Semua tentang komposit

Analog paling mudah bagi komposit yang terlintas di fikiran untuk pemula ialah wafel konfeksioni dan papan lapis kayu. Dalam kes pertama, pengisian berkrim terletak di antara kek dengan unjuran mesh. Pilihan kedua adalah lapisan serat yang disusun secara berserenjang, yang diresapi dengan komposisi pelekat.

Komposit ialah gabungan lapisan bahan yang tidak serupa dan berbeza yang berbeza dalam beberapa sifat fizikal, teknologi dan mekanikal. Salah satu keperluan utama ialah berkecuali, yang disediakan oleh persamaan yang ketara dalam sifat kimia lapisan yang digunakan. Teknologi dan mekanikal, serta beberapa sifat fizikal komposit yang diperolehi berbeza daripada parameter awal analog bagi setiap lapisan secara berasingan.

Terdapat hanya dua jenis interlayer dalam bahan komposit: matriks dengan sel dan pengisi. Analog pembinaan yang paling mudah bagi komposit adalah konkrit bertetulang, dibentuk oleh bingkai keluli, ruang di dalamnya (dan sebahagiannya di luarnya) dipenuhi dengan penuangan konkrit, yang mengeras dan mendapat kekuatan dalam masa sebulan dari tarikh menuangkan larutan konkrit .

Secara struktur, bahan komposit adalah berserabut, mengeras serakan, mengeras separa (jangan dikelirukan dengan pengerasan separa, disebut dalam erti kata beberapa peningkatan dalam parameter komposisi) dan nanometrik.

Contoh bahan komposit.

• Setem kertas untuk wang dan dokumen yang mengandungi rambut sintetik yang meningkatkan kekuatan tegangan dan lelasan. Mereka juga merupakan salah satu daripada banyak penunjuk tiket palsu.
• Batu bata tanah liat dengan jerami disertakan. Batu bata adobe mendapat sedikit rintangan terhadap keretakan.
• Pelekat epoksi dengan serbuk logam atau kayu. Yang terakhir ini dimasukkan ke dalam komposisi untuk menjimatkan resin epoksi.
• Karbon yang pecah dalam kesan pelbagai arah. Ia tidak retak hanya apabila hentakan dan getaran bertepatan dengan vektor impaknya dengan arah di mana penunggang basikal bergerak. Jika anda memukul rangka basikal karbon rata pada mana-mana objek, contohnya, tiang konkrit, maka gentian karbon akan terbang menjadi serpihan.
• Triplex - lapisan kaca pada visor depan dan belakang kereta, disatukan oleh lapisan seluloid. Sekiranya berlaku kemalangan, taburan sejumlah besar serpihan berbentuk baji dikecualikan, selalunya mengakibatkan kehilangan penglihatan pemandu yang terlibat dalam kemalangan.

Jadi, kaca perisai untuk kenderaan polis dan tentera diperbuat daripada tiga atau lebih lapisan kaca terbaja - ia hanya boleh ditebuk dengan peluru atau peluru penebuk perisai. Kaca perisai tergolong dalam bahan komposit berlapis. Kepelbagaian pembangunan yang ada pada hari ini membahagikan bahan komposit kepada berpuluh-puluh jenis dan jenis, yang setiap satunya mendapat permintaan yang besar dalam pasaran untuk perkhidmatan pembinaan dan pembaikan.

Jadi, terdapat cermin, pengisi, kuarza dan bahan komposit lain yang direka untuk aplikasi tertentu. Ciri-ciri setiap spesies ini berbeza antara satu sama lain. Sebagai contoh, nano dan mikrokomposit bebas polimer tidak terbakar.Mereka berkarbonat hanya apabila dipanaskan kepada sekurang-kurangnya ratusan darjah Celsius, yang memudahkan penggunaannya pada suhu yang luar biasa untuk keadaan bilik.

Bahan komposit dihasilkan mengikut skema berikut. Pertama, komponen matriks digunakan pada gentian pengukuhan, kemudian reben bahan penguat dan matriks itu sendiri dibentuk menggunakan acuan mampatan. Bahan yang terhasil ditekan keluar, disinter, dan salutan tambahan digunakan pada gentian. Selanjutnya, bahan sekunder yang terbentuk (peringkat seterusnya) dihantar untuk ditekan semula, melepasi peringkat penggunaan matriks dalam bentuk penyemburan dengan bantuan plasma. Penekanan ketiga - memerah - adalah peringkat terakhir. Oleh itu, pemampatan (menekan) dilakukan sekurang-kurangnya tiga kali.

Bahan komposit semulajadi adalah ringan, tahan lama dan terkini. Ia digunakan terutamanya untuk pesawat, termasuk kapal terbang dan peluru berpandu. Komposit yang tidak rumit dicipta oleh alam semula jadi itu sendiri, sebagai contoh, cincin pokok kayu, kulit kayu. Bahan komposit semulajadi yang dicipta oleh manusia adalah batu bata tanah liat, yang mengandungi pasir, blok pasir simen dengan penambahan habuk papan, dan lain-lain.

Gentian kaca diiktiraf sebagai salah satu gentian komposit klasik. Ia adalah pita komposit plastik yang dilekatkan pada semua jenis permukaan. Matriks ini memegang helai gentian kaca pada tempatnya. Terima kasih kepada filamen kaca yang ditekan dengan cara ini, kekuatan bahan ini dipastikan. Plastik sememangnya lembut dan fleksibel, manakala kaca adalah keras dan rapuh.

Dengan menggabungkan sifat-sifat ini, adalah mungkin untuk mendapatkan bahan pepejal yang sangat fleksibel dan pada masa yang sama di mana plastik dan kaca saling melengkapi. Komposit digunakan untuk pembuatan kerja badan untuk kereta dan bot bermotor. Komposit kaca tidak berkarat atau teroksida.

Bahan binaan yang lebih moden yang muncul kemudiannya mengandungi logam, seramik dan/atau polimer sebagai bahan utama. Pengelasan bahan ini juga mengambil kira bahan tambahan bukan logam, seperti serpihan kayu atau habuk. Komposit kayu bertetulang plastik, atau papan komposit (dan bahan kepingan yang diperbuat daripada bahan yang sama), digunakan dalam pembuatan perabot dan beranda atau lantai dek.

Kayu, dihancurkan dan dicampur dengan polimer yang dicairkan kepada keadaan lembut, digunakan sebagai penutup dek yang keras, di mana anda boleh berjalan dan juga memindahkan perabot: papan atau kepingan plastik kayu tidak akan pecah atau retak, sebagai bahan pepejal.

MDF - kotak atau profil pepejal, yang tidak menggunakan resin sintetik atau plastik, tetapi secara eksklusif resin asal semula jadi. Kayu yang dihancurkan menjadi kerepek dan habuk diresapi dengan bahan ini dan kemudian melalui peringkat pensinteran dan penekanan di dalam ketuhar. Produk biasa yang diperbuat daripada MDF ialah pintu dan lamina berkualiti tinggi. Semasa pensinteran dan pengerasan resin, mereka mempolimerkan - polimer semula jadi terbentuk di mana habuk kayu dibubarkan (dan cip diedarkan).

Contoh paling mudah ialah aloi aluminium atau magnesium yang diperkuat dengan gentian karbon. Tetapi aluminium boleh ditambah dengan silikon karbida, dan komposisi tembaga-nikel boleh ditambah dengan graphene, subjenis gentian karbon.Bahan komposit dengan matriks logam adalah kuat, mempunyai ketegaran yang boleh diterima untuk menyelesaikan kebanyakan masalah, tahan haus, tahan pengoksidaan, dan mempunyai keringanan relatif berbanding dengan produk semua logam.

Mereka mahal dan sukar diproses. Sebagai contoh, elemen omboh untuk enjin pembakaran dalaman diesel diperbuat daripada komposit moden. Sisi komposit untuk fasad diperbuat daripada aluminium lembaran, di antara lapisan yang dituangkan plastik. Pewarnaan membantu memberikan warna yang berbeza pada kemasan sedemikian.

Daripada logam, bahan utama dalam komposit seramik, seperti yang anda fikirkan, adalah seramik. Sebagai contoh, kaca yang mengandungi boron yang dibuat berdasarkan kemasukan silikat digunakan sebagai unsur ini. Ia berfungsi sebagai komponen matriks sekunder dan diperkukuh dengan gentian karbon atau kemasukan seramik, dalam peranan silikon karbida digunakan. Komposit seramik membolehkan, sebagai contoh, untuk mengatasi kerapuhan seramik pepejal, mewujudkan tetulang ciri untuk mengatasi fenomena keretakan kink.

Komposit karbon-karbida adalah salah satu produk yang paling banyak diminta di pasaran untuk bahan komposit., yang memungkinkan untuk mendapatkan komposisi yang mendahului gentian karbon dan komposit dari segi ciri kekuatannya dan penunjuk kebolehpercayaan bahan kerja yang diperbuat daripada bahan sedemikian. Komposit sedemikian digunakan, sebagai contoh, dalam pengeluaran bahagian untuk sistem brek dan klac automotif.

Hari ini, pembangunan bahan yang lebih moden tidak berhenti, yang akan menggantikan mereka yang telah menembusi pasaran, berjumlah puluhan ribu jenis produk yang dibuat daripadanya. Jadi, dimensi gentian pengukuhan dalam nanoteknologi adalah 1000 kali lebih kecil daripada pendahulunya yang lebih lama. Salah satu bahan masa depan ialah tiub nano karbon, dari mana, sebagai contoh, kayu hoki dibuat. Dalam contoh ini, gentian nanokarbon disalut dengan bahan komposit nikel-kobalt. Kelab ini hampir tiga kali lebih kuat dan satu perlima lebih bebas kusut tanpa retak daripada produk serupa yang diperbuat daripada aloi keluli.

Bahan komposit dikeraskan serakan dikelaskan sebagai bahan nano di mana panjang gentian utama dibawa kepada nilai 100 nm. Tetapi dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sepuluh nanopartikel telah mengecut panjangnya kepada 10 nm - pendekatan yang sama digunakan, contohnya, dalam semikonduktor dan konduktor yang membentuk kristal mikropemproses, mikropengawal atau litar mikro yang membentuk memori elektronik. Piawaian yang ditetapkan dengan tegas digunakan pada rasuk dan panel komposit: contohnya, kekakuan (modulus Young) mestilah sekurang-kurangnya 130 gigapascal, bahan mesti menahan haus lesu dan stabil dari segi dimensi. Matlamatnya adalah untuk menyelesaikan semua masalah ini pada masa yang sama. Kelemahan - kos yang tinggi disebabkan oleh peningkatan beban intensif pengetahuan dalam pembangunan, pelaksanaan dan aplikasi praktikal bahan-bahan ini.

Pasaran Rusia untuk pengeluaran CM membuat hanya 3% daripada bekalan eksport peringkat global. Ini disebabkan oleh kekurangan dokumen peraturan seragam yang memudahkan pengeluaran bahan binaan komposit, dan sehingga baru-baru ini 90% bahan mentah untuk pengeluaran diimport.

Jadi, pengeluaran plastik bertetulang gentian karbon di Rusia baru sahaja mula berkembang, manakala, sebagai contoh, China adalah salah satu pengeluar utama komposit. Bahan-bahan baru, dalam penciptaan yang turut disertai oleh saintis Rusia, adalah berdasarkan terutamanya pada penggunaan nanopartikel.

Bahan komposit digunakan dalam pembinaan pesawat untuk pengeluaran komponen enjin tertentu dan struktur galas beban pesawat. Industri angkasa lepas menggunakannya untuk pengeluaran struktur galas dan pelapisan untuk roket dan satelit, yang mengalami pemanasan yang kuat apabila memasuki orbit. Industri automotif menggunakan bahan komposit untuk kerja badan dan bampar. Industri perlombongan menggunakan CM sebagai bahan untuk latihan. Kejuruteraan awam menggunakan CM untuk pembinaan elemen untuk jambatan dan struktur bertingkat tinggi yang lain.

Prasyarat utama dalam pelbagai cabang kejuruteraan mekanikal ialah meringankan berat mati kereta dan peralatan khas, semua jenis kenderaan: sehingga 70% komponen adalah bahan bukan logam. Lantai meratakan sendiri (menuangkan lantai), serta menuang tangga, melibatkan penggunaan komposit, di mana, sebelum ia bertindak balas dengan udara, terdapat bahan separa cecair, mungkin sirap. Komposit ini boleh digunakan dengan mudah pada lantai bawah konkrit menggunakan gam epoksi di mana pengisi utama dibubarkan.

Pengiraan kebolehlaksanaan menggunakan CM adalah berdasarkan parameter yang paling penting - keberkesanan penggunaan teknologi yang sesuai. Matriks logam dan bukan logam dalam pembuatan komposit yang lebih kompleks boleh digabungkan dalam urutan yang berbeza. Contohnya ialah tayar basikal, dalam treadmill yang mana beberapa lapisan gentian pengukuhan digunakan: nilon, kevlar, dawai keluli nipis dan kompaun, yang membolehkan untuk meningkatkan bilangan garisan perlindungan. Terima kasih kepada teknologi ini, penunggang basikal tidak "merebut" duri dan kepingan kaca, wayar, bergerak di sepanjang tepi jalan tanpa asfalt, jalan tanah dan jalan berbatu.

Tayar seperti itu tidak akan pergi satu, tetapi tidak kurang daripada dua puluh ribu kilometer sebelum ia haus sehinggakan tusukannya akan menjadi kejadian yang kerap. Pengiraan kos satu tayar sedemikian, di mana tanda harga ini boleh meningkat 10 kali ganda atau lebih, membolehkan anda mendapat manfaat daripada pengurangan harga umum yang kecil, tanpa menukar tayar serupa sehingga 10 kali (faktor ini dianggap sebagai masa yang dihabiskan pada manipulasi pembaikan) - apabila melepasi semua 20,000 km yang sama pada tayar yang sama.

Dalam kes ini, tayar basikal adalah sejenis komposit berbilang, di mana beberapa lapisan peningkatan (matriks) digunakan, bukannya satu. Pengiraan pengeluaran jenis bahan komposit tertentu adalah berdasarkan bentuk di mana ia digunakan. Kemasukan pengukuhan digunakan sebagai benang, pita, fabrik nipis, komponen gentian atau tali. Jumlah pengeras dalam bahan mengikut isipadu dan berat ialah 30-80%, bergantung pada tujuan jenis komposit tertentu.