Kõik komposiidi kohta

Lihtsamad komposiidi analoogid, mis algajale meelde tulevad, on kondiitrivahv ja puitvineer. Esimesel juhul asetseb võrkäärtega kookide vahel kreemjas täidis. Teine võimalus on risti asetsevad kiudude kihid, mis on immutatud liimiga.

Komposiit on kombinatsioon heterogeensetest ja erinevat tüüpi materjalidest, mis erinevad mitmete füüsikaliste, tehnoloogiliste ja mehaaniliste omaduste poolest. Üks peamisi nõudeid on neutraalsus, mille tagab kasutatavate kihtide keemiliste omaduste oluline sarnasus. Saadud komposiidi tehnoloogilised ja mehaanilised ning mitmed füüsikalised omadused erinevad iga kihi sarnastest algparameetritest eraldi.

Komposiitmaterjalis on ainult kahte tüüpi vahekihte: rakkudega maatriks ja täiteaine. Komposiidi lihtsaim ehitusanaloog on teraskarkassist moodustatud raudbetoon, mille sees (ja osaliselt väljaspool seda) olev ruum on täidetud betoonivalamisega, mis on kivistunud ja saanud tugevust kuu aja jooksul alates betoonilahuse valamise kuupäevast. .

Konstruktsioonistruktuuri järgi on komposiitmaterjalid kiuline, dispersioontugevdatud, osaliselt tugevdatud (mitte segi ajada osalise kõvenemisega, millele viidatakse kompositsiooni parameetrite mõningase paranemise mõttes) ja nanomeetriline.

Komposiitmaterjalide näited.

• Reljeefne paber raha ja dokumentide jaoks, mis sisaldab sünteetilisi karvu, mis suurendavad tõmbetugevust ja hõõrdumist. Ja need on ka üks paljudest võltspileti olemasolu näitajatest.
• Savist tellised, millesse on lisatud põhk. Adobe tellis omandab mõningase vastupidavuse pragunemisele.
• Epoksiidliim metalli või puidupulbriga. Viimane lisatakse kompositsiooni, et säästa epoksüvaiku.
• Süsinik, mis puruneb mitmesuunalisel mõjul. See ei pragune ainult põrutuste ja vibratsioonide tõttu, mis langevad oma toimevektorilt kokku jalgratturi liikumissuunaga. Kui lööte süsinikkiust jalgrattaraami lamedalt mõne objekti, näiteks betoonposti vastu, puruneb süsinikkiud kildudeks.
• Triplex - klaasikihid auto esi- ja tagavisiiridel, mis on kinnitatud tselluloidikihtidega. Õnnetuse korral on välistatud suure hulga kiilukujuliste kildude laialivalgumine, mis sageli lõppeb õnnetusse sattunud juhi nägemise kaotusega.

Niisiis, Politsei- ja sõjaväesõidukite kuulikindel klaas on valmistatud kolmest või enamast kihist karastatud klaasist - sellest võivad läbi tungida ainult soomust läbistavad kuulid või mürsud. Soomustatud klaas viitab kihilistele komposiitmaterjalidele.Tänapäeval saadaolevate arenduste mitmekesisus jagab komposiitmaterjali kümneteks tüüpideks ja sortideks, millest igaühel on ehitus- ja remonditeenuste turul märkimisväärne nõudlus.

Niisiis, Seal on peegel-, täidis-, kvarts- ja muud komposiitmaterjalid, mis on mõeldud konkreetseteks rakendusteks. Kõigi nende liikide omadused on üksteisest erinevad. Näiteks nano- ja mikrokomposiidid, mis ei sisalda polümeere, ei põle. Need söestuvad ainult siis, kui neid kuumutatakse vähemalt sadade Celsiuse kraadini, mis lihtsustab nende kasutamist toatingimustes ebatavalistel temperatuuridel.

Komposiitmaterjalid toodetakse vastavalt järgmisele skeemile. Esiteks kantakse maatriksi komponent tugevduskiududele, seejärel vormitakse pressvormi abil tugevdava koostisosa lindid ja maatriks ise. Saadud materjal pressitakse välja, paagutatakse ja kiududele kantakse täiendav kate. Lisaks saadetakse saadud sekundaarne materjal (järgmine etapp) uuesti pressimiseks, see läbib maatriksi pealekandmise etapi plasmaga pihustamise kujul. Kolmas pressimine - kokkusurumine - on viimane etapp. Seega toimub kokkusurumine (pressimine) vähemalt kolm korda.

Looduslikke komposiitmaterjale iseloomustab kerge kaal, märkimisväärne tugevus ja tipptasemel jõudlus. Neid kasutatakse peamiselt lennukite, sealhulgas lennukite ja rakettide jaoks. Lihtsaid komposiite on juba loodus ise loonud, näiteks aastarõngad puidust, koorest. Inimese loodud looduslikud komposiitmaterjalid - savist tellised, mis sisaldavad liiva, saepuru lisandiga tsement-liivaplokke ja muud.

Klaaskiud on tunnistatud üheks klassikaliseks komposiitkiuks. See on komposiidist valmistatud plastikteip, mis on liimitud erinevatele pindadele. See maatriks hoiab klaaskiust kiud paigal. Tänu sel viisil pressitud klaasniitidele on tagatud selle materjali tugevus. Plast on algselt pehme ja painduv, klaas aga kõva ja rabeda struktuuriga.

Neid omadusi kombineerides on võimalik saada väga painduv ja samas tahke materjal, milles plastik ja klaas täiendavad teineteist. Komposiiti kasutatakse autokerede ja mootorpaatide valmistamiseks. Klaaskomposiit ei roosteta ega oksüdeeru.

Moodsamad ehitusmaterjalid, mis ilmusid palju hiljem, sisaldavad põhiainena metalli, keraamikat ja/või polümeeri. Nende materjalide klassifitseerimisel võetakse arvesse ka mittemetallilisi lisandeid, nagu puiduhake või tolm. Plastmassiga tugevdatud puitkomposiiti ehk komposiitplaati (ja samadest koostisosadest valmistatud lehtmaterjali) kasutatakse mööbli valmistamisel ning veranda või terrassi terrasside korraldamisel.

Purustatud ja pehmeks sulanud polümeeriga segatud puitu kasutatakse karastatud terrassina, millel saab kõndida ja isegi mööblit teisaldada: puitplastist plaat või leht ei purune ega pragune, kuna on tugev materjal.

MDF - kast või tahke profiil, mis ei kasuta sünteetilist vaiku ega plastikut, vaid eranditult looduslikku päritolu vaiku. Laastudeks ja tolmuks purustatud puit immutatakse selle ainega ning seejärel läbib ahjus paagutamise ja pressimise etapi. Levinud MDF-ist valmistatud tooted on uksed ja kvaliteetne laminaat. Vaigu paagutamisel ja kõvenemisel need polümeriseerivad - moodustub looduslik polümeer, milles puidutolm lahustub (ja laastud jaotuvad).

Lihtsaim näide on süsinikkiuga tugevdatud alumiinium- või magneesiumisulam. Kuid alumiiniumi saab täiendada ka ränikarbiidiga ja vase-nikli koostist saab täiendada süsinikkiu alamliigi grafeeniga. Metallmaatriksiga komposiitmaterjalid on tugevad, enamiku probleemide lahendamiseks vastuvõetava jäikusega, kulumiskindlad, oksüdatsioonikindlad ja suhteliselt kerged võrreldes täismetalltoodetega.

Need on kallid ja raskesti töödeldavad. Kaasaegsetest komposiitmaterjalidest valmistatakse näiteks diisel-sisepõlemismootorite kolvielemente. Fassaadi komposiitvooder on valmistatud alumiiniumplekist, mille kihtide vahele on valatud plastik. Peitsimine aitab sellisele viimistlusele erinevat värvi anda.

Metalli asemel oli keraamilise komposiidi põhimaterjal, nagu arvata võib, keraamika. Näiteks kasutatakse selle elemendina boori sisaldavat klaasi, mis on valmistatud silikaatsulgude baasil. See toimib sekundaarse maatrikskomponendina ja on tugevdatud süsinikkiu või keraamiliste lisanditega, mille rollis kasutatakse ränikarbiidi. Keraamiline komposiit võimaldab näiteks tulla toime tahke keraamika rabedusega, pakkudes iseloomulikku tugevdust, et ületada murdumise nähtus.

Karbiid-süsinikkiud komposiit on üks populaarsemaid komposiitmaterjale turul., mis võimaldab saada koostise, mis on süsinikkiust ja komposiidist ees oma tugevusomaduste ja sellisest ainest valmistatud toorikute töökindlusnäitaja poolest. Sellist komposiiti kasutatakse näiteks autode piduri- ja sidurisüsteemi osade tootmisel.

Tänapäeval ei peatu kaasaegsemate materjalide väljatöötamine, mis asendaksid juba turule tunginud, kümneid tuhandeid neist valmistatud tooteid. Niisiis, nanotehnoloogiate armeerimiskiudude suurused on 1000 korda väiksemad kui nende pikematel eelkäijatel. Üheks tulevikumaterjaliks on süsinik-nanotorud, millest valmistatakse näiteks hokikeppe. Selles näites on nano-süsinikkiud kaetud nikli-koobalti komposiitmaterjaliga. See pulk on peaaegu kolm korda tugevam ja ühe viiendiku võrra suurem tõenäosus murduda ilma pragunemiseta kui võrreldav terasesulamist toode.

Dispersioontugevdatud komposiitmaterjale nimetatakse nanomaterjalideks, mille puhul põhikiudude pikkus on viidud väärtuseni 100 nm. Kuid viimase kümne aasta jooksul on nanoosakeste pikkust vähendatud 10 nm-ni – sarnast lähenemist kasutatakse näiteks pooljuhtides ja juhtides, mis moodustavad mikroprotsessori kristalli, mikrokontrolleri või elektroonilist mälu moodustavates mikroskeemides. Komposiittaladele ja -paneelidele kehtivad jäigad standardid: näiteks jäikus (Youngi moodul) peab olema vähemalt 130 gigapaskalit, materjalid peavad vastu pidama väsimuskulumisele ja olema mõõtmetelt stabiilsed. Eesmärk on lahendada kõik need probleemid korraga. Puudused - nende materjalide väljatöötamise, rakendamise ja praktilise rakendamise suurenenud teadusmahuka töökoormuse tõttu kõrge hind.

Venemaa CM tootmise turg moodustab ainult 3% maailma ekspordist. Selle põhjuseks on ühtsete regulatiivsete dokumentide puudumine, mis lihtsustaksid komposiitehitusmaterjalide tootmist ning kuni viimase ajani imporditi 90% tootmiseks kasutatavast toorainest.

Niisiis, CFRP tootmine Venemaal on just hakanud arenema, samas kui näiteks Hiina on üks juhtivaid komposiitide tootjaid. Uued materjalid, mille loomisel osalesid ka Venemaa teadlased, põhinevad peamiselt nanoosakeste kasutamisel.

Komposiitmaterjale kasutatakse lennukitööstuses osade mootorikomponentide ja lennukite kandekonstruktsioonide tootmiseks. Kosmosetööstused kasutavad neid kande- ja kattekonstruktsioonide tootmiseks rakettidele ja satelliitidele, mis kogevad orbiidile sisenemisel tugevat kuumenemist. Autotööstus kasutab komposiiti kere ja kaitseraudade jaoks. Kaevandustööstused kasutavad CM-i puuride materjalina. Tsiviilehitus kasutab CM-i sildade ja muude kõrghoonete elementide ehitamiseks.

Inseneriteaduse erinevates valdkondades on peamiseks eelduseks autode ja eriseadmete, igasuguste sõidukite omakaalu kergendamine: kuni 70% komponentidest on mittemetallist materjal. Isetasanduv põrand (täitepõrandad), aga ka treppide valamine, hõlmab komposiidi kasutamist, milles enne õhuga reageerimist on poolvedel, võib-olla siirupine aine. Sellist komposiiti saab kergesti kanda aluspõranda betoonalusele, kasutades epoksüliimi, milles põhitäiteaine on lahustunud.

CM-i kasutamise otstarbekuse arvutamise aluseks on kõige olulisem parameeter - sobivate tehnoloogiate kasutamise efektiivsus. Keerulisema komposiidi valmistamisel saab metallilisi ja mittemetallilisi maatrikseid kombineerida erinevates järjestustes. Näiteks jalgrattarehv, mille jooksulindis on kasutatud mitut kihti tugevduskiudu: kapron, kevlar, õhuke terastraat ja segu, mis võimaldavad suurendada kaitseliinide arvu. Tänu nendele tehnoloogiatele ei “haara” jalgratturid okkaid ja klaasitükke, traati, liikudes mööda teeäärt ilma asfaldi, krundi ja kiviste teedeta.

Selline rehv läbib mitte ühe, vaid vähemalt paarkümmend tuhat kilomeetrit, enne kui see nii palju kulub, et selle torked muutuvad endiselt sagedaseks. Ühe sellise rehvi maksumuse arvutamine, mille puhul see hinnasilt võib tõusta 10 korda või rohkem, võimaldab teil saada kasu väikesest üldisest hinnalangusest ilma sarnaseid rehve kuni 10 korda vahetamata (seda tegurit loetakse remondimanipulatsioonid) - kui läbite kõik need samad 20 000 km sama kummiga.

Sel juhul on jalgrattarehvid omamoodi multikomposiit, kus kasutatakse mitut parandavat kihti (maatriksit), mitte ainult ühte. Teatud tüüpi komposiitmaterjali toodangu arvutus põhineb selle kasutusvormil. Tugevdavaid lisandeid kasutatakse niitide, teipide, õhukese kanga, kiu- või takukomponendina. Kõvendi kogus materjalis mahu ja massi järgi on 30-80%, olenevalt konkreetset tüüpi komposiidi otstarbest.