket efterfrågad på marknaden för bygg- och reparationstjänster.

Så, det finns spegel, fyllning, kvarts och andra kompositmaterial utformade för specifika applikationer. Egenskaperna för var och en av dessa arter skiljer sig från varandra. Till exempel brinner inte polymerfria nano- och mikrokompositer.De förkolnas endast när de värms upp till minst hundratals grader Celsius, vilket förenklar användningen vid temperaturer ovanliga för rumsförhållanden.

Kompositmaterial tillverkas enligt följande schema. Först appliceras matriskomponenten på de förstärkande fibrerna, sedan formas banden av den förstärkande ingrediensen och själva matrisen med hjälp av en kompressionsform. Det resulterande materialet pressas ut, sintras och en ytterligare beläggning appliceras på fibrerna. Vidare skickas det bildade sekundära materialet (nästa steg) för återpressning, passerar steget att applicera matrisen i form av sprutning med hjälp av plasma. Den tredje pressningen - klämning - är det sista steget. Således utförs kompression (pressning) minst tre gånger.

Naturliga kompositmaterial är lätta, hållbara och toppmoderna. De används främst för flygplan, inklusive flygplan och missiler. Okomplicerade kompositer skapas av naturen själv, till exempel trädringar av trä, bark. Naturliga kompositmaterial skapade av människan är lertegel, som innehåller sand, cement-sandblock med tillsats av sågspån och andra.

Glasfiber är erkänt som en av de klassiska kompositfibrerna. Det är en plastkomposittejp som fäster på alla typer av ytor. Denna matris håller glasfibersträngarna på plats. Tack vare glasfilamenten som pressas på detta sätt säkerställs hållfastheten hos detta material. Plast är till sin natur mjuk och flexibel, medan glas är hårt och sprött.

Genom att kombinera dessa egenskaper är det möjligt att få ett mycket flexibelt och samtidigt gediget material där plast och glas kompletterar varandra. Kompositen används för tillverkning av karosser för bilar och motorbåtar. Glaskomposit rostar eller oxiderar inte.

Mer moderna byggmaterial som dök upp mycket senare innehåller metall, keramik och/eller polymer som huvudämne. Klassificeringen av dessa material tar även hänsyn till icke-metalliska tillsatser, såsom träflis eller damm. Plastförstärkt träkomposit, eller kompositskiva (och plåtmaterial gjorda av samma ingredienser), används vid möbeltillverkning och veranda- eller däckgolv.

Trä, krossat och blandat med en polymer smält till ett mjukt tillstånd, används som ett härdat däck, på vilket du kan gå och till och med flytta möbler: träplastskiva eller -plåt går inte sönder eller spricker, eftersom det är ett fast material.

MDF - box eller solid profil, som inte använder syntetiskt harts eller plast, utan uteslutande hartser av naturligt ursprung. Trä som krossats till flis och damm impregneras med detta ämne och passerar sedan genom sintrings- och pressningsstegen i ugnen. Vanliga produkter tillverkade av MDF är högkvalitativa dörrar och laminat. Under sintringen och härdningen av hartset polymeriserar de - en naturlig polymer bildas, i vilken trädamm löses upp (och flis fördelas).

Det enklaste exemplet är en aluminium- eller magnesiumlegering förstärkt med kolfiber. Men aluminium kan kompletteras med kiselkarbid, och koppar-nickel-sammansättningen kan kompletteras med grafen, en undertyp av kolfiber.Kompositmaterial med metallmatris är starka, har en acceptabel styvhet för att lösa de flesta problem, slitstarka, motståndskraftiga mot oxidation och har relativ lätthet i jämförelse med helmetallprodukter.

De är dyra och svåra att bearbeta. Till exempel är kolvelement för dieselförbränningsmotorer gjorda av moderna kompositer. Kompositbeklädnad för fasaden är gjord av plåtaluminium, mellan skikten av vilken plast hälls. Färgning hjälper till att ge en annan färg till en sådan finish.

Istället för metall är huvudmaterialet i den keramiska kompositen, som du kan gissa, keramik. Till exempel används borinnehållande glas baserat på silikatinslutningar som detta element. Den fungerar som en sekundär matriskomponent och är förstärkt med kolfiber eller keramiska inneslutningar, i vilken roll kiselkarbid används. Den keramiska kompositen tillåter till exempel att klara sprödheten hos solid keramik, vilket skapar en karakteristisk förstärkning för att övervinna fenomenet med knäcksprickor.

Kol-karbidkomposit är en av de mest efterfrågade produkterna på marknaden för kompositmaterial., vilket gör det möjligt att erhålla en komposition som ligger före kolfiber och komposit när det gäller dess hållfasthetsegenskaper och en indikator på tillförlitligheten hos arbetsstycken gjorda av ett sådant ämne. En sådan komposit används till exempel vid tillverkning av delar till ett broms- och kopplingssystem för bilar.

Idag slutar inte utvecklingen av mer moderna material, vilket skulle ersätta de som redan har penetrerat marknaden, som har tiotusentals typer av produkter tillverkade av dem. Så, dimensionerna på förstärkningsfibrer inom nanoteknik är 1000 gånger mindre än deras längre föregångare. Ett av framtidens material är kolnanorör, av vilka till exempel hockeyklubbor tillverkas. I detta exempel är nanokolfibern belagd med ett nickel-kobolt-kompositmaterial. Denna klubba är nästan tre gånger så stark och en femtedel mer knäckfri utan sprickbildning än en liknande produkt gjord av stållegering.

Dispersionshärdade kompositmaterial klassificeras som nanomaterial där längden på huvudfibrerna bringas till ett värde av 100 nm. Men på senare år har tio nanopartiklar krympt i längd till 10 nm – ett liknande tillvägagångssätt används till exempel i halvledare och ledare som bildar en kristall av en mikroprocessor, mikrokontroller eller mikrokretsar som bildar ett elektroniskt minne. Strikt specificerade standarder tillämpas på kompositbalkar och paneler: till exempel måste styvheten (Youngs modul) vara minst 130 gigapascal, material måste motstå utmattningsslitage och vara formstabila. Målet är att lösa alla dessa problem samtidigt. Nackdelar - hög kostnad på grund av den ökade kunskapsintensiva belastningen vid utveckling, implementering och praktisk tillämpning av dessa material.

Den ryska marknaden för produktion av CM står bara för 3% av exportförsörjningen på global nivå. Detta beror på bristen på enhetliga regleringsdokument som förenklar produktionen av sammansatta byggmaterial, och fram till nyligen importerades 90% av råvarorna för produktionen.

Så, produktionen av kolfiberarmerad plast i Ryssland har precis börjat utvecklas, medan till exempel Kina är en av de ledande tillverkarna av komposit. Nya material, i skapandet av vilka ryska forskare också deltog, baseras huvudsakligen på användningen av nanopartiklar.

Kompositmaterial används i flygplanskonstruktioner för tillverkning av vissa motorkomponenter och flygplans bärande strukturer. Rymdindustrin använder dem för produktion av bärande och beklädnadsstrukturer för raketer och satelliter, som upplever stark uppvärmning när de går in i omloppsbana. Bilindustrin använder komposit för tillverkning av karosser och stötfångare. Gruvindustrin använder CM som material för borrar. Anläggningen använder CM för konstruktion av broelement och andra höghus.

Huvudförutsättningen inom olika grenar av maskinteknik är att lätta på egenvikten hos bilar och specialutrustning, alla typer av fordon: upp till 70 % av komponenterna är icke-metalliska material. Ett självutjämnande golv (gjutgolv), såväl som gjuttrappor, innebär användning av en komposit, i vilken det, innan det reagerar med luft, finns en halvflytande, eventuellt sirapsliknande substans. Denna komposit kan enkelt appliceras på betongundergolvet med hjälp av epoxilim i vilket basfyllmedlet är löst.

Beräkningen av möjligheten att använda CM baseras på den viktigaste parametern - effektiviteten av användningen av lämplig teknik. Metalliska och icke-metalliska matriser vid tillverkning av en mer komplex komposit kan kombineras i en annan sekvens. Som ett exempel, ett cykeldäck, i ett löpband av vilket flera lager av förstärkningsfiber används: nylon, kevlar, tunn ståltråd och blandning, vilket gör det möjligt att öka antalet skyddslinjer. Tack vare dessa tekniker "griper" cyklister inte taggar och bitar av glas, tråd, rör sig längs sidan av vägen utan asfalt, grusvägar och steniga vägar.

Ett sådant däck kommer att gå inte en, men inte mindre än tjugo tusen kilometer innan det slits så mycket att dess punkteringar ändå kommer att bli en frekvent företeelse. Beräkning av kostnaden för ett sådant däck, till vilket denna prislapp kan öka 10 gånger eller mer, gör att du kan dra nytta av en liten allmän prissänkning, utan att byta liknande däck upp till 10 gånger (denna faktor betraktas som en tid som spenderas på reparationsmanipulationer) - när du passerar alla dessa samma 20 000 km på samma däck.

I det här fallet är cykeldäck en sorts multikomposit, där flera förstärkningslager (matriser) används, och inte ett. Beräkningen av produktionen av en viss typ av kompositmaterial baseras på den form i vilken den används. Förstärkande inneslutningar används som trådar, tejper, tunna tyger, fibrösa eller repkomponenter. Mängden härdare i materialet i volym och vikt är 30-80 %, beroende på syftet med en viss typ av komposit.