Všetko o kompozite

Najjednoduchšie analógy kompozitu, ktoré prichádzajú na myseľ pre začiatočníkov, sú cukrárske vafle a drevená preglejka. V prvom prípade je medzi koláčmi so sieťovými výstupkami umiestnená krémová náplň. Druhou možnosťou sú kolmo usporiadané vrstvy vlákna, ktoré sú impregnované lepiacou kompozíciou.

Kompozit je kombináciou vrstiev rôznych a rôznych druhov materiálov, ktoré sa líšia množstvom fyzikálnych, technologických a mechanických vlastností. Jednou z hlavných požiadaviek je neutralita, ktorú zabezpečuje výrazná podobnosť v chemických vlastnostiach použitých vrstiev. Technologické a mechanické, ako aj množstvo fyzikálnych vlastností získaného kompozitu sa líši od analogických počiatočných parametrov každej z vrstiev samostatne.

V kompozitnom materiáli sú len dva typy medzivrstiev: matrica s bunkami a plnivo. Najjednoduchším konštrukčným analógom kompozitu je železobetón, tvorený oceľovým rámom, ktorého priestor vo vnútri (a čiastočne aj mimo neho) je vyplnený betónovou výplňou, ktorá stvrdla a nadobudla pevnosť do jedného mesiaca od dátumu naliatia betónového roztoku. .

Štrukturálne sú kompozitné materiály vláknité, disperzne kalené, čiastočne kalené (nezamieňať s čiastočným vytvrdnutím, spomínaným v zmysle určitého zlepšenia parametrov zloženia) a nanometrický.

Príklady kompozitných materiálov.

• Pečiatkový papier na peniaze a dokumenty s obsahom syntetických chĺpkov, ktoré zvyšujú pevnosť v ťahu a odolnosť proti oderu. Sú tiež jedným z mnohých indikátorov falzifikátov lístkov.
• Vrátane hlinených tehál so slamou. Nepálená tehla získava určitú odolnosť voči praskaniu.
• Epoxidové lepidlo s kovovým alebo dreveným práškom. Ten sa zavedie do kompozície, aby sa ušetrila epoxidová živica.
• Uhlík, ktorý sa láme pri viacsmerných nárazoch. Nepraská len vtedy, keď sa otrasy a vibrácie zhodujú vo vektore ich dopadu so smerom, ktorým sa cyklista pohybuje. Ak narazíte na karbónový rám bicykla naplocho na akýkoľvek predmet, napríklad betónový stĺp, uhlíkové vlákno sa rozbije na úlomky.
• Triplex - vrstvy skla na predných a zadných priezoroch auta, držané pohromade vrstvami celuloidu. Pri nehode je vylúčené rozptýlenie veľkého množstva klinovitých úlomkov, čo často vedie k strate zraku vodiča, ktorý je účastníkom nehody.

takže, pancierové sklo pre policajné a vojenské vozidlá je vyrobené z troch alebo viacerých vrstiev tvrdeného skla - môže byť prepichnutý iba pancierovými guľkami alebo nábojmi. Pancierové sklo patrí medzi vrstvené kompozitné materiály. Rozmanitosť vývoja, ktorý je dnes k dispozícii, rozdeľuje kompozitný materiál na desiatky typov a odrôd, z ktorých každý je na trhu stavebných a opravárenských služieb veľmi žiadaný.

takže, existujú zrkadlové, výplňové, kremenné a iné kompozitné materiály určené pre špecifické aplikácie. Charakteristiky každého z týchto druhov sa navzájom líšia. Napríklad nano- a mikrokompozity bez polymérov nehoria.Zuhoľnatejú len pri zahriatí aspoň na stovky stupňov Celzia, čo zjednodušuje ich použitie pri teplotách neobvyklých pre izbové podmienky.

Kompozitné materiály sa vyrábajú podľa nasledujúcej schémy. Najprv sa na výstužné vlákna nanesie matricová zložka, potom sa pomocou lisovacej formy vytvarujú pásy výstužnej zložky a samotná matrica. Výsledný materiál sa vylisuje, speká a na vlákna sa nanesie dodatočný povlak. Ďalej sa vytvorený sekundárny materiál (ďalší stupeň) posiela na opätovné lisovanie, prechádza fázou nanášania matrice vo forme nástreku pomocou plazmy. Tretie lisovanie - stláčanie - je konečná fáza. Kompresia (lisovanie) sa teda vykonáva najmenej trikrát.

Prírodné kompozitné materiály sú ľahké, odolné a najmodernejšie. Používajú sa hlavne pre lietadlá vrátane lietadiel a rakiet. Nekomplikované kompozity vytvára samotná príroda, napríklad letokruhy z dreva, kôra. Prírodné kompozitné materiály vytvorené človekom sú hlinené tehly, ktoré obsahujú piesok, cementovo-pieskové bloky s prídavkom pilín a iné.

Sklolaminát je uznávaný ako jedno z klasických kompozitných vlákien. Je to plastová kompozitná páska, ktorá sa lepí na všetky druhy povrchov. Táto matrica drží vlákna zo sklenených vlákien na mieste. Vďaka takto lisovaným skleneným filamentom je zabezpečená pevnosť tohto materiálu. Plast je vo svojej podstate mäkký a pružný, zatiaľ čo sklo je tvrdé a krehké.

Spojením týchto vlastností je možné získať veľmi pružný a zároveň pevný materiál, v ktorom sa plast a sklo dopĺňajú. Kompozit sa používa na výrobu karosérií automobilov a motorových člnov. Sklenený kompozit nehrdzavie ani neoxiduje.

Modernejšie stavebné materiály, ktoré sa objavili oveľa neskôr, obsahujú ako hlavnú látku kov, keramiku a / alebo polymér. Klasifikácia týchto materiálov zohľadňuje aj nekovové prísady, ako sú drevené triesky alebo prach. Drevený kompozit vystužený plastom alebo kompozitná doska (a listový materiál vyrobený z rovnakých prísad) sa používa pri výrobe nábytku a podláh verandy alebo paluby.

Drevo, rozdrvené a zmiešané s polymérom roztaveným do mäkkého stavu, sa používa ako tvrdený obklad paluby, po ktorom sa dá chodiť a dokonca aj presúvať nábytok: drevoplastová doska alebo list sa nerozbije ani nepraskne, keďže ide o pevný materiál.

MDF - krabica alebo masívny profil, ktorá nepoužíva syntetickú živicu ani plast, ale výhradne živice prírodného pôvodu. Drevo rozdrvené na štiepky a prach je impregnované touto látkou a následne prechádza spekaním a lisovaním v peci. Bežnými výrobkami z MDF sú kvalitné dvere a laminát. Pri spekaní a vytvrdzovaní živice dochádza k ich polymerizácii – vzniká prírodný polymér, v ktorom sa rozpúšťa drevný prach (a rozdeľujú triesky).

Najjednoduchším príkladom je zliatina hliníka alebo horčíka vystužená uhlíkovými vláknami. Ale hliník môže byť doplnený karbidom kremíka a kompozícia medi a niklu môže byť doplnená grafénom, podtypom uhlíkových vlákien.Kompozitné materiály s kovovou matricou sú pevné, majú prijateľnú tuhosť na riešenie väčšiny problémov, sú odolné voči opotrebovaniu, odolné voči oxidácii a majú relatívnu ľahkosť v porovnaní s celokovovými výrobkami.

Sú drahé a ťažko spracovateľné. Napríklad piestové prvky pre dieselové spaľovacie motory sú vyrobené z moderných kompozitov. Kompozitný obklad na fasádu je vyrobený z hliníkového plechu, medzi ktorého vrstvami je naliaty plast. Farbenie pomáha dať takejto povrchovej úprave inú farbu.

Namiesto kovu je hlavným materiálom keramického kompozitu, ako by ste mohli hádať, keramika. Ako tento prvok sa používa napríklad sklo obsahujúce bór na báze silikátových inklúzií. Slúži ako sekundárny matricový komponent a je vystužený uhlíkovými vláknami alebo keramickými inklúziami, v úlohe ktorých je použitý karbid kremíka. Keramický kompozit umožňuje napríklad vyrovnať sa s krehkosťou pevnej keramiky, čím vytvára charakteristickú výstuž na prekonanie fenoménu kink cracking.

Uhlík-karbidový kompozit je jedným z najžiadanejších produktov na trhu kompozitných materiálov., čo umožňuje získať zloženie, ktoré je pred uhlíkovými vláknami a kompozitom, pokiaľ ide o jeho pevnostné charakteristiky a indikátor spoľahlivosti obrobkov vyrobených z takejto látky. Takýto kompozit sa používa napríklad pri výrobe dielov pre automobilový brzdový a spojkový systém.

Dnes neustáva vývoj modernejších materiálov, ktoré by nahradili tie, ktoré už prenikli na trh, ktorý má z nich desaťtisíce druhov výrobkov. takže, rozmery výstužných vlákien v nanotechnológii sú 1000-krát menšie ako u ich dlhších predchodcov. Jedným z materiálov budúcnosti sú uhlíkové nanorúrky, z ktorých sa vyrábajú napríklad hokejky. V tomto príklade je nanokarbónové vlákno potiahnuté niklovo-kobaltovým kompozitným materiálom. Táto palica je takmer trikrát pevnejšia a o pätinu viac bez zalomenia bez praskania ako podobný výrobok vyrobený z oceľovej zliatiny.

Disperzne tvrdené kompozitné materiály sú klasifikované ako nanomateriály, v ktorých je dĺžka hlavných vlákien upravená na hodnotu 100 nm. No v posledných rokoch sa desať nanočastíc scvrklo na dĺžku na 10 nm – podobný prístup využívajú napríklad polovodiče a vodiče, ktoré tvoria kryštál mikroprocesora, mikrokontroléra alebo mikroobvody tvoriace elektronickú pamäť. Na kompozitné nosníky a panely sa vzťahujú prísne špecifikované normy: napríklad tuhosť (Youngov modul) musí byť aspoň 130 gigapascalov, materiály musia odolávať únavovému opotrebovaniu a musia byť rozmerovo stále. Cieľom je vyriešiť všetky tieto problémy súčasne. Nevýhody - vysoká cena v dôsledku zvýšenej znalostne náročnej záťaže pri vývoji, implementácii a praktickej aplikácii týchto materiálov.

Ruský trh výroby CM tvorí len 3% exportných dodávok globálnej úrovne. Je to spôsobené nedostatkom jednotných regulačných dokumentov, ktoré zjednodušujú výrobu kompozitných stavebných materiálov a donedávna sa 90% surovín na výrobu dovážalo.

takže, výroba plastov vystužených uhlíkovými vláknami v Rusku sa práve začala rozvíjať, zatiaľ čo napríklad Čína je jedným z popredných výrobcov kompozitov. Nové materiály, na tvorbe ktorých sa podieľali aj ruskí vedci, sú založené najmä na využití nanočastíc.

Kompozitné materiály sa používajú v konštrukcii lietadiel na výrobu niektorých komponentov motorov a nosných konštrukcií lietadiel. Kozmický priemysel ich využíva na výrobu nosných a obkladových konštrukcií pre rakety a satelity, ktoré pri vstupe na obežnú dráhu zažívajú silné zahrievanie. Automobilový priemysel používa kompozitné materiály na karosérie a nárazníky. Ťažobný priemysel používa CM ako materiál pre vrtáky. Stavebné inžinierstvo využíva CM na stavbu prvkov mostov a iných výškových konštrukcií.

Hlavným predpokladom v rôznych odvetviach strojárstva je odľahčenie vlastnej hmotnosti automobilov a špeciálneho vybavenia, všetkých druhov vozidiel: až 70 % komponentov tvorí nekovový materiál. Samonivelačná podlaha (liace podlahy), rovnako ako liace schody, zahŕňa použitie kompozitu, v ktorom je pred reakciou so vzduchom polotekutá, prípadne sirupová látka. Tento kompozit je možné jednoducho naniesť na betónový podklad pomocou epoxidového lepidla, v ktorom je rozpustený základný tmel.

Výpočet realizovateľnosti použitia CM vychádza z najdôležitejšieho parametra – efektívnosti použitia vhodných technológií. Kovové a nekovové matrice pri výrobe zložitejších kompozitov možno kombinovať v rôznom poradí. Napríklad pneumatika pre bicykel, na bežeckom páse, na ktorej sa používa niekoľko vrstiev výstužných vlákien: nylon, kevlar, tenký oceľový drôt a zmes, ktoré umožňujú zvýšiť počet ochranných línií. Vďaka týmto technológiám cyklisti „nechytajú“ tŕne a kusy skla, drôtu, pohybujú sa po kraji cesty bez asfaltu, poľných ciest a kamenistých ciest.

Takáto pneumatika prejde nie jeden, ale nie menej ako dvadsaťtisíc kilometrov, kým sa opotrebuje natoľko, že sa jej prepichnutie stane častým javom. Výpočet nákladov na jednu takúto pneumatiku, pri ktorej sa táto cenovka môže zvýšiť 10-krát alebo viac, vám umožňuje využiť malé všeobecné zníženie ceny bez výmeny podobných pneumatík až 10-krát (tento faktor sa považuje za strávený čas o opravných manipuláciách) - pri prejdení všetkých tých istých 20 000 km na rovnakých pneumatikách.

Plášte na bicykle sú v tomto prípade akýmsi multikompozitom, kde sa používa niekoľko zosilňovacích vrstiev (matrice), a nie jedna. Výpočet výroby konkrétneho typu kompozitného materiálu vychádza z formy, v akej sa používa. Výstužné inklúzie sa používajú ako vlákna, pásky, tenké tkaniny, vláknité alebo lanové zložky. Množstvo tvrdidla v materiáli podľa objemu a hmotnosti je 30-80% v závislosti od účelu konkrétneho typu kompozitu.