Sve o kompozitu

Najjednostavniji analozi kompozita koji padaju na pamet početniku su slastičarski vafli i drvena šperploča. U prvom slučaju između kolača s mrežastim izbočinama nalazi se kremasti nadjev. Druga opcija su okomito raspoređeni slojevi vlakana, koji su impregnirani ljepljivim sastavom.

Kompozit je kombinacija slojeva različitih i različitih vrsta materijala koji se razlikuju po brojnim fizičkim, tehnološkim i mehaničkim svojstvima. Jedan od glavnih zahtjeva je neutralnost, koju osigurava značajna sličnost u kemijskim svojstvima korištenih slojeva. Tehnološka i mehanička, kao i niz fizikalnih svojstava dobivenog kompozita razlikuju se od analognih početnih parametara svakog od slojeva posebno.

Postoje samo dvije vrste međuslojeva u kompozitnom materijalu: matrica sa stanicama i punilo. Najjednostavniji građevinski analog kompozita je armirani beton, formiran od čeličnog okvira, prostor unutar kojeg (i dijelom izvan njega) je ispunjen betonskim izlivom, koji je stvrdnuo i dobio snagu u roku od mjesec dana od datuma izlijevanja betonske otopine. .

Strukturno, kompozitni materijali su vlaknast, disperzijski otvrdnut, djelomično otvrdnut (ne brkati s djelomičnim stvrdnjavanjem, spomenutim u smislu nekog poboljšanja parametara sastava) i nanometrijski.

Primjeri kompozitnih materijala.

• Papir za pečate za novac i dokumente koji sadrže sintetičke dlačice koje povećavaju vlačnu čvrstoću i habanje. Oni su također jedan od mnogih pokazatelja krivotvorine ulaznica.
• Glinene cigle sa uključenom slamom. Čerpićasta cigla dobiva određenu otpornost na pucanje.
• Epoksidno ljepilo s metalnim ili drvenim prahom. Potonji se uvodi u sastav kako bi se uštedjela epoksidna smola.
• Ugljik koji se lomi u višesmjernim udarima. Ne puca samo kada se udarci i vibracije poklapaju u vektoru njihovog udara sa smjerom u kojem se biciklist kreće. Ako karbonski okvir bicikla udarite ravno o bilo koji predmet, na primjer, betonski stup, tada će se karbonska vlakna razletjeti u fragmente.
• Triplex - slojevi stakla na prednjim i stražnjim vizirima automobila, koji se drže zajedno slojevima celuloida. U slučaju nesreće isključeno je raspršivanje većeg broja klinastih fragmenata, što često rezultira gubitkom vida vozača koji je sudjelovao u nesreći.

Tako, oklopno staklo za policijska i vojna vozila izrađuje se od tri ili više slojeva kaljenog stakla - može se probiti samo oklopnim mecima ili granatama. Oklopno staklo spada u laminirane kompozitne materijale. Raznolikost dostupnih razvoja danas dijeli kompozitni materijal na desetke vrsta i vrsta, od kojih je svaka vrlo tražena na tržištu građevinskih i popravnih usluga.

Tako, postoje ogledala, ispuna, kvarc i drugi kompozitni materijali dizajnirani za specifične primjene. Karakteristike svake od ovih vrsta razlikuju se jedna od druge. Na primjer, nano- i mikrokompoziti bez polimera ne izgaraju.Pougljenile su tek kada se zagriju na najmanje stotine stupnjeva Celzijevih, što pojednostavljuje njihovu upotrebu na temperaturama neuobičajenim za sobne uvjete.

Kompozitni materijali se proizvode prema sljedećoj shemi. Najprije se komponenta matrice nanosi na vlakna za ojačanje, zatim se pomoću kompresijskog kalupa oblikuju vrpce sastojka za pojačanje i sama matrica. Dobiveni materijal se istiskuje, sinterira, a na vlakna se nanosi dodatni premaz. Nadalje, formirani sekundarni materijal (sljedeća faza) šalje se na ponovno prešanje, prolazi fazu nanošenja matrice u obliku prskanja uz pomoć plazme. Treće pritiskanje – stiskanje – završna je faza. Dakle, kompresija (prešanje) se provodi najmanje tri puta.

Prirodni kompozitni materijali su lagani, izdržljivi i vrhunski. Uglavnom se koriste za zrakoplove, uključujući zrakoplove i projektile. Nekomplicirane kompozite stvara sama priroda, na primjer, drveni prstenovi, kora. Prirodni kompozitni materijali koje je stvorio čovjek su glinene cigle, koje sadrže pijesak, cementno-pješčane blokove s dodatkom piljevine i druge.

Stakloplastika je prepoznata kao jedno od klasičnih kompozitnih vlakana. To je plastična kompozitna traka koja se lijepi na sve vrste površina. Ova matrica drži niti od stakloplastike na mjestu. Zahvaljujući tako prešanim staklenim nitima, osigurana je čvrstoća ovog materijala. Plastika je inherentno mekana i fleksibilna, dok je staklo tvrdo i lomljivo.

Kombinacijom ovih svojstava moguće je dobiti vrlo fleksibilan i istovremeno čvrst materijal u kojem se plastika i staklo međusobno nadopunjuju. Kompozit se koristi za izradu karoserije za automobile i motorne čamce. Stakleni kompozit ne hrđa i ne oksidira.

Moderniji građevinski materijali koji su se pojavili mnogo kasnije sadrže metal, keramiku i/ili polimer kao glavnu tvar. Razvrstavanje ovih materijala također uzima u obzir nemetalne dodatke, poput drvne sječke ili prašine. Drveni kompozit ojačan plastikom ili kompozitna ploča (i limeni materijal izrađen od istih sastojaka) koristi se u proizvodnji namještaja i podovima na verandama ili palubama.

Drvo, usitnjeno i pomiješano s polimerom otopljenim do mekog stanja, koristi se kao otvrdnuta obloga palube, po kojoj možete hodati, pa čak i pomicati namještaj: drvena plastična ploča ili lim neće se slomiti ili puknuti jer je čvrst materijal.

MDF - kutija ili čvrsti profil, koji ne koristi sintetičku smolu ili plastiku, već isključivo smole prirodnog podrijetla. Drvo usitnjeno u strugotine i prašinu impregnira se ovom tvari, a zatim prolazi kroz faze sinteriranja i prešanja u pećnici. Uobičajeni proizvodi od MDF-a su visokokvalitetna vrata i laminat. Tijekom sinteriranja i stvrdnjavanja smole polimeriziraju se - nastaje prirodni polimer, u kojem se otapa drvena prašina (i raspršuje strugotine).

Najjednostavniji primjer je legura aluminija ili magnezija ojačana ugljičnim vlaknima. Ali aluminij se može nadopuniti silicijevim karbidom, a sastav bakra i nikla može se nadopuniti grafenom, podvrstom ugljičnih vlakana.Kompozitni materijali s metalnom matricom su jaki, imaju prihvatljivu krutost za rješavanje većine problema, otporni su na habanje, otporni na oksidaciju i relativne su lakoće u usporedbi s potpuno metalnim proizvodima.

Skupe su i teško se obrađuju. Na primjer, elementi klipa za dizelske motore s unutarnjim izgaranjem izrađeni su od modernih kompozita. Kompozitni sporedni kolosijek za fasadu izrađen je od aluminijskog lima, između slojeva kojih se ulijeva plastika. Bojenje pomaže da se takvom završetku dobije drugačija boja.

Umjesto metala, glavni materijal u keramičkom kompozitu, kao što možete pretpostaviti, je keramika. Na primjer, kao ovaj element koristi se staklo koje sadrži bor na bazi silikatnih inkluzija. Služi kao sekundarna komponenta matrice i ojačana je ugljičnim vlaknima ili keramičkim inkluzijama, u čijoj se ulozi koristi silicij karbid. Keramički kompozit omogućuje, na primjer, da se nosi s krhkošću čvrste keramike, stvarajući karakterističnu armaturu za prevladavanje pojave pukotina na pregibu.

Ugljični karbid kompozit jedan je od najtraženijih proizvoda na tržištu kompozitnih materijala., što omogućuje dobivanje sastava koji je ispred ugljičnih vlakana i kompozita po svojim karakteristikama čvrstoće i pokazatelju pouzdanosti izradaka izrađenih od takve tvari. Takav se kompozit koristi, na primjer, u proizvodnji dijelova za automobilski sustav kočenja i spojke.

Danas ne prestaje razvoj modernijih materijala koji bi zamijenili one koji su već prodrli na tržište koje od njih ima desetke tisuća vrsta proizvoda. Tako, dimenzije armaturnih vlakana u nanotehnologiji su 1000 puta manje od njihovih dužih prethodnika. Jedan od materijala budućnosti su ugljične nanocijevi od kojih se izrađuju, primjerice, palice za hokej. U ovom primjeru, nanokarbonsko vlakno je presvučeno kompozitnim materijalom nikal-kobalt. Ova palica je gotovo tri puta čvršća i za petinu više bez pregiba bez pucanja od sličnog proizvoda izrađenog od legure čelika.

Disperzijski otvrdnuti kompozitni materijali klasificiraju se kao nanomaterijali kod kojih je duljina glavnih vlakana dovedena na vrijednost od 100 nm. No, posljednjih godina deset nanočestica se smanjilo u duljini na 10 nm – sličan pristup se koristi, primjerice, u poluvodičima i vodičima koji tvore kristal mikroprocesora, mikrokontrolera ili mikrosklopova koji tvore elektroničku memoriju. Strogo specificirani standardi primjenjuju se na kompozitne grede i ploče: na primjer, krutost (Youngov modul) mora biti najmanje 130 gigapaskala, materijali moraju biti otporni na trošenje od zamora i biti dimenzionalno stabilni. Cilj je riješiti sve te probleme u isto vrijeme. Nedostaci - visoka cijena zbog povećanog znanja intenzivnog opterećenja u razvoju, implementaciji i praktičnoj primjeni ovih materijala.

Rusko tržište za proizvodnju CM čini samo 3% izvoznih zaliha na svjetskoj razini. To je zbog nedostatka jedinstvenih regulatornih dokumenata koji pojednostavljuju proizvodnju kompozitnih građevinskih materijala, a donedavno se 90% sirovina za proizvodnju uvozilo.

Tako, proizvodnja plastike ojačane ugljičnim vlaknima u Rusiji se tek počela razvijati, dok je, primjerice, Kina jedan od vodećih proizvođača kompozita. Novi materijali, u čijem su stvaranju sudjelovali i ruski znanstvenici, temelje se uglavnom na korištenju nanočestica.

Kompozitni materijali se koriste u zrakoplovnoj konstrukciji za proizvodnju pojedinih komponenti motora i nosivih konstrukcija zrakoplova. Svemirska industrija ih koristi za proizvodnju nosivih i obložnih konstrukcija za rakete i satelite, koji se jako zagrijavaju pri ulasku u orbitu. Automobilska industrija koristi kompozitne materijale za karoseriju i odbojnike. Rudarska industrija koristi CM kao materijal za bušilice. Niskogradnja koristi CM za izgradnju elemenata mostova i drugih visokih građevina.

Glavni preduvjet u različitim granama strojarstva je olakšanje vlastite težine automobila i specijalne opreme, svih vrsta vozila: do 70% komponenti su nemetalni materijali. Samonivelirajući pod (podovi za izlijevanje), kao i stepenice za izlijevanje, podrazumijevaju upotrebu kompozita u kojem se, prije nego što reagira sa zrakom, nalazi polutekuća, možda sirupasta tvar. Ovaj kompozit se lako može nanijeti na betonsku podlogu pomoću epoksidnog ljepila u kojem je otopljena temeljna punila.

Proračun izvodljivosti korištenja CM temelji se na najvažnijem parametru – učinkovitosti korištenja odgovarajućih tehnologija. Metalne i nemetalne matrice u proizvodnji složenijih kompozita mogu se kombinirati različitim slijedom. Kao primjer, biciklistička guma, u kojoj se koristi nekoliko slojeva armaturnih vlakana: najlon, kevlar, tanka čelična žica i smjesa, što omogućuje povećanje broja zaštitnih linija. Zahvaljujući ovim tehnologijama, biciklisti ne "grabe" trnje i komade stakla, žice, krećući se uz rub ceste bez asfalta, zemljanih cesta i kamenih cesta.

Takva guma će prijeći ne jedan, nego ni manje od dvadeset tisuća kilometara prije nego što se toliko istroši da će njezini proboji ipak postati česta pojava. Izračun cijene jedne takve gume, po kojoj se ova cijena može povećati 10 puta ili više, omogućuje vam da iskoristite malo opće smanjenje cijene, bez promjene sličnih guma do 10 puta (ovaj faktor se smatra utrošenim vremenom na manipulacijama popravka) - pri prolasku svih tih istih 20.000 km na istim gumama.

U ovom slučaju, gume za bicikle su vrsta multi-kompozita, gdje se koristi nekoliko slojeva poboljšanja (matrica), a ne jedan. Izračun proizvodnje određene vrste kompozitnog materijala temelji se na obliku u kojem se koristi. Uključci za pojačanje koriste se kao niti, trake, tanka tkanina, vlaknasta ili užeta komponenta. Količina učvršćivača u materijalu po volumenu i težini iznosi 30-80%, ovisno o namjeni određene vrste kompozita.