Lahat tungkol sa composite

Ang pinakasimpleng analogs ng isang composite na naiisip para sa isang baguhan ay confectionery waffle at wood playwud. Sa unang kaso, ang isang creamy filling ay matatagpuan sa pagitan ng mga cake na may mesh projection. Ang pangalawang pagpipilian ay patayo na nakaayos na mga layer ng hibla, na pinapagbinhi ng isang malagkit na komposisyon.

Ang composite ay isang kumbinasyon ng mga layer ng hindi magkatulad at iba't ibang uri ng mga materyales na naiiba sa isang bilang ng mga pisikal, teknolohikal at mekanikal na katangian. Ang isa sa mga pangunahing kinakailangan ay neutralidad, na ibinigay ng isang makabuluhang pagkakatulad sa mga kemikal na katangian ng mga layer na ginamit. Ang teknolohikal at mekanikal, pati na rin ang isang bilang ng mga pisikal na katangian ng nagresultang composite ay naiiba sa magkatulad na mga paunang parameter ng bawat isa sa mga layer nang hiwalay.

Mayroon lamang dalawang uri ng mga interlayer sa isang composite na materyal: isang matrix na may mga cell at isang filler. Ang pinakasimpleng analogue ng konstruksyon ng composite ay reinforced concrete, na nabuo ng isang steel frame, ang puwang sa loob kung saan (at bahagyang sa labas nito) ay puno ng kongkretong pagbuhos, na tumigas at nakakuha ng lakas sa loob ng isang buwan mula sa petsa ng pagbuhos ng kongkretong solusyon. .

Sa istruktura, ang mga composite na materyales ay mahibla, dispersion-hardened, bahagyang-hardened (hindi malito sa bahagyang hardening, na binanggit sa kahulugan ng ilang pagpapabuti sa mga parameter ng komposisyon) at nanometric.

Mga halimbawa ng composite materials.

• Magtatak ng papel para sa pera at mga dokumentong naglalaman ng mga sintetikong buhok na nagpapataas ng lakas ng makunat at abrasyon. Isa rin sila sa maraming tagapagpahiwatig ng isang pekeng tiket.
• Clay brick na may kasamang straw. Ang adobe brick ay nakakakuha ng ilang pagtutol sa pag-crack.
• Epoxy adhesive na may metal o wood powder. Ang huli ay ipinakilala sa komposisyon upang i-save ang epoxy resin.
• Carbon na nasira sa mga multidirectional na epekto. Hindi ito pumuputok lamang kapag ang mga pagkabigla at panginginig ay nag-tutugma sa vector ng kanilang epekto sa direksyon kung saan gumagalaw ang siklista. Kung natamaan mo ang isang carbon bike frame na patag sa anumang bagay, halimbawa, isang kongkretong poste, ang carbon fiber ay madudurog sa mga fragment.
• Triplex - mga layer ng salamin sa harap at likod na mga visor ng kotse, na pinagsasama-sama ng mga layer ng celluloid. Sa kaganapan ng isang aksidente, ang pagkalat ng isang malaking bilang ng mga hugis-wedge na mga fragment ay hindi kasama, kadalasang nagreresulta sa pagkawala ng paningin ng driver na nasangkot sa isang aksidente.

Kaya, Ang armored glass para sa mga sasakyang pulis at militar ay gawa sa tatlo o higit pang mga layer ng tempered glass - maaari lamang itong mabutas ng mga bala o mga bala ng armor-piercing. Ang nakabaluti na salamin ay nabibilang sa mga laminated composite na materyales. Ang iba't ibang mga pag-unlad na magagamit ngayon ay naghahati sa pinagsama-samang materyal sa dose-dosenang mga uri at uri, na ang bawat isa ay may malaking pangangailangan sa merkado para sa mga serbisyo sa konstruksiyon at pagkumpuni.

Kaya, may salamin, pagpuno, kuwarts at iba pang mga pinagsama-samang materyales na idinisenyo para sa mga partikular na aplikasyon. Ang mga katangian ng bawat isa sa mga species na ito ay naiiba sa bawat isa. Halimbawa, ang mga nano-at microcomposite na walang polymer ay hindi nasusunog.Nasusunog lamang ang mga ito kapag pinainit hanggang sa daan-daang degrees Celsius, na nagpapasimple sa paggamit sa mga temperaturang hindi karaniwan para sa mga kondisyon ng silid.

Ang mga composite na materyales ay ginawa ayon sa sumusunod na pamamaraan. Una, ang bahagi ng matrix ay inilalapat sa mga reinforcing fibers, pagkatapos ay ang mga ribbons ng reinforcing ingredient at ang matrix mismo ay nabuo gamit ang isang compression mold. Ang nagresultang materyal ay pinindot, sintered, at isang karagdagang patong ay inilalapat sa mga hibla. Dagdag pa, ang nabuo na pangalawang materyal (ang susunod na yugto) ay ipinadala para sa muling pagpindot, pumasa sa yugto ng paglalapat ng matrix sa anyo ng pag-spray sa tulong ng plasma. Ang ikatlong pagpindot - pagpisil - ay ang huling yugto. Kaya, ang compression (pagpindot) ay isinasagawa ng hindi bababa sa tatlong beses.

Ang mga natural na composite na materyales ay magaan, matibay at makabago. Pangunahing ginagamit ang mga ito para sa sasakyang panghimpapawid, kabilang ang mga eroplano at missile. Ang mga hindi kumplikadong composite ay nilikha ng kalikasan mismo, halimbawa, mga singsing ng puno ng kahoy, bark. Ang mga likas na composite na materyales na nilikha ng tao ay mga clay brick, na naglalaman ng buhangin, mga bloke ng semento-buhangin na may pagdaragdag ng sup, at iba pa.

Ang Fiberglass ay kinikilala bilang isa sa mga klasikong composite fibers. Ito ay isang plastic composite tape na dumidikit sa lahat ng uri ng ibabaw. Hinahawakan ng matrix na ito ang fiberglass strands sa lugar. Salamat sa mga filament ng salamin na pinindot sa ganitong paraan, ang lakas ng materyal na ito ay natiyak. Ang plastik ay likas na malambot at nababaluktot, habang ang salamin ay matigas at malutong.

Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga pag-aari na ito, posible na makakuha ng isang napaka-kakayahang umangkop at sa parehong oras solid na materyal kung saan ang plastic at salamin ay umakma sa bawat isa. Ang composite ay ginagamit para sa paggawa ng bodywork para sa mga kotse at de-motor na bangka. Ang glass composite ay hindi kinakalawang o nag-oxidize.

Ang mas modernong mga materyales sa gusali na lumitaw nang maglaon ay naglalaman ng metal, keramika at / o polimer bilang pangunahing sangkap. Ang pag-uuri ng mga materyales na ito ay isinasaalang-alang din ang mga non-metallic additives, tulad ng wood chips o dust. Ang plastic-reinforced wood composite, o composite board (at sheet material na gawa sa parehong sangkap), ay ginagamit sa paggawa ng muwebles at veranda o deck flooring.

Ang kahoy, dinurog at hinaluan ng isang polimer na natunaw sa isang malambot na estado, ay ginagamit bilang isang matigas na takip ng kubyerta, kung saan maaari kang maglakad at kahit na ilipat ang mga kasangkapan: Ang kahoy na plastic board o sheet ay hindi masisira o mabibitak, dahil ito ay isang solidong materyal.

MDF - kahon o solidong profile, na hindi gumagamit ng sintetikong dagta o plastik, ngunit eksklusibong mga resin na natural na pinagmulan. Ang kahoy na durog sa mga chips at alikabok ay pinapagbinhi ng sangkap na ito at pagkatapos ay dumadaan sa mga sintering at pagpindot sa mga yugto sa oven. Ang mga karaniwang produkto na gawa sa MDF ay mga de-kalidad na pinto at nakalamina. Sa panahon ng sintering at hardening ng dagta, sila ay nag-polymerize - isang natural na polimer ay nabuo, kung saan ang alikabok ng kahoy ay natunaw (at ang mga chips ay ipinamamahagi).

Ang pinakasimpleng halimbawa ay isang aluminyo o magnesium na haluang metal na pinalakas ng carbon fiber. Ngunit ang aluminyo ay maaaring dagdagan ng silicon carbide, at ang tanso-nikel na komposisyon ay maaaring dagdagan ng graphene, isang subtype ng carbon fiber.Ang mga composite na materyales na may metal matrix ay matibay, may katanggap-tanggap na tigas para sa paglutas ng karamihan sa mga problema, wear-resistant, lumalaban sa oksihenasyon, at may relatibong lightness kumpara sa mga produktong all-metal.

Ang mga ito ay mahal at mahirap iproseso. Halimbawa, ang mga elemento ng piston para sa mga diesel internal combustion engine ay gawa sa mga modernong composite. Ang pinagsamang panghaliling daan para sa harapan ay gawa sa sheet na aluminyo, sa pagitan ng mga layer kung saan ibinubuhos ang plastic. Ang paglamlam ay nakakatulong upang magbigay ng ibang kulay sa gayong tapusin.

Sa halip na metal, ang pangunahing materyal sa ceramic composite, gaya ng maaari mong hulaan, ay keramika. Halimbawa, ang salamin na naglalaman ng boron batay sa mga silicate na inklusyon ay ginagamit bilang elementong ito. Nagsisilbi itong pangalawang bahagi ng matrix at pinalakas ng carbon fiber o ceramic inclusions, sa papel kung saan ginagamit ang silicon carbide. Ang ceramic composite ay nagbibigay-daan, halimbawa, upang makayanan ang brittleness ng solid ceramics, na lumilikha ng isang katangian na pampalakas upang madaig ang hindi pangkaraniwang bagay ng kink cracking.

Ang carbon-carbide composite ay isa sa mga pinaka-demand na produkto sa merkado para sa mga composite na materyales., na ginagawang posible na makakuha ng isang komposisyon na nangunguna sa carbon fiber at composite sa mga tuntunin ng mga katangian ng lakas nito at isang tagapagpahiwatig ng pagiging maaasahan ng mga workpiece na ginawa mula sa naturang sangkap. Ang ganitong composite ay ginagamit, halimbawa, sa paggawa ng mga bahagi para sa isang automotive braking at clutch system.

Ngayon, ang pag-unlad ng mas modernong mga materyales ay hindi tumitigil, na papalit sa mga nakapasok na sa merkado, na may libu-libong uri ng mga produkto na ginawa mula sa kanila. Kaya, ang mga sukat ng reinforcing fibers sa nanotechnology ay 1000 beses na mas maliit kaysa sa kanilang mas mahabang predecessors. Ang isa sa mga materyales sa hinaharap ay ang carbon nanotubes, kung saan, halimbawa, ang mga hockey stick ay ginawa. Sa halimbawang ito, ang nanocarbon fiber ay pinahiran ng isang nickel-cobalt composite material. Ang club na ito ay halos tatlong beses na mas malakas at one-fifth na mas kink-free nang walang crack kaysa sa isang katulad na produkto na gawa sa bakal na haluang metal.

Ang mga dispersion-hardened composite na materyales ay inuri bilang mga nanomaterial kung saan ang haba ng pangunahing mga hibla ay dinadala sa isang halaga na 100 nm. Ngunit sa mga nagdaang taon, ang sampung nanoparticle ay lumiit sa haba hanggang 10 nm - isang katulad na diskarte ang ginagamit, halimbawa, sa mga semiconductors at conductor na bumubuo ng isang kristal ng isang microprocessor, microcontroller o microcircuits na bumubuo ng isang elektronikong memorya. Ang mga mahigpit na tinukoy na pamantayan ay inilalapat sa mga pinagsama-samang beam at panel: halimbawa, ang stiffness (Young's modulus) ay dapat na hindi bababa sa 130 gigapascals, ang mga materyales ay dapat lumalaban sa pagkapagod, at maging dimensional na matatag. Ang layunin ay upang malutas ang lahat ng mga problemang ito sa parehong oras. Mga disadvantages - mataas na gastos dahil sa tumaas na pag-load ng masinsinang kaalaman sa pagbuo, pagpapatupad at praktikal na aplikasyon ng mga materyales na ito.

Ang merkado ng Russia para sa paggawa ng CM ay gumagawa lamang ng 3% ng mga supply ng pag-export ng pandaigdigang antas. Ito ay dahil sa kakulangan ng pare-parehong mga dokumento ng regulasyon na nagpapasimple sa paggawa ng mga pinagsama-samang materyales sa gusali, at hanggang kamakailan lamang 90% ng mga hilaw na materyales para sa produksyon ay na-import.

Kaya, ang produksyon ng carbon fiber reinforced plastic sa Russia ay nagsimulang umunlad, habang, halimbawa, ang China ay isa sa mga nangungunang producer ng composite. Ang mga bagong materyales, sa paglikha kung saan lumahok din ang mga siyentipikong Ruso, ay pangunahing batay sa paggamit ng mga nanoparticle.

Ang mga composite na materyales ay ginagamit sa paggawa ng sasakyang panghimpapawid para sa paggawa ng ilang partikular na bahagi ng makina at mga istrukturang nagdadala ng pagkarga ng sasakyang panghimpapawid. Ginagamit ito ng mga industriya sa kalawakan para sa paggawa ng mga istrukturang nagdadala ng pagkarga at mga cladding para sa mga rocket at satellite, na nakakaranas ng malakas na pag-init kapag pumapasok sa orbit. Gumagamit ang industriya ng automotive ng composite para sa paggawa ng bodywork at mga bumper. Ang industriya ng pagmimina ay gumagamit ng CM bilang isang materyal para sa mga drills. Ginagamit ng civil engineering ang CM para sa pagtatayo ng mga elemento ng tulay at iba pang mataas na gusali.

Ang pangunahing kinakailangan sa iba't ibang sangay ng mechanical engineering ay ang pagpapagaan ng patay na bigat ng mga kotse at mga espesyal na kagamitan, lahat ng uri ng mga sasakyan: hanggang sa 70% ng mga bahagi ay hindi metal na materyal. Ang isang self-leveling floor (pagbubuhos ng mga sahig), pati na rin ang pagbuhos ng mga hagdan, ay nagsasangkot ng paggamit ng isang composite, kung saan, bago ito tumugon sa hangin, mayroong isang semi-likido, posibleng syrupy substance. Ang composite na ito ay madaling mailapat sa kongkretong subfloor gamit ang epoxy glue kung saan natutunaw ang base filler.

Ang pagkalkula ng pagiging posible ng paggamit ng CM ay batay sa pinakamahalagang parameter - ang pagiging epektibo ng paggamit ng mga naaangkop na teknolohiya. Ang mga metal at di-metal na matrice sa paggawa ng isang mas kumplikadong composite ay maaaring pagsamahin sa ibang pagkakasunod-sunod. Bilang isang halimbawa, isang gulong ng bisikleta, sa isang gilingang pinepedalan kung saan ginagamit ang ilang mga layer ng reinforcing fiber: naylon, kevlar, manipis na bakal na wire at compound, na ginagawang posible upang madagdagan ang bilang ng mga linya ng proteksyon. Salamat sa mga teknolohiyang ito, ang mga siklista ay hindi "nakakahawak" ng mga tinik at piraso ng salamin, kawad, na gumagalaw sa gilid ng kalsada nang walang aspalto, maruruming kalsada at mabatong kalsada.

Ang nasabing gulong ay hindi aabot ng isa, ngunit hindi bababa sa dalawampung libong kilometro bago ito masira nang husto na ang mga pagbutas nito ay magiging madalas na pangyayari. Ang pagkalkula ng halaga ng isang ganoong gulong, kung saan ang tag ng presyo na ito ay maaaring tumaas ng 10 beses o higit pa, ay nagbibigay-daan sa iyo na makinabang mula sa isang maliit na pangkalahatang pagbawas sa presyo, nang hindi binabago ang mga katulad na gulong hanggang sa 10 beses (ang salik na ito ay itinuturing na isang oras na ginugol sa mga manipulasyon sa pag-aayos) - kapag pumasa sa lahat ng parehong 20,000 km sa parehong mga gulong.

Sa kasong ito, ang mga gulong ng bisikleta ay isang uri ng multi-composite, kung saan maraming mga layer ng pagpapahusay (matrices) ang ginagamit, at hindi isa. Ang pagkalkula ng paggawa ng isang partikular na uri ng composite material ay batay sa anyo kung saan ito ginagamit. Ang mga reinforcing inclusion ay ginagamit bilang mga thread, tape, manipis na tela, fibrous o bahagi ng lubid. Ang halaga ng hardener sa materyal sa pamamagitan ng dami at sa timbang ay 30-80%, depende sa layunin ng isang partikular na uri ng composite.