Kaikki komposiitista

Aloittelijan mieleen tulevat komposiitin yksinkertaisimmat analogit ovat makeisvohveli ja puuvaneri. Ensimmäisessä tapauksessa kermainen täyte sijaitsee verkkoulokkeilla varustettujen kakkujen välissä. Toinen vaihtoehto on kohtisuoraan järjestetyt kuitukerrokset, jotka on kyllästetty liimakoostumuksella.

Komposiitti on yhdistelmä erilaisten ja erityyppisten materiaalien kerroksia, jotka eroavat useiden fysikaalisten, teknisten ja mekaanisten ominaisuuksien osalta. Yksi tärkeimmistä vaatimuksista on neutraalisuus, jonka tarjoaa käytettyjen kerrosten kemiallisten ominaisuuksien merkittävä samankaltaisuus. Tuloksena olevan komposiitin teknologiset ja mekaaniset sekä monet fysikaaliset ominaisuudet eroavat kunkin kerroksen analogisista alkuparametreista erikseen.

Komposiittimateriaalissa on vain kahden tyyppisiä välikerroksia: solumatriisi ja täyteaine. Komposiitin yksinkertaisin rakennusanalogi on teräsbetoni, joka muodostuu teräsrungosta, jonka sisällä (ja osittain sen ulkopuolella) oleva tila on täytetty betonivalulla, joka kovetti ja vahvistui kuukauden kuluessa betoniliuoksen kaatopäivästä. .

Rakenteellisesti komposiittimateriaalit ovat kuitumainen, dispersiokarkaistu, osittain kovetettu (ei pidä sekoittaa osittaiseen kovettumiseen, mainitaan siinä mielessä, että koostumusparametreja on parannettu) ja nanometrinen.

Esimerkkejä komposiittimateriaaleista.

• Leimapaperi rahalle ja asiakirjoille, jotka sisältävät synteettisiä karvoja, jotka lisäävät vetolujuutta ja hankausta. Ne ovat myös yksi monista lipunväärennösten osoittimista.
• Mukana savitiilet oljilla. Adobe-tiili saa jonkin verran vastustuskykyä halkeilua vastaan.
• Epoksiliima metalli- tai puujauheella. Jälkimmäinen lisätään koostumukseen epoksihartsin säästämiseksi.
• Hiili, joka hajoaa monisuuntaisissa iskuissa. Se ei halkeile vain silloin, kun iskut ja tärinät osuvat iskuvektorissa yhteen pyöräilijän liikkumissuunnan kanssa. Jos osut hiilipyörän runkoon tasaisesti mihin tahansa esineeseen, esimerkiksi betonitolppaan, hiilikuitu hajoaa palasiksi.
• Triplex - lasikerrokset auton etu- ja takavisiirissä, joita pitävät yhdessä selluloidikerrokset. Onnettomuustapauksessa suuren määrän kiilanmuotoisten sirpaleiden leviäminen ei ole mahdollista, mikä usein johtaa onnettomuuteen joutuneen kuljettajan näkökyvyn menetykseen.

Niin, poliisi- ja sotilasajoneuvojen panssaroitu lasi on valmistettu kolmesta tai useammasta karkaistusta lasikerroksesta - se voidaan lävistää vain panssaria lävistävillä luodeilla tai kuorilla. Panssaroitu lasi kuuluu laminoituihin komposiittimateriaaleihin. Nykyään saatavilla olevat kehitysmahdollisuudet jakavat komposiittimateriaalin kymmeniin tyyppeihin ja lajikkeisiin, joista jokaisella on suuri kysyntä rakennus- ja korjauspalvelumarkkinoilla.

Niin, on peili-, täyte-, kvartsi- ja muita komposiittimateriaaleja, jotka on suunniteltu tiettyihin sovelluksiin. Kunkin näiden lajien ominaisuudet eroavat toisistaan. Esimerkiksi polymeerittomat nano- ja mikrokomposiitit eivät pala.Ne hiiltyvät vain kuumennettaessa vähintään satoihin celsiusasteisiin, mikä yksinkertaistaa niiden käyttöä huoneolosuhteille epätavallisissa lämpötiloissa.

Komposiittimateriaalit valmistetaan seuraavan kaavion mukaisesti. Ensin matriisikomponentti levitetään lujitekuiduille, sitten muodostetaan vahvistavan aineosan nauhat ja itse matriisi käyttämällä puristusmuottia. Tuloksena oleva materiaali puristetaan ulos, sintrataan ja kuiduille levitetään lisäpinnoite. Lisäksi muodostettu toissijainen materiaali (seuraava vaihe) lähetetään uudelleenpuristamiseen, läpäisee matriisin levitysvaiheen ruiskutuksen muodossa plasman avulla. Kolmas puristus - puristaminen - on viimeinen vaihe. Näin ollen puristus (puristus) suoritetaan vähintään kolme kertaa.

Luonnolliset komposiittimateriaalit ovat kevyitä, kestäviä ja huippuluokkaa. Niitä käytetään pääasiassa lentokoneissa, mukaan lukien lentokoneet ja ohjukset. Yksinkertaiset komposiitit ovat luonnon itsensä luomia, esimerkiksi puurenkaita, kuorta. Ihmisen luomat luonnolliset komposiittimateriaalit ovat savitiilet, jotka sisältävät hiekkaa, sementti-hiekkalohkoja, joihin on lisätty sahanpurua, ja muita.

Lasikuitu on tunnustettu yhdeksi klassisista komposiittikuiduista. Se on muovinen komposiittiteippi, joka tarttuu kaikenlaisiin pintoihin. Tämä matriisi pitää lasikuitunauhat paikoillaan. Tällä tavalla puristettujen lasifilamenttien ansiosta materiaalin lujuus on taattu. Muovi on luonnostaan ​​pehmeää ja joustavaa, kun taas lasi on kovaa ja hauras.

Yhdistämällä näitä ominaisuuksia saadaan aikaan erittäin joustava ja samalla kiinteä materiaali, jossa muovi ja lasi täydentävät toisiaan. Komposiittia käytetään autojen ja moottoriveneiden korien valmistukseen. Lasikomposiitti ei ruostu tai hapetu.

Nykyaikaisemmat rakennusmateriaalit, jotka ilmestyivät paljon myöhemmin, sisältävät pääaineena metallia, keramiikkaa ja/tai polymeeriä. Näiden materiaalien luokittelussa huomioidaan myös ei-metalliset lisäaineet, kuten puulastut tai pöly. Muovivahvistettua puukomposiittia tai komposiittilevyä (ja samoista ainesosista valmistettua levymateriaalia) käytetään huonekalujen valmistuksessa sekä veranna- tai kansilattioissa.

Murskattua ja pehmeäksi sulatettuun polymeeriin sekoitettua puuta käytetään karkaistuna kansipäällysteenä, jolla voi kävellä ja jopa siirtää huonekaluja: puinen muovilevy tai -levy ei murtu tai halkeile, koska se on kiinteä materiaali.

MDF - laatikko tai kiinteä profiili, jossa ei käytetä synteettistä hartsia tai muovia, vaan yksinomaan luonnollista alkuperää olevia hartseja. Puu, joka on murskattu lastuiksi ja pölyksi, kyllästetään tällä aineella ja kulkee sitten sintraus- ja puristusvaiheiden läpi uunissa. Yleisiä MDF-tuotteita ovat korkealaatuiset ovet ja laminaatti. Hartsin sintrauksen ja kovettumisen aikana ne polymeroituvat - muodostuu luonnollinen polymeeri, johon puupöly liukenee (ja lastut jakautuvat).

Yksinkertaisin esimerkki on alumiini- tai magnesiumseos, joka on vahvistettu hiilikuidulla. Mutta alumiinia voidaan täydentää piikarbidilla, ja kupari-nikkelikoostumusta voidaan täydentää grafeenilla, joka on hiilikuidun alatyyppi.Komposiittimateriaalit, joissa on metallimatriisi, ovat vahvoja, niillä on hyväksyttävä jäykkyys useimpien ongelmien ratkaisemiseen, kulutusta kestäviä, hapettumista kestäviä ja suhteellisen keveitä verrattuna täysmetallituotteisiin.

Ne ovat kalliita ja vaikeita käsitellä. Esimerkiksi dieselpolttomoottoreiden mäntäelementit on valmistettu nykyaikaisista komposiiteista. Julkisivun komposiittiverhoilu on valmistettu alumiinilevystä, jonka kerrosten väliin kaadetaan muovia. Värjäys auttaa antamaan tällaiselle viimeistelylle erilaisen värin.

Metallin sijaan keraamisen komposiitin päämateriaali, kuten arvata saattaa, on keramiikka. Tänä elementtinä käytetään esimerkiksi silikaattisulkeutumien pohjalta valmistettua booripitoista lasia. Se toimii toissijaisena matriisikomponenttina ja on vahvistettu hiilikuidulla tai keraamisilla inkluusioilla, joiden roolissa käytetään piikarbidia. Keraaminen komposiitti mahdollistaa esimerkiksi kiinteän keramiikan haurauden selviytymisen luoden luonteenomaisen vahvistuksen, jolla voitetaan taittuva halkeilu.

Hiilikarbidikomposiitti on yksi markkinoiden kysytyimmistä komposiittimateriaalien tuotteista., joka mahdollistaa koostumuksen, joka on hiilikuitua ja komposiittia edellä lujuusominaisuuksiltaan ja indikaattori tällaisesta aineesta valmistettujen työkappaleiden luotettavuudesta. Tällaista komposiittia käytetään esimerkiksi autojen jarru- ja kytkinjärjestelmän osien valmistuksessa.

Nykyään nykyaikaisempien materiaalien kehitys ei pysähdy, mikä korvaisi jo markkinoille tulleet, joista on valmistettu kymmeniä tuhansia tuotetyyppejä. Niin, Lujitekuitujen mitat nanoteknologiassa ovat 1000 kertaa pienempiä kuin niiden pidemmät edeltäjät. Yksi tulevaisuuden materiaaleista on hiilinanoputket, joista valmistetaan esimerkiksi jääkiekkomailoja. Tässä esimerkissä nanohiilikuitu on päällystetty nikkeli-koboltti-komposiittimateriaalilla. Tämä keppi on lähes kolme kertaa kestävämpi ja viidenneksen taittumattomampi ilman halkeamia kuin vastaava terässeoksesta valmistettu tuote.

Dispersiokarkaiset komposiittimateriaalit luokitellaan nanomateriaaleiksi, joissa pääkuitujen pituus on saatettu arvoon 100 nm. Mutta viime vuosina kymmenen nanohiukkasen pituus on kutistunut 10 nm:iin - samanlaista lähestymistapaa käytetään esimerkiksi puolijohteissa ja johtimissa, jotka muodostavat mikroprosessorin, mikro-ohjaimen tai elektronisen muistin muodostavien mikropiirien kiteen. Komposiittipalkkeja ja -paneeleja koskevat tiukasti määritellyt standardit: esimerkiksi jäykkyyden (Youngin moduuli) on oltava vähintään 130 gigapascalia, materiaalien on kestettävä väsymiskulumista ja oltava mittapysyviä. Tavoitteena on ratkaista kaikki nämä ongelmat samanaikaisesti. Haitat - korkeat kustannukset, jotka johtuvat lisääntyneestä tietointensiivisestä kuormituksesta näiden materiaalien kehittämisessä, toteutuksessa ja käytännön soveltamisessa.

Venäjän CM:n tuotannon markkinat muodostavat vain 3 % maailmanlaajuisen tason vientitarjonnasta. Tämä johtuu siitä, ettei komposiittirakennusmateriaalien tuotantoa yksinkertaistavien yhtenäisten säädösasiakirjojen puute, ja viime aikoihin asti 90 prosenttia tuotannon raaka-aineista tuotiin maahan.

Niin, hiilikuituvahvisteisen muovin tuotanto Venäjällä on vasta alkanut kehittyä, kun taas esimerkiksi Kiina on yksi johtavista komposiittivalmistajista. Uudet materiaalit, joiden luomiseen myös venäläiset tutkijat osallistuivat, perustuvat pääasiassa nanohiukkasten käyttöön.

Komposiittimateriaaleja käytetään lentokoneiden rakentamisessa tiettyjen moottorikomponenttien ja lentokoneiden kantavien rakenteiden valmistukseen. Avaruusteollisuus käyttää niitä kantavien ja verhousrakenteiden valmistukseen raketteihin ja satelliitteihin, jotka kuumenevat voimakkaasti kiertoradalla. Autoteollisuus käyttää komposiittimateriaaleja koriin ja puskureihin. Kaivosteollisuus käyttää CM:tä porausmateriaalina. Maa- ja vesirakentaminen käyttää CM:ää siltojen ja muiden korkeiden rakenteiden elementtien rakentamiseen.

Pääedellytys koneenrakennuksen eri aloilla on autojen ja erikoislaitteiden, kaikenlaisten ajoneuvojen omapainon keventäminen: jopa 70 % komponenteista on ei-metallista materiaalia. Itsetasoittuva lattia (valattavat lattiat) samoin kuin portaiden kaataminen edellyttää komposiitin käyttöä, jossa ennen kuin se reagoi ilman kanssa, on puolinestemäistä, mahdollisesti siirappimaista ainetta. Tämä komposiitti voidaan helposti levittää betonialustalle epoksiliimalla, johon pohjatäyte on liuennut.

CM:n käyttökelpoisuuden laskenta perustuu tärkeimpään parametriin - sopivien teknologioiden käytön tehokkuuteen. Metalliset ja ei-metalliset matriisit monimutkaisemman komposiitin valmistuksessa voidaan yhdistää eri järjestyksessä. Esimerkkinä polkupyörän rengas, jonka juoksumatossa käytetään useita kerroksia vahvistavaa kuitua: nylonia, kevlaria, ohutta teräslankaa ja yhdistettä, jotka mahdollistavat suojalinjojen määrän lisäämisen. Näiden tekniikoiden ansiosta pyöräilijät eivät "tartu" piikkeihin ja lasinpalasiin, lankaan liikkuessaan tien reunaa pitkin ilman asfalttia, hiekkateitä ja kivisiä teitä.

Tällainen rengas kulkee ei yhden, mutta vähintään kaksikymmentätuhatta kilometriä ennen kuin se on kulunut niin paljon, että sen puhkeamisesta tulee kuitenkin usein. Yhden tällaisen renkaan hinnan laskeminen, jolla tämä hintalappu voi nousta 10 kertaa tai enemmän, antaa sinun hyötyä pienestä yleisestä hinnanalennuksesta vaihtamatta samanlaisia ​​renkaita jopa 10 kertaa (tätä tekijää pidetään käytettynä aikana korjauskäsittelyissä) - kun ohitetaan kaikki samat 20 000 km samoilla renkailla.

Tässä tapauksessa polkupyörän renkaat ovat eräänlainen monikomposiitti, jossa käytetään useita tehostuskerroksia (matriiseja), ei yhtä. Tietyn tyyppisen komposiittimateriaalin tuotannon laskeminen perustuu sen käyttömuotoon. Vahvistavia sulkeumia käytetään lankoina, teippeinä, ohuina kankaina, kuitu- tai köysikomponentteina. Kovettimen määrä materiaalissa tilavuuden ja painon mukaan on 30-80 % riippuen tietyn tyyppisen komposiitin käyttötarkoituksesta.