Kompozitni materijali: što je to, svojstva, proizvodnja i primjena

U raznim industrijama koriste se kompozitni materijali. Što je to? Ovo je

Kompoziti - budućnost?

Plastičnost, snaga, širok opseg primjene - to je ono što razlikuje moderne kompozitne materijale. Što je to u smislu proizvodnje? Ovi materijali se sastoje od metalnog ili nemetalnog supstrata. Za pojačanje materijala, niti, vlakna, pahuljice veće čvrstoće. Među kompozitni materijali možete odabrati plastike koja je ojačana rodio, ugljik, staklena vlakna, ili aluminija ojačana čeličnim ili berilij niti. Ako kombinirate sadržaj komponenata, možete dobiti kompozite različite snage, elastičnosti, otpornosti na abrazivne tvari.

Osnovne vrste

Klasifikacija kompozita temelji se na njihovoj matrici, koja može biti metalna i nemetalna. Materijali matrice metala na osnovi aluminija, magnezija, nikla i njihovih legura steći dodatnu snagu zbog tvarima ili vatrostalnih čestica koje se ne otapaju u osnovni materijal.

Kompoziti s nemetalnim matriksom u bazi imaju polimere, ugljik ili keramiku. Među polimernim matricama najpopularniji su epoksi, poliamid i fenol formaldehid. Oblik kompozicije je pričvršćen na matricu, koja djeluje kao vrsta veziva. Ojačati materijale upotrijebljene vlakna, snopove, niti, višeslojne tkanine.

Proizvodnja kompozitnih materijala temelji se na slijedećim tehnološkim metodama:

• impregnacija vlakana za pojačanje matričnim materijalom;
• kalupljenje u kalupu trake za pojačanje i matricu;
• hladno prešanje komponenti s daljnjim sinteriranjem;
• elektrokemijsko premazivanje vlakana i daljnje prešanje;
• taloženje matrice plasiranjem plazmom i naknadnom redukcijom.

Koji očvršćivač?

U mnogim industrijama kompozitni materijali su pronašli primjenu. Što je to, već smo rekli. Ti se materijali temelje na nekoliko komponenti, koji su nužno otvrdnuti posebnim vlaknima ili kristalima. Snaga samih kompozita ovisi o čvrstoći i elastičnosti vlakana. Ovisno o vrsti sredstva za pojačanje, svi se kompoziti mogu podijeliti:

• na stakloplastiku;
• ugljična vlakna s ugljičnim vlaknima;
• bonsko vlakno;
• organska vlakna.

Uprochnitelnye materijali mogu se postaviti u dva, tri, četiri ili više niti, više od njih, jači i pouzdaniji će biti kompozitnih materijala u uporabi.

Drveni kompoziti

Posebno je vrijedno spomenuti drvni kompozit. Proizvodi se kombiniranjem sirovina različitih tipova, a drvo je glavna komponenta. Svaki drvo-polimerni kompozit sastoji se od tri elementa:

• čestice drobljenog drva;
• termoplastični polimer (PVC, polietilen, polipropilen);
• kompleks kemijskih aditiva u obliku modifikatora - oni su u sastavu materijala do 5%.

Najpopularnija vrsta drvenih kompozita je kompozitna ploča. Njegova jedinstvenost leži u činjenici da kombinira svojstva oba drva i polimera, što znatno širi opseg njegove primjene. Dakle, ploča se razlikuje od gustoće (njegov indeks utječe na osnovnu smolu i gustoću čestica drva), dobra otpornost na savijanje. Materijal je ekološki prihvatljiv, čuva teksturu, boju i aromu prirodnog drva. Korištenje kompozitnih ploča je apsolutno sigurno. Zbog dodataka polimerima, kompozitna ploča stječe visoku otpornost na trošenje i otpornost na vlagu. Može se koristiti za završnu obradu terasa, vrtnih staza, čak i ako imaju veliko opterećenje.

Proizvodne značajke

Drveni kompoziti imaju posebnu strukturu zbog kombinacije polimerske podloge s drvetom u njima. Među materijalima ovog tipa, može se spomenuti drvo- vlaknatica različite gustoće, ploče orezanih drvnih sječaka i drvobimerske kompozite. Proizvodnja kompozitnih materijala ovog tipa provodi se u nekoliko faza:

1. Drvo je zgnječeno. Za to se koriste drobilice. Nakon drobljenja drvo se prosije i podijeli u frakcije. Ako je sadržaj vlage sirovina iznad 15%, mora se osušiti.
2. Doziranje i miješanje glavnih komponenata u određenim omjerima.
3. Gotov proizvod se pritisne i oblikuje kako bi se dobila prezentacija.

Glavne značajke

Opisali smo najpopularnije polimerne kompozitne materijale. Ono što je sada jasno. Zbog laminirane strukture moguće je ojačati svaki sloj s paralelnim kontinuiranim vlaknima. Posebno treba spomenuti karakteristike suvremenih kompozita, koje se razlikuju:

• visoka vrijednost privremene otpornosti i izdržljivosti;
• visoka razina elastičnosti;
• snaga, koja se postiže pojačanjem slojeva;
• Zbog čvrstih vlakana, kompoziti imaju visoku otpornost na napetost.

Kompoziti koji se temelje na metalima odlikuju se njihovom velikom čvrstoćom i otpornosti na toplinu, dok su praktički neelastični. Zbog strukture vlakana smanjuje se brzina propagacije pukotina, koje se ponekad pojavljuju u matrici.

Polimerni materijali

Polimerni kompoziti su zastupljeni u različitim opcijama, što otvara velike mogućnosti za njihovu uporabu u različitim područjima od stomatologije do proizvodnje zrakoplovne opreme. Punjenje kompozita na bazi polimera izvodi se različitim tvarima.

Najuzbudljivija područja korištenja mogu se smatrati građevinarstvom, naftom i plinom, proizvodnjom cestovnog i željezničkog prometa. To je na udjelu tih industrija čine oko 60% volumena korištenja polimernih kompozitnih materijala.

Zbog svoje visoke otpornosti na koroziju polimernih kompozita, glatku i gustu površinu proizvoda, koji se dobivaju formiranjem, povećanje pouzdanosti i trajnost gotovog proizvoda.

Razmotrite popularne vrste polimernih materijala.

Plastika od stakloplastike

Za pojačavanje ovih kompozitnih materijala koriste se staklena vlakna formirana od rastaljenog anorganskog stakla. Matrica se zasniva na termoreaktivnih smola i termoplastičnih sintetičkih polimera koji se odlikuju visoke čvrstoće, slabe toplinske vodljivosti, visokim električnim izolacijskih svojstava. U početku, oni su korišteni u proizvodnji antenskih otvora u obliku kupola. U suvremenom svijetu, GRP se široko koristi u građevinarstvu, brodogradnji, kućanskih aparata i sportskih predmeta, te radio-elektronika.

U većini slučajeva, stakloplastike se proizvode na temelju sputtering. Posebno učinkovit je ova metoda u malim i srednjim serijsku proizvodnju, na primjer trupova čamaca, brodova, kabina za cestovni promet, željezničkih vagona. Tehnologija prskanja prikladna je jer nije potrebno rezati staklenu građu.

Plastika na bazi ugljika

Svojstva kompozitnih materijala zasnovanih na polimerima omogućuju njihovo korištenje u različitim područjima. U njima, kao punilo, koriste se ugljična vlakna, dobivena od sintetičkih i prirodnih vlakana temeljena na celulozi, pitch. Vlakno se termički obrađuje u nekoliko faza. U usporedbi s staklenim vlaknima, ugljična plastika karakterizira manja gustoća i veći modul elastičnosti s lakoćom i čvrstoćom materijala. Zahvaljujući jedinstvenim operativnim svojstvima, CFRP-ovi se koriste u strojarskom i raketnom inženjerstvu, proizvodnji prostora i medicinske opreme, bicikala i sportskih potrepština.

Boroplastiki

To su višekomponentni materijali, zasnovani na bonskim vlaknima uvedenim u termoizolacijsku matricu polimera. Vlakna su sami predstavljani monofilamentima, snopovima, koji su isprepleteni s pomoćnom staklenom niti. Visoka tvrdoća pređe osigurava čvrstoću i izdržljivost materijala agresivnim čimbenicima, ali boroplastici su krhki, što komplicira liječenje. Borovna vlakna su skupi, pa je opseg upotrebe boroplastika ograničen uglavnom zrakoplovnom i prostornom industrijom.

organoplastics

U tim kompozitima kao punila su uglavnom sintetička vlakna - snopovi, niti, tkanine, papir. Među posebne karakteristike tih polimera može se spomenuti niske gustoće, jednostavnost u odnosu na staklenim i ugljičnim vlaknima, visoka vlačna čvrstoća i visoka otpornost na udarce i dinamičkim opterećenjima. Ovaj kompozitni materijal široko se koristi u područjima kao što su strojogradnja, brodogradnja, automobilska industrija, proizvodnja svemirske tehnologije, kemijsko inženjerstvo.

Koja je učinkovitost?

Kompozitni materijali zbog jedinstvenog sastava mogu se koristiti u različitim područjima:

• U zrakoplovstvu pri proizvodnji dijelova zrakoplova i motora;
• svemirska tehnologija za proizvodnju elektroenergetskih postrojenja za uređaje koji prolaze kroz grijanje;
• automobilska industrija za stvaranje laganih tijela, okvira, panela, odbojnika;
• rudarska industrija u proizvodnji alata za bušenje;
• civilne konstrukcije za stvaranje raspona mostova, elemenata montažnih objekata na visokim građevinama.

Korištenje kompozita omogućuje povećanje snage motora, elektrana, uz smanjenje mase strojeva i opreme.

Kakve izgledi?

Prema predstavnicima ruske industrije, kompozitni materijal se odnosi na materijale nove generacije. Planira se do 2020. godine povećati količine domaće proizvodnje kompozitne industrije. Već se provode pilot projekti usmjereni na razvoj kompozitnih materijala nove generacije u zemlji.

Upotreba kompozita je poželjna u različitim područjima, ali je najučinkovitiji u high-tech industriji. Na primjer, danas nitko ne stvara zrakoplove bez upotrebe kompozita, a neki od njih koriste oko 60% polimernih kompozita.

Zbog mogućnosti kombiniranja različitih elemenata za ojačanje i matrica, moguće je dobiti sastav s određenim skupom svojstava. A ovo, zauzvrat, omogućuje primjenu tih materijala u različitim poljima.