Totul despre compozit

Cei mai simpli analogi ai unui compozit care vin în minte pentru un începător sunt vafele de cofetărie și placajul din lemn. În primul caz, între prăjituri cu proeminențe de plasă se află o umplutură cremoasă. A doua opțiune este straturile de fibre dispuse perpendicular, care sunt impregnate cu o compoziție adezivă.

Compozitul este o combinație de straturi de materiale diferite și diferite, care diferă într-un număr de proprietăți fizice, tehnologice și mecanice. Una dintre cerințele principale este neutralitatea, asigurată de o asemănare semnificativă în proprietățile chimice ale straturilor utilizate. Tehnologice și mecanice, precum și o serie de proprietăți fizice ale compozitului obținut diferă de parametrii inițiali analogi ai fiecăruia dintre straturi separat.

Există doar două tipuri de straturi intermediare într-un material compozit: o matrice cu celule și o umplutură. Cel mai simplu analog de construcție al unui compozit este betonul armat, format dintr-un cadru de oțel, spațiul în interiorul căruia (și parțial în exteriorul acestuia) este umplut cu turnare de beton, care s-a întărit și a câștigat rezistență în termen de o lună de la data turnării soluției de beton. .

Din punct de vedere structural, materialele compozite sunt fibros, întărit prin dispersie, întărit parțial (a nu se confunda cu întărirea parțială, menționată în sensul unei oarecare îmbunătățiri a parametrilor de compoziție) și nanometrice.

Exemple de materiale compozite.

• Hârtie de ștampilă pentru bani și documente care conțin fire de păr sintetice care măresc rezistența la tracțiune și rezistența la abraziune. Ele sunt, de asemenea, unul dintre numeroșii indicatori ai unui bilet contrafăcut.
• Caramizi de lut cu paie incluse. Cărămida de chirpici câștigă o oarecare rezistență la crăpare.
• Adeziv epoxidic cu pudră de metal sau lemn. Acesta din urmă este introdus în compoziție pentru a economisi rășina epoxidica.
• Carbon care se sparge în impacturi multidirecționale. Nu crapă doar atunci când șocurile și vibrațiile coincid în vectorul impactului lor cu direcția în care se deplasează biciclistul. Dacă loviți un cadru de bicicletă din carbon pe orice obiect, de exemplu, un stâlp de beton, atunci fibra de carbon se va sparge în fragmente.
• Triplex - straturi de sticlă pe vizierele din față și din spate ale mașinii, ținute împreună de straturi de celuloid. Într-un accident, împrăștierea unui număr mare de fragmente în formă de pană este exclusă, ducând adesea la pierderea vederii șoferului care este implicat într-un accident.

Asa de, sticla blindata pentru vehicule de politie si militare este realizata din trei sau mai multe straturi de sticla securizata - poate fi străpuns doar cu gloanțe sau obuze care străpung armura. Sticla blindată aparține materialelor compozite laminate. Varietatea dezvoltărilor disponibile astăzi împarte materialul compozit în zeci de tipuri și soiuri, fiecare dintre acestea fiind la mare căutare pe piața serviciilor de construcții și reparații.

Asa de, există oglindă, umplutură, cuarț și alte materiale compozite concepute pentru aplicații specifice. Caracteristicile fiecăreia dintre aceste specii diferă unele de altele. De exemplu, nano- și microcompozite fără polimeri nu ard.Acestea sunt carbonizate doar atunci când sunt încălzite la cel puțin sute de grade Celsius, ceea ce simplifică utilizarea lor la temperaturi neobișnuite pentru condițiile camerei.

Materialele compozite sunt fabricate conform următoarei scheme. Mai întâi, componenta matricei este aplicată pe fibrele de armare, apoi panglicile ingredientului de armare și matricea în sine sunt formate folosind o matriță de compresie. Materialul rezultat este presat, sinterizat și se aplică un strat suplimentar fibrelor. În plus, materialul secundar format (etapa următoare) este trimis pentru represare, trece etapa de aplicare a matricei sub formă de pulverizare cu ajutorul plasmei. A treia apăsare - strângerea - este etapa finală. Astfel, compresia (presarea) se efectuează de cel puțin trei ori.

Materialele naturale compozite sunt ușoare, durabile și de ultimă generație. Sunt utilizate în principal pentru avioane, inclusiv pentru avioane și rachete. Compozitele necomplicate sunt create de natura însăși, de exemplu, inelele de copac din lemn, scoarța. Materialele naturale compozite create de om sunt cărămizi de lut, care conțin nisip, blocuri de ciment-nisip cu adaos de rumeguș și altele.

Fibra de sticlă este recunoscută ca fiind una dintre fibrele compozite clasice. Este o bandă compozită din plastic care se lipește pe toate tipurile de suprafețe. Această matrice ține firele de fibră de sticlă în loc. Datorită filamentelor de sticlă presate în acest fel, rezistența acestui material este asigurată. Plasticul este în mod inerent moale și flexibil, în timp ce sticla este dură și fragilă.

Prin combinarea acestor proprietăți, se poate obține un material foarte flexibil și în același timp solid în care plasticul și sticla se completează reciproc. Compozitul este utilizat pentru fabricarea caroseriei pentru mașini și bărci cu motor. Compozitul de sticlă nu ruginește și nu oxidează.

Materialele de construcție mai moderne care au apărut mult mai târziu conțin metal, ceramică și/sau polimer ca substanță principală. Clasificarea acestor materiale ia în considerare și aditivii nemetalici, precum așchii de lemn sau praful. Compozitul din lemn ranforsat cu plastic, sau placa compozită (și materialul din foi fabricate din aceleași ingrediente), este utilizat în fabricarea de mobilier și în podelele verandelor sau ale podelei.

Lemnul, zdrobit și amestecat cu un polimer topit până la o stare moale, este folosit ca acoperire de punte întărită, pe care puteți merge și chiar muta mobila: placa sau foaia din plastic din lemn nu se va rupe sau crăpa, fiind un material solid.

MDF - cutie sau profil solid, care nu foloseste rasina sintetica sau plastic, ci exclusiv rasini de origine naturala. Lemnul zdrobit în așchii și praf este impregnat cu această substanță și apoi trece prin etapele de sinterizare și presare în cuptor. Produsele comune realizate din MDF sunt ușile și laminatul de înaltă calitate. În timpul sinterizării și întăririi rășinii, acestea polimerizează - se formează un polimer natural, în care se dizolvă praful de lemn (și se distribuie așchii).

Cel mai simplu exemplu este un aliaj de aluminiu sau magneziu armat cu fibră de carbon. Dar aluminiul poate fi suplimentat cu carbură de siliciu, iar compoziția cupru-nichel poate fi completată cu grafen, un subtip de fibră de carbon.Materialele compozite cu matrice metalică sunt puternice, au o rigiditate acceptabilă pentru rezolvarea majorității problemelor, rezistente la uzură, rezistente la oxidare și au o ușurință relativă în comparație cu produsele integral din metal.

Sunt scumpe și greu de procesat. De exemplu, elementele pistonului pentru motoarele diesel cu ardere internă sunt realizate din compozite moderne. Sidingul compozit pentru fațadă este realizat din tablă de aluminiu, între straturile căreia se toarnă plastic. Colorarea ajută la darea unei culori diferite unui astfel de finisaj.

În loc de metal, materialul principal din compozitul ceramic, după cum ați putea ghici, este ceramica. De exemplu, sticla care conține bor pe bază de incluziuni de silicați este utilizată ca acest element. Acesta servește ca componentă secundară a matricei și este întărită cu fibră de carbon sau incluziuni ceramice, în rolul cărora se folosește carbură de siliciu. Compozitul ceramic permite, de exemplu, să facă față fragilității ceramicii solide, creând o armătură caracteristică pentru a depăși fenomenul de fisurare îndoită.

Compozitul carbon-carbură este unul dintre cele mai solicitate produse de pe piață pentru materiale compozite., ceea ce face posibilă obținerea unei compoziții care este înaintea fibrei de carbon și a compozitului în ceea ce privește caracteristicile sale de rezistență și un indicator al fiabilității pieselor de prelucrat realizate dintr-o astfel de substanță. Un astfel de compozit este utilizat, de exemplu, în producția de piese pentru un sistem de frânare și ambreiaj auto.

Astăzi nu se oprește dezvoltarea unor materiale mai moderne, care să le înlocuiască pe cele care au pătruns deja pe piață, care are zeci de mii de tipuri de produse realizate din acestea. Asa de, dimensiunile fibrelor de armare în nanotehnologie sunt de 1000 de ori mai mici decât predecesorii lor mai lungi. Unul dintre materialele viitorului sunt nanotuburile de carbon, din care, de exemplu, sunt fabricate bastoane de hochei. În acest exemplu, fibra de nanocarbon este acoperită cu un material compozit nichel-cobalt. Acest club este de aproape trei ori mai puternic și cu o cincime mai fără îndoire, fără crăpare decât un produs similar din aliaj de oțel.

Materialele compozite întărite prin dispersie sunt clasificate ca nanomateriale în care lungimea fibrelor principale este adusă la o valoare de 100 nm. Dar în ultimii ani, zece nanoparticule s-au micșorat în lungime la 10 nm - o abordare similară este folosită, de exemplu, în semiconductori și conductori care formează un cristal al unui microprocesor, microcontroler sau microcircuite care formează o memorie electronică. Pentru grinzile și panourile compozite se aplică standarde strict specificate: de exemplu, rigiditatea (modulul Young) trebuie să fie de cel puțin 130 gigapascali, materialele trebuie să reziste la uzura prin oboseală și să fie stabile dimensional. Scopul este de a rezolva toate aceste probleme în același timp. Dezavantaje - cost ridicat din cauza încărcăturii mari de cunoștințe în dezvoltarea, implementarea și aplicarea practică a acestor materiale.

Piața rusă pentru producția de CM face doar 3% din livrările de export la nivel global. Acest lucru se datorează lipsei unor documente de reglementare uniforme care să simplifice producția de materiale de construcție compozite, iar până de curând 90% din materiile prime pentru producție erau importate.

Asa de, producția de plastic armat cu fibră de carbon în Rusia tocmai a început să se dezvolte, în timp ce, de exemplu, China este unul dintre cei mai importanți producători de compozit. Noile materiale, la crearea cărora au participat și oameni de știință ruși, se bazează în principal pe utilizarea nanoparticulelor.

Materialele compozite sunt utilizate în construcția de aeronave pentru producerea anumitor componente ale motoarelor și structurilor portante aeronavelor. Industriile spațiale le folosesc pentru producerea de structuri portante și de placare pentru rachete și sateliți, care experimentează o încălzire puternică atunci când intră pe orbită. Industria auto folosește compozit pentru fabricarea caroseriei și a barelor de protecție. Industria minieră folosește CM ca material pentru foraje. Inginerie civilă folosește CM pentru construcția de elemente de pod și alte structuri înalte.

Principala condiție prealabilă în diferite ramuri ale ingineriei mecanice este reducerea greutății proprii a mașinilor și echipamentelor speciale, toate tipurile de vehicule: până la 70% din componente sunt materiale nemetalice. O pardoseală autonivelantă (pardoseli de turnare), precum și scări de turnare, presupune utilizarea unui compozit, în care, înainte de a reacționa cu aerul, există o substanță semilichidă, eventual siropoasă. Acest compozit poate fi aplicat cu ușurință pe pardoseala de beton folosind adeziv epoxidic în care umplutura de bază este dizolvată.

Calculul fezabilității utilizării CM se bazează pe cel mai important parametru - eficacitatea utilizării tehnologiilor adecvate. Matricele metalice și nemetalice în fabricarea unui compozit mai complex pot fi combinate într-o secvență diferită. De exemplu, o anvelopă de bicicletă, într-o bandă de alergare din care sunt utilizate mai multe straturi de fibră de armare: nailon, kevlar, sârmă subțire de oțel și compus, care fac posibilă creșterea numărului de linii de protecție. Datorită acestor tehnologii, bicicliștii nu „prinde” spini și bucăți de sticlă, sârmă, deplasându-se pe marginea drumului fără asfalt, drumuri de pământ și drumuri stâncoase.

O astfel de anvelopă va parcurge nu unul, ci nu mai puțin de douăzeci de mii de kilometri înainte de a fi uzat atât de mult încât perforațiile sale vor deveni totuși o întâmplare frecventă. Calcularea costului unei astfel de anvelope, la care această etichetă de preț poate crește de 10 ori sau mai mult, vă permite să beneficiați de o mică reducere generală a prețului, fără a schimba anvelopele similare de până la 10 ori (acest factor este considerat ca un timp petrecut). la manipulări de reparații) - la trecerea tuturor celor aceiași 20.000 km pe aceleași anvelope.

În acest caz, anvelopele de bicicletă sunt un fel de multi-compozit, în care sunt utilizate mai multe straturi de îmbunătățire (matrice), și nu unul. Calculul producției unui anumit tip de material compozit se bazează pe forma în care este utilizat. Incluziunile de armare sunt folosite ca fire, benzi, țesături subțiri, componente fibroase sau de frânghie. Cantitatea de întăritor din material în volum și în greutate este de 30-80%, în funcție de scopul unui anumit tip de compozit.