Sve o kompozitu

Najjednostavniji analozi kompozita koji padaju na pamet početniku su konditorski vafli i drvena šperploča. U prvom slučaju, između kolača sa mrežastim izbočinama nalazi se kremasto punjenje. Druga opcija su okomito raspoređeni slojevi vlakana, koji su impregnirani adhezivnom kompozicijom.

Kompozit je kombinacija slojeva različitih i različitih vrsta materijala koji se razlikuju po nizu fizičkih, tehnoloških i mehaničkih svojstava. Jedan od glavnih zahteva je neutralnost, obezbeđena značajnom sličnošću u hemijskim svojstvima korišćenih slojeva. Tehnološka i mehanička, kao i brojna fizička svojstva dobijenog kompozita razlikuju se od analognih početnih parametara svakog od slojeva posebno.

U kompozitnom materijalu postoje samo dve vrste međuslojeva: matrica sa ćelijama i punilo. Najjednostavniji građevinski analog kompozita je armirani beton, formiran od čeličnog okvira, prostor unutar kojeg (a delimično i izvan njega) je ispunjen betonskim izlivanjem, koji je očvrsnuo i dobio snagu u roku od mesec dana od datuma izlivanja betonskog rastvora. .

Strukturno, kompozitni materijali su vlaknast, disperzivno očvrsnut, delimično očvrsnut (ne mešati sa delimičnim očvršćavanjem, pomenutim u smislu izvesnog poboljšanja parametara sastava) i nanometric.

Primeri kompozitnih materijala.

• Papir za pečate za novac i dokumente koji sadrže sintetičke dlake koje povećavaju zateznu čvrstoću i habanje. Oni su takođe jedan od mnogih pokazatelja falsifikovanja karata.
• Glinene cigle sa uključenom slamom. Cigla od ćerpiča dobija određenu otpornost na pucanje.
• Epoksidni lepak sa metalnim ili drvenim prahom. Potonji se uvodi u sastav kako bi se uštedela epoksidna smola.
• Ugljenik koji se lomi u višesmernim udarima. Ne puca samo kada se udari i vibracije poklapaju u vektoru njihovog udara sa pravcem kretanja biciklista. Ako udarite karbonski okvir bicikla ravno na bilo koji predmet, na primer, betonski stub, onda će karbonska vlakna leteti u fragmente.
• Triplek - slojevi stakla na prednjim i zadnjim vizirima automobila, koji se drže zajedno slojevima celuloida. U slučaju nezgode isključeno je rasipanje velikog broja klinastih fragmenata, što često rezultira gubitkom vida vozača koji je učestvovao u nezgodi.

Тако, blindirano staklo za policijska i vojna vozila izrađuje se od tri ili više slojeva kaljenog stakla - može se probiti samo oklopnim mecima ili granatama. Oklopno staklo spada u laminirane kompozitne materijale. Raznolikost razvoja dostupnih danas deli kompozitni materijal na desetine tipova i varijanti, od kojih je svaka veoma tražena na tržištu građevinskih i popravnih usluga.

Тако, postoje ogledala, ispuna, kvarc i drugi kompozitni materijali dizajnirani za specifične primene. Karakteristike svake od ovih vrsta se razlikuju jedna od druge. Na primer, nano- i mikrokompoziti bez polimera ne sagorevaju.Oni se ugljenišu samo kada se zagreju na najmanje stotine stepeni Celzijusa, što pojednostavljuje njihovu upotrebu na temperaturama neuobičajenim za sobne uslove.

Kompozitni materijali se proizvode prema sledećoj šemi. Prvo, komponenta matrice se nanosi na ojačavajuća vlakna, zatim se pomoću kalupa za kompresiju formiraju trake od sastojka za ojačavanje i sama matrica. Dobijeni materijal se istiskuje, sinteruje, a na vlakna se nanosi dodatni premaz. Dalje, formirani sekundarni materijal (sledeća faza) se šalje na ponovno presovanje, prolazi fazu nanošenja matrice u obliku prskanja uz pomoć plazme. Treće pritiskanje - stiskanje - je završna faza. Dakle, kompresija (pritisak) se vrši najmanje tri puta.

Prirodni kompozitni materijali su lagani, izdržljivi i vrhunski. Uglavnom se koriste za avione, uključujući avione i rakete. Nekomplikovane kompozite stvara sama priroda, na primer, prstenovi drveta, kora. Prirodni kompozitni materijali koje je stvorio čovek su glinene cigle, koje sadrže pesak, cementno-peščane blokove sa dodatkom piljevine i druge.

Fiberglas je prepoznat kao jedno od klasičnih kompozitnih vlakana. To je plastična kompozitna traka koja se lepi za sve vrste površina. Ova matrica drži žice od fiberglasa na mestu. Zahvaljujući ovako presovanim staklenim filamentima, obezbeđena je čvrstoća ovog materijala. Plastika je inherentno meka i fleksibilna, dok je staklo tvrdo i krto.

Kombinovanjem ovih svojstava moguće je dobiti veoma fleksibilan i istovremeno čvrst materijal, u kome se plastika i staklo međusobno dopunjuju. Kompozit se koristi za proizvodnju karoserije za automobile i motorne čamce. Stakleni kompozit ne rđa i ne oksidira.

Moderniji građevinski materijali koji su se pojavili mnogo kasnije sadrže metal, keramiku i / ili polimer kao glavnu supstancu. Klasifikacija ovih materijala takođe uzima u obzir nemetalne aditive, kao što su drvena sečka ili prašina. Drveni kompozit ojačan plastikom, ili kompozitna ploča (i limeni materijal napravljen od istih sastojaka), koristi se u proizvodnji nameštaja i podovima na verandama ili palubama.

Drvo, usitnjeno i pomešano sa polimerom otopljenim do mekog stanja, koristi se kao očvrsla obloga palube, po kojoj možete hodati, pa čak i pomerati nameštaj: drvena plastična ploča ili lim neće se slomiti ili pucati, jer je čvrst materijal.

MDF - kutija ili čvrsti profil, koji ne koristi sintetičku smolu ili plastiku, već isključivo smole prirodnog porekla. Drvo usitnjeno u strugotine i prašinu impregnira se ovom supstancom i zatim prolazi kroz faze sinterovanja i presovanja u peći. Uobičajeni proizvodi od MDF-a su visokokvalitetna vrata i laminat. Tokom sinterovanja i očvršćavanja smole, polimerizuju se - formira se prirodni polimer, u kome se rastvara drvena prašina (i distribuira se čips).

Najjednostavniji primer je legura aluminijuma ili magnezijuma ojačana ugljeničnim vlaknima. Ali aluminijum se može dopuniti silicijum karbidom, a kompozicija bakra i nikla može biti dopunjena grafenom, podvrstom ugljeničnih vlakana.Kompozitni materijali sa metalnom matricom su jaki, imaju prihvatljivu krutost za rešavanje većine problema, otporni su na habanje, otporni na oksidaciju i imaju relativnu lakoću u poređenju sa potpuno metalnim proizvodima.

Oni su skupi i teški za obradu. Na primer, elementi klipa za dizel motore sa unutrašnjim sagorevanjem su napravljeni od savremenih kompozita. Kompozitni sporedni kolosijek za fasadu je napravljen od aluminijumskog lima, između slojeva kojih se sipa plastika. Bojenje pomaže da se takvom završetku da drugačija boja.

Umesto metala, glavni materijal u keramičkom kompozitu, kao što možete pretpostaviti, je keramika. Na primer, kao ovaj element koristi se staklo koje sadrži bor na bazi silikatnih inkluzija. Služi kao sekundarna komponenta matrice i ojačana je ugljeničnim vlaknima ili keramičkim inkluzijama, u čijoj ulozi se koristi silicijum karbid. Keramički kompozit omogućava, na primer, da se nosi sa krhkošću čvrste keramike, stvarajući karakterističnu armaturu za prevazilaženje fenomena pucanja na pregibu.

Ugljen-karbidni kompozit je jedan od najtraženijih proizvoda na tržištu kompozitnih materijala., što omogućava dobijanje kompozicije koja je ispred karbonskih vlakana i kompozita u pogledu karakteristika čvrstoće i pokazatelja pouzdanosti radnih predmeta napravljenih od takve supstance. Takav kompozit se koristi, na primer, u proizvodnji delova za automobilski sistem kočenja i kvačila.

Danas ne prestaje razvoj savremenijih materijala, koji bi zamenili one koji su već prodrli na tržište koje od njih ima na desetine hiljada vrsta proizvoda. Тако, dimenzije armaturnih vlakana u nanotehnologiji su 1000 puta manje od njihovih dužih prethodnika. Jedan od materijala budućnosti su ugljenične nanocevi, od kojih se prave, na primer, hokejaške palice. U ovom primeru, nanokarbonsko vlakno je obloženo kompozitnim materijalom od nikl-kobalta. Ova palica je skoro tri puta jača i za petinu više bez uvijanja bez pucanja od sličnog proizvoda napravljenog od legure čelika.

Disperzijski kaljeni kompozitni materijali se klasifikuju kao nanomaterijali kod kojih je dužina glavnih vlakana dovedena do vrednosti od 100 nm. Ali poslednjih godina deset nanočestica se smanjilo u dužini na 10 nm – sličan pristup se koristi, na primer, u poluprovodnicima i provodnicima koji formiraju kristal mikroprocesora, mikrokontrolera ili mikro kola koja formiraju elektronsku memoriju. Strogo specificirani standardi se primenjuju na kompozitne grede i panele: na primer, krutost (Jangov modul) mora biti najmanje 130 gigapaskala, materijali moraju biti otporni na habanje od zamora i biti dimenzionalno stabilni. Cilj je da se svi ovi problemi reše u isto vreme. Nedostaci - visoka cena zbog povećanog opterećenja znanja u razvoju, implementaciji i praktičnoj primeni ovih materijala.

Rusko tržište za proizvodnju CM čini samo 3% izvoznih zaliha na globalnom nivou. To je zbog nedostatka jedinstvenih regulatornih dokumenata koji pojednostavljuju proizvodnju kompozitnih građevinskih materijala, a donedavno se 90% sirovina za proizvodnju uvozilo.

Тако, proizvodnja plastike ojačane ugljeničnim vlaknima u Rusiji je tek počela da se razvija, dok je, na primer, Kina jedan od vodećih proizvođača kompozita. Novi materijali, u čijem su stvaranju učestvovali i ruski naučnici, zasnivaju se uglavnom na upotrebi nanočestica.

Kompozitni materijali se koriste u konstrukciji aviona za proizvodnju pojedinih komponenti motora i nosivih konstrukcija aviona. Svemirska industrija ih koristi za proizvodnju nosivih i obložnih konstrukcija za rakete i satelite, koji doživljavaju snažno zagrevanje prilikom ulaska u orbitu. Automobilska industrija koristi kompozitne materijale za karoseriju i branike. Rudarska industrija koristi CM kao materijal za bušilice. Niskogradnja koristi CM za izradu elemenata za mostove i druge visoke konstrukcije.

Osnovni preduslov u različitim granama mašinstva je smanjenje sopstvene težine automobila i specijalne opreme, svih vrsta vozila: do 70% komponenti su nemetalni materijali. Samonivelirajući pod (podovi za izlivanje), kao i stepenice za izlivanje, podrazumevaju upotrebu kompozita, u kome se, pre nego što reaguje sa vazduhom, nalazi polutečna, eventualno sirupasta supstanca. Lako je naneti takav kompozit na betonsku podlogu pomoću epoksidnog lepka u kojem je glavno punilo rastvoreno.

Proračun izvodljivosti korišćenja CM zasniva se na najvažnijem parametru – efektivnosti upotrebe odgovarajućih tehnologija. Metalne i nemetalne matrice u proizvodnji složenijeg kompozita mogu se kombinovati u različitom redosledu. Kao primer, biciklistička guma, u kojoj se koristi nekoliko slojeva ojačavajućih vlakana: najlon, kevlar, tanka čelična žica i jedinjenje, koji omogućavaju povećanje broja zaštitnih linija. Zahvaljujući ovim tehnologijama, biciklisti ne „hvataju” trnje i komade stakla, žice, krećući se ivicom puta bez asfalta, zemljanih i kamenitih puteva.

Takva guma će preći ne jedan, već ne manje od dvadeset hiljada kilometara pre nego što se toliko istroši da će njeni proboji ipak postati česta pojava. Izračunavanje cene jedne takve gume, po kojoj se ova cena može povećati 10 puta ili više, omogućava vam da iskoristite malo opšte smanjenje cene, bez promene sličnih guma do 10 puta (ovaj faktor se smatra utrošenim vremenom na manipulacijama popravke) - pri prolasku svih tih istih 20.000 km na istim gumama.

U ovom slučaju, biciklističke gume su neka vrsta multikompozita, gde se koristi nekoliko slojeva poboljšanja (matrica), a ne jedan. Proračun proizvodnje određene vrste kompozitnog materijala zasniva se na obliku u kojem se koristi. Uključci za pojačanje se koriste kao navoji, trake, tanka tkanina, vlaknasta ili komponenta užeta. Količina učvršćivača u materijalu po zapremini i težini je 30-80%, u zavisnosti od namene određene vrste kompozita.