Alt om kompositt

De enkleste analogene til en kompositt som kommer til tankene for en nybegynner er konfektvaffel og trekryssfiner. I det første tilfellet er en kremaktig fylling plassert mellom kakene med mesh-fremspring. Det andre alternativet er vinkelrett anordnede lag av fiber, som er impregnert med en limsammensetning.

Kompositt er en kombinasjon av lag av forskjellige og forskjellige typer materialer som er forskjellige i en rekke fysiske, teknologiske og mekaniske egenskaper. Et av hovedkravene er nøytralitet, gitt av en betydelig likhet i de kjemiske egenskapene til lagene som brukes. Teknologiske og mekaniske, samt en rekke fysiske egenskaper til den resulterende kompositten skiller seg fra de analoge startparametrene til hvert av lagene separat.

Det er bare to typer mellomlag i et komposittmateriale: en matrise med celler og et fyllstoff. Den enkleste konstruksjonsanalogen til en kompositt er armert betong, dannet av en stålramme, rommet inne som (og delvis utenfor den) er fylt med betongstøping, som herdet og fikk styrke innen en måned fra datoen for støping av betongløsningen .

Strukturelt sett er komposittmaterialer fibrøst, dispersjonsherdet, delvis herdet (ikke å forveksle med delvis herding, nevnt i betydningen en viss forbedring i sammensetningsparametrene) og nanometrisk.

Eksempler på komposittmaterialer.

• Stempelpapir for penger og dokumenter som inneholder syntetiske hår som øker strekkfasthet og slitasje. De er også en av mange indikatorer på en billettforfalskning.
• Leirkloss med halm inkludert. Adobe-klossen får en viss motstand mot sprekkdannelse.
• Epoksylim med metall eller trepulver. Sistnevnte introduseres i sammensetningen for å spare epoksyharpiks.
• Karbon som brytes i flerveis påvirkninger. Den sprekker ikke bare når støt og vibrasjoner faller sammen i vektoren for deres påvirkning med retningen syklisten beveger seg i. Hvis du treffer en karbonsykkelramme flatt på en gjenstand, for eksempel en betongstolpe, vil karbonfiberen fly inn i fragmenter.
• Triplex - lag med glass foran og bak på bilen, holdt sammen av lag med celluloid. I tilfelle en ulykke er spredning av et stort antall kileformede fragmenter utelukket, noe som ofte resulterer i tap av synet for føreren som er involvert i en ulykke.

Så, panserglass for politi og militære kjøretøy er laget av tre eller flere lag herdet glass - den kan bare gjennombores med pansergjennomtrengende kuler eller skjell. Panserglass tilhører laminerte komposittmaterialer. Variasjonen av utviklinger som er tilgjengelige i dag deler komposittmaterialet inn i dusinvis av typer og varianter, som hver er etterspurt i markedet for konstruksjons- og reparasjonstjenester.

Så, det er speil, fyll, kvarts og andre komposittmaterialer designet for spesifikke bruksområder. Egenskapene til hver av disse artene skiller seg fra hverandre. For eksempel brenner ikke polymerfrie nano- og mikrokompositter.De forkulles bare når de varmes opp til minst hundrevis av grader Celsius, noe som forenkler bruken ved temperaturer som er uvanlige for romforhold.

Komposittmaterialer er produsert i henhold til følgende skjema. Først påføres matrisekomponenten på de forsterkende fibrene, deretter dannes bånd av den forsterkende ingrediensen og selve matrisen ved hjelp av en kompresjonsform. Det resulterende materialet presses ut, sintres, og et ekstra belegg påføres fibrene. Videre sendes det dannede sekundære materialet (neste trinn) for ny pressing, passerer stadiet med påføring av matrisen i form av sprøyting ved hjelp av plasma. Den tredje pressingen - klemme - er det siste stadiet. Dermed utføres kompresjon (pressing) minst tre ganger.

Naturlige komposittmaterialer er lette, holdbare og toppmoderne. De brukes hovedsakelig til fly, inkludert fly og missiler. Ukompliserte kompositter skapes av naturen selv, for eksempel treringer av tre, bark. Naturlige komposittmaterialer skapt av mennesker er leirstein, som inneholder sand, sement-sandblokker med tilsetning av sagflis og andre.

Glassfiber er anerkjent som en av de klassiske komposittfibrene. Det er en plastkompositt-tape som fester seg til alle slags overflater. Denne matrisen holder glassfibertrådene på plass. Takket være glassfilamentene presset på denne måten, er styrken til dette materialet sikret. Plast er iboende mykt og fleksibelt, mens glass er hardt og sprøtt.

Ved å kombinere disse egenskapene er det mulig å få et meget fleksibelt og samtidig solid materiale, hvor plast og glass utfyller hverandre. Kompositten brukes til fremstilling av karosseri til biler og motorbåter. Glasskompositt ruster eller oksiderer ikke.

Mer moderne byggematerialer som dukket opp mye senere inneholder metall, keramikk og/eller polymer som hovedstoff. Klassifiseringen av disse materialene tar også hensyn til ikke-metalliske tilsetningsstoffer, som flis eller støv. Plastforsterket trekompositt, eller komposittplate (og platemateriale laget av de samme ingrediensene), brukes i møbelproduksjon og veranda- eller dekkgulv.

Tre, knust og blandet med en polymer smeltet til en myk tilstand, brukes som et herdet dekkbelegg, som du kan gå på og til og med flytte møbler på: treplastplate eller -plate vil ikke knekke eller sprekke, da det er et solid materiale.

MDF - boks eller solid profil, som ikke bruker syntetisk harpiks eller plast, men utelukkende harpiks av naturlig opprinnelse. Tre knust til flis og støv impregneres med dette stoffet og passerer deretter gjennom sintrings- og pressetrinnene i ovnen. Vanlige produkter laget av MDF er dører og laminat av høy kvalitet. Under sintringen og herdingen av harpiksen polymeriserer de - det dannes en naturlig polymer, der trestøv oppløses (og flis fordeles).

Det enkleste eksemplet er en aluminium- eller magnesiumlegering forsterket med karbonfiber. Men aluminium kan suppleres med silisiumkarbid, og kobber-nikkel-sammensetningen kan suppleres med grafen, en undertype av karbonfiber.Komposittmaterialer med metallmatrise er sterke, har en akseptabel stivhet for å løse de fleste problemer, slitasjebestandige, motstandsdyktige mot oksidasjon og har relativ letthet sammenlignet med metallprodukter.

De er dyre og vanskelige å behandle. For eksempel er stempelelementer for dieselforbrenningsmotorer laget av moderne kompositter. Komposittkledning for fasaden er laget av aluminiumsplate, mellom lagene som plast helles. Farging er med på å gi en annen farge til en slik finish.

I stedet for metall er hovedmaterialet i den keramiske kompositten, som du kanskje gjetter, keramikk. For eksempel brukes borholdig glass basert på silikatinslutninger som dette elementet. Den fungerer som en sekundær matrisekomponent og er forsterket med karbonfiber eller keramiske inneslutninger, i rollen som silisiumkarbid brukes. Den keramiske kompositten tillater for eksempel å takle sprøheten til solid keramikk, og skaper en karakteristisk forsterkning for å overvinne fenomenet knekksprekker.

Karbonkarbidkompositt er et av de mest etterspurte produktene på markedet for komposittmaterialer., som gjør det mulig å oppnå en sammensetning som er foran karbonfiber og kompositt når det gjelder styrkeegenskaper og en indikator på påliteligheten til arbeidsstykker laget av et slikt stoff. En slik kompositt brukes for eksempel i produksjon av deler til et bremse- og clutchsystem i biler.

I dag stopper ikke utviklingen av mer moderne materialer, noe som vil erstatte de som allerede har penetrert markedet, som har titusenvis av typer produkter laget av dem. Så, dimensjonene til forsterkende fibre i nanoteknologi er 1000 ganger mindre enn deres lengre forgjengere. Et av fremtidens materialer er karbon nanorør, som for eksempel hockeykøller lages av. I dette eksemplet er nanokarbonfiberen belagt med et nikkel-kobolt-komposittmateriale. Denne køllen er nesten tre ganger så sterk og en femtedel mer knekkfri uten sprekker enn et tilsvarende produkt laget av stållegering.

Dispersjonsherdede komposittmaterialer klassifiseres som nanomaterialer der lengden på hovedfibrene bringes til en verdi på 100 nm. Men de siste årene har ti nanopartikler krympet i lengde til 10 nm – en lignende tilnærming brukes for eksempel i halvledere og ledere som danner en krystall av en mikroprosessor, mikrokontroller eller mikrokretser som danner et elektronisk minne. Strengt spesifiserte standarder brukes på komposittbjelker og paneler: for eksempel må stivheten (Youngs modul) være minst 130 gigapascal, materialene må motstå utmattingsslitasje og være dimensjonsstabile. Målet er å løse alle disse problemene samtidig. Ulemper - høye kostnader på grunn av økt kunnskapsintensiv belastning i utvikling, implementering og praktisk anvendelse av disse materialene.

Det russiske markedet for produksjon av CM utgjør bare 3% av eksportforsyningen på globalt nivå. Dette skyldes mangelen på enhetlige forskriftsdokumenter som forenkler produksjonen av komposittbyggematerialer, og inntil nylig ble 90% av råvarene for produksjon importert.

Så, produksjonen av karbonfiberarmert plast i Russland har nettopp begynt å utvikle seg, mens for eksempel Kina er en av de ledende produsentene av kompositt. Nye materialer, som russiske forskere også deltok i, er hovedsakelig basert på bruk av nanopartikler.

Komposittmaterialer brukes i flykonstruksjon for produksjon av visse motorkomponenter og flybærende konstruksjoner. Romindustrien bruker dem til produksjon av bærende og kledningskonstruksjoner for raketter og satellitter, som opplever sterk oppvarming når de går inn i bane. Bilindustrien bruker komposittmaterialer til karosseri og støtfangere. Gruveindustrien bruker CM som materiale for øvelser. Anleggsteknikk bruker CM til konstruksjon av elementer til broer og andre høyhus.

Hovedforutsetningen i forskjellige grener av maskinteknikk er letting av egenvekten til biler og spesialutstyr, alle typer kjøretøy: opptil 70 % av komponentene er ikke-metallisk materiale. Et selvutjevnende gulv (støpegulv), samt støpetrapper, innebærer bruk av en kompositt, der det, før det reagerer med luft, er en halvflytende, muligens sirupsaktig substans. Det er enkelt å påføre en slik kompositt på betongundergulvet ved hjelp av epoksylim der hovedfyllstoffet er oppløst.

Beregningen av muligheten for å bruke CM er basert på den viktigste parameteren - effektiviteten av bruken av passende teknologier. Metalliske og ikke-metalliske matriser ved fremstilling av en mer kompleks kompositt kan kombineres i en annen sekvens. Som et eksempel, et sykkeldekk, i en tredemølle hvor det brukes flere lag med forsterkende fiber: nylon, kevlar, tynn ståltråd og kompositt, som gjør det mulig å øke antall beskyttelseslinjer. Takket være disse teknologiene "griper" ikke syklister torner og glassbiter, wire, beveger seg langs siden av veien uten asfalt, grusveier og steinete veier.

Et slikt dekk vil gå ikke en, men ikke mindre enn tjue tusen kilometer før det er så slitt at dets punkteringer likevel vil bli en hyppig forekomst. Beregning av kostnadene for ett slikt dekk, hvor denne prislappen kan øke 10 ganger eller mer, lar deg dra nytte av en liten generell reduksjon i prisen, uten å bytte lignende dekk opptil 10 ganger (denne faktoren regnes som en tid brukt på reparasjonsmanipulasjoner) - når du passerer alle de samme 20 000 km på de samme dekkene.

I dette tilfellet er sykkeldekk en slags multikompositt, hvor det brukes flere forbedringslag (matriser), og ikke ett. Beregningen av produksjonen av en bestemt type komposittmateriale er basert på formen den brukes i. Forsterkende inneslutninger brukes som tråder, bånd, tynt stoff, fiber eller taukomponent. Mengden av herder i materialet i volum og vekt er 30-80 %, avhengig av formålet med en bestemt type kompositt.