Vse o kompozitu

Najenostavnejši analogi kompozita, ki pridejo na misel začetniku, so slaščičarski oblati in lesene vezane plošče. V prvem primeru se med kolači z mrežastimi robovi nahaja kremasto polnjenje. Druga možnost so pravokotne plasti vlaken, ki so impregnirane z lepilom.

Kompozit je kombinacija plasti heterogenih in različnih vrst materialov, ki se razlikujejo po številnih fizikalnih, tehnoloških in mehanskih lastnostih. Ena glavnih zahtev je nevtralnost, ki jo zagotavlja pomembna podobnost kemičnih lastnosti uporabljenih slojev. Tehnološke in mehanske ter številne fizikalne lastnosti nastalega kompozita se razlikujejo od podobnih začetnih parametrov vsake od plasti posebej.

V kompozitnem materialu obstajata le dve vrsti vmesnih slojev: matrika s celicami in polnilo. Najenostavnejši konstrukcijski analog kompozita je armirani beton, sestavljen iz jeklenega okvirja, katerega prostor znotraj (in delno zunaj njega) je napolnjen z betonskim izlivom, ki se strdi in pridobi moč v enem mesecu od datuma vlivanja betonske raztopine. .

Po strukturni zgradbi so kompozitni materiali vlaknato, disperzijsko utrjeno, delno utrjeno (ne zamenjujte z delnim utrjevanjem, ki se omenja v smislu določenega izboljšanja parametrov sestave) in nanometrični.

Primeri kompozitnih materialov.

• Reliefni papir za denar in dokumente, ki vsebuje sintetične dlake, ki povečajo natezno trdnost in obrabo. In so tudi eden od mnogih indikatorjev prisotnosti ponarejene vstopnice.
• Opeke iz gline, v katere je vključena slama. Opeka adobe pridobi nekaj odpornosti proti razpokam.
• Epoksi lepilo s kovinskim ali lesnim prahom. Slednji se vnese v sestavo, da se prihrani epoksidna smola.
• Karbon, ki se zlomi pri večsmernih udarcih. Ne poči le ob udarcih in tresljajih, ki v svojem vektorju delovanja sovpadajo s smerjo, v kateri se premika kolesar. Če okvir kolesa iz ogljikovih vlaken plosko udarite ob kateri koli predmet, na primer betonski drog, se bodo ogljikova vlakna razletela na drobce.
• Triplex - plasti stekla na sprednjem in zadnjem vizirju avtomobila, pritrjene s plastmi celuloida. V primeru nesreče je izključeno razprševanje velikega števila klinastih drobcev, ki se pogosto končajo z izgubo vida voznika, udeleženega v nesreči.

Torej, neprebojna stekla za policijska in vojaška vozila so izdelana iz treh ali več plasti kaljenega stekla - lahko ga prebijejo samo oklepne krogle ali granate. Oklepno steklo se nanaša na večplastne kompozitne materiale.Raznolikost razvoja, ki je danes na voljo, deli kompozitni material na desetine vrst in sort, od katerih je vsaka v velikem povpraševanju na trgu gradbenih in popravilnih storitev.

Torej, Obstajajo ogledala, polnila, kremen in drugi kompozitni materiali, zasnovani za posebne namene. Značilnosti vsake od teh vrst se med seboj razlikujejo. Nano- in mikrokompoziti, ki ne vsebujejo polimerov, na primer ne gorijo. Zoglenijo šele, ko se segrejejo na najmanj sto stopinj Celzija, kar poenostavlja njihovo uporabo pri temperaturah, neobičajnih za sobne razmere.

Kompozitni materiali se proizvajajo po naslednji shemi. Najprej se matrična komponenta nanese na ojačitvena vlakna, nato se s pomočjo kalupa za stiskanje oblikujejo trakovi ojačitvene sestavine in same matrice. Nastali material iztisnemo, sintramo in na vlakna nanesemo dodatno prevleko. Nadalje se nastali sekundarni material (naslednja stopnja) pošlje v ponovno stiskanje, gre skozi stopnjo nanašanja matrice v obliki brizganja s plazmo. Tretje stiskanje - stiskanje - je zadnja faza. Tako se stiskanje (stiskanje) izvede vsaj trikrat.

Naravne kompozitne materiale odlikuje majhna teža, precejšnja trdnost in vrhunska zmogljivost. Uporabljajo se predvsem za letala, vključno z letali in raketami. Enostavne kompozite je že ustvarila narava sama, na primer letne obroče iz lesa, lubja. Naravni kompozitni materiali, ki jih je ustvaril človek - opeke iz gline, ki vsebuje pesek, cementno-peščeni bloki z dodatkom žagovine in drugi.

Steklena vlakna so priznana kot eno izmed klasičnih kompozitnih vlaken. Gre za plastični trak iz kompozita, ki se lepi na različne površine. Ta matrica drži pramene iz steklenih vlaken na mestu. Zahvaljujoč tako stisnjenim steklenim nitim je zagotovljena trdnost tega materiala. Plastika je sprva mehka in prožna, steklo pa trdo in krhko strukturo.

S kombinacijo teh lastnosti je mogoče dobiti zelo fleksibilen in hkrati trden material, v katerem se plastika in steklo dopolnjujeta. Kompozit se uporablja za izdelavo karoserije avtomobilov in motornih čolnov. Stekleni kompozit ne bo rjavel ali oksidiral.

Sodobnejši gradbeni materiali, ki so se pojavili veliko kasneje, vsebujejo kovino, keramiko in / ali polimer kot glavno snov. Pri klasifikaciji teh materialov so upoštevani tudi nekovinski dodatki, kot so lesni sekanci ali prah. S plastiko ojačan lesni kompozit ali kompozitna plošča (in pločevina iz istih sestavin) se uporablja pri izdelavi pohištva in pri organizaciji talne obloge na verandi ali terasi.

Les, zdrobljen in pomešan s polimerom, stopljenim do mehkega stanja, se uporablja kot utrjen pod, po katerem lahko hodite in celo premikate pohištvo: leseno-plastična plošča ali plošča se ne bo zlomila ali počila, saj je trden material.

MDF - škatla ali trdni profil, ki ne uporablja sintetične smole ali plastike, temveč izključno smole naravnega izvora. Les, zdrobljen v sekance in prah, je impregniran s to snovjo, nato pa gre skozi stopnje sintranja in stiskanja v peči. Pogosti izdelki iz MDF so vrata in visokokakovosten laminat. Med sintranjem in strjevanjem smole polimerizirajo - nastane naravni polimer, v katerem je raztopljen lesni prah (in se razporedi sekance).

Najenostavnejši primer je aluminijeva ali magnezijeva zlitina, ojačana z ogljikovimi vlakni. Toda aluminij je mogoče dopolniti tudi s silicijevim karbidom, sestavo bakra in niklja pa z grafenom, podvrsto ogljikovih vlaken. Kompozitni materiali s kovinsko matriko so močni, imajo sprejemljivo togost za reševanje večine problemov, so odporni proti obrabi, odporni proti oksidaciji in relativno lahki v primerjavi s popolnoma kovinskimi izdelki.

So dragi in jih je težko obdelati. Iz sodobnih kompozitov so na primer izdelani batni elementi za dizelske motorje z notranjim zgorevanjem. Kompozitni tir za fasado je izdelan iz aluminijaste pločevine, med plasti katere je vlita plastika. Barvanje pomaga dati drugačno barvo takšnemu zaključku.

Namesto kovine je bila glavni material v keramičnem kompozitu, kot lahko ugibate, keramika. Kot ta element se na primer uporablja steklo, ki vsebuje bor, izdelano na osnovi silikatnih vključkov. Služi kot sekundarna matrična komponenta in je ojačana z ogljikovimi vlakni ali keramičnimi vključki, v vlogi katerih se uporablja silicijev karbid. Keramični kompozit omogoča, na primer, obvladovanje krhkosti trdne keramike z zagotavljanjem značilne ojačitve za premagovanje pojava razpok zaradi pregibov.

Kompozit karbid-ogljikovih vlaken je eden najbolj priljubljenih kompozitnih materialov na trgu., kar omogoča pridobitev sestave, ki je pred ogljikovimi vlakni in kompozitom glede na njegove trdnostne lastnosti in kazalnik zanesljivosti surovcev, izdelanih iz takšne snovi. Takšen kompozit se uporablja na primer pri izdelavi delov za avtomobilski zavorni sistem in sistem sklopke.

Danes se razvoj sodobnejših materialov, ki bi nadomestili tiste, ki so že prodrli na trg in šteje več deset tisoč vrst izdelkov iz njih, ne ustavlja. Torej, velikosti ojačitvenih vlaken v nanotehnologijah so 1000-krat manjše od njihovih daljših predhodnikov. Eden od materialov prihodnosti so ogljikove nanocevke, iz katerih na primer izdelujejo hokejske palice. V tem primeru je nanoogljikovo vlakno prevlečeno s kompozitnim materialom nikelj-kobalt. Ta palica je skoraj trikrat močnejša in je za petino večja verjetnost, da se bo prepognila, ne da bi počila, kot primerljiv izdelek iz jeklene zlitine.

Kompozitni materiali, utrjeni z disperzijo, se imenujejo nanomateriali, pri katerih je velikost glavnih vlaken po dolžini dosežena na vrednost 100 nm. Toda v zadnjih desetih letih so nanodelce skrajšali na 10 nm – podoben pristop se uporablja na primer pri polprevodnikih in prevodnikih, ki tvorijo kristal mikroprocesorja, mikrokrmilnika ali mikrovezja, ki tvorijo elektronski pomnilnik. Togi standardi veljajo za kompozitne nosilce in plošče: na primer, togost (Youngov modul) mora biti vsaj 130 gigapaskalov, materiali morajo biti odporni proti obrabi zaradi utrujenosti in biti dimenzijsko stabilni. Cilj je rešiti vse te težave hkrati. Slabosti - visoki stroški zaradi povečane znanstveno intenzivne delovne obremenitve pri razvoju, implementaciji in praktični uporabi teh materialov.

Ruski trg za proizvodnjo CM je le 3% izvoznih dobav na svetovni ravni. To je posledica pomanjkanja enotnih regulativnih dokumentov, ki poenostavljajo proizvodnjo kompozitnih gradbenih materialov, do nedavnega pa je bilo 90% surovin za proizvodnjo uvoženih.

Torej, Proizvodnja CFRP v Rusiji se je šele začela razvijati, medtem ko je na primer Kitajska ena vodilnih proizvajalk kompozitov. Novi materiali, pri ustvarjanju katerih so sodelovali tudi ruski znanstveniki, temeljijo predvsem na uporabi nanodelcev.

Kompozitni materiali se uporabljajo v letalski industriji za izdelavo nekaterih komponent motorjev in nosilne konstrukcije letal. Vesoljska industrija jih uporablja za izdelavo nosilnih in obložnih konstrukcij za rakete in satelite, ki se ob vstopu v orbito močno segrejejo. Avtomobilska industrija uporablja kompozit za karoserijo in odbijače. Rudarska industrija uporablja CM kot material za svedre. Gradbeništvo uporablja CM za gradnjo elementov mostov in drugih visokih objektov.

Glavni predpogoj v različnih vejah strojništva je zmanjšati lastno težo avtomobilov in posebne opreme, vseh vrst vozil: do 70 % komponent je nekovinski material. Samorazlivna tla (polnilna tla), kot tudi zalivanje stopnic, vključuje uporabo kompozita, v katerem je, preden reagira z zrakom, poltekoča, po možnosti sirupasta snov. Takšen kompozit je enostavno nanesti na betonsko podlago podlage z epoksi lepilom, v katerem je raztopljeno glavno polnilo.

Osnova za izračun izvedljivosti uporabe CM je najpomembnejši parameter - učinkovitost uporabe ustreznih tehnologij. Kovinske in nekovinske matrice se lahko kombinirajo v različnih zaporedjih pri izdelavi kompleksnejšega kompozita. Kot primer kolesarska pnevmatika, v tekalni stezi katere je uporabljenih več plasti ojačitvenih vlaken: kapron, kevlar, tanka jeklena žica in spojina, ki omogočajo povečanje števila zaščitnih linij. Zahvaljujoč tej tehnologiji kolesarji ne "zgrabijo" trnov in kosov stekla, žice, ki se gibljejo po cesti brez asfalta, temeljnih premazov in kamnitih cest.

Takšna pnevmatika bo prevozila ne enega, ampak vsaj dvajset tisoč kilometrov, preden se bo toliko obrabila, da bodo njene luknje še vedno pogost pojav. Izračun stroškov ene takšne pnevmatike, pri katerem se lahko ta cena zviša za 10-krat ali več, vam omogoča, da izkoristite majhno skupno znižanje cene, ne da bi podobne pnevmatike menjali do 10-krat (ta faktor se šteje kot čas, porabljen za popravila) - pri prehodu vseh istih 20.000 km na isti gumi.

V tem primeru so kolesarske pnevmatike nekakšen multikompozit, kjer je uporabljenih več izboljševalnih slojev (matrik) in ne le ena. Izračun proizvodnje določene vrste kompozitnega materiala temelji na obliki, v kateri se uporablja. Ojačitveni vključki se uporabljajo kot niti, trakovi, tanke tkanine, vlaknaste ali vlečne komponente. Količina trdilca v materialu glede na prostornino in maso je 30-80%, odvisno od namena posamezne vrste kompozita.