Kompozitní materiály: co to je, vlastnosti, výroba a aplikace

V různých odvětvích se používají kompozitní materiály. Co to je? To je

Kompozity - budoucnost?

Plastnost, pevnost, široký rozsah použití - to je to, co odlišuje moderní kompozitní materiály. Co je to z hlediska výroby? Tyto materiály se skládají z kovového nebo nekovového substrátu. Pro posílení materiálu, nití, vláken, vločky větší síly. Mezi kompozitních materiálů můžeme rozlišovat plast, který je vyztužen borem, uhlíkem, skleněnými vlákny nebo hliníkem, vyztužený ocelovou nebo berylliovou nití. Pokud kombinujete obsah součástí, můžete získat kompozity různé síly, pružnosti, odolnosti vůči brusivům.

Základní typy

Klasifikace kompozitů je založena na jejich matrici, která může být kovová a nekovová. Materiály použité v kovové matrici na bázi hliníku, hořčíku, niklu a jejich slitin získat dodatečnou sílu v důsledku vláknitých materiálů nebo žáruvzdorných částic, které se nerozpustí v základním kovu.

Kompozity s nekovovou matricí v základně mají polymery, uhlík nebo keramiku. Mezi polymerními matricemi jsou nejoblíbenější epoxidové, polyamidové a fenolformaldehydové. Forma kompozice je připojena k matrici, která působí jako druh pojiva. Pro posílení materiálů se používají vlákna, svazky, nitě, vícevrstvá tkanina.

Výroba kompozitních materiálů je založena na následujících technologických metodách:

• Impregnace výztužných vláken do materiálu matrice;
• tvarování ve formě výztužné pásky a matrice;
• lisování za studena komponent s dalším slinováním;
• elektrochemický povlak vláken a další lisování;
• nanesení matrice plazmovým postřikem a následnou redukcí.

Jaký tvrdidlo?

V mnoha průmyslových odvětvích nalezly kompozitní materiály žádost. Co je to, už jsme to řekli. Tyto materiály jsou založeny na několika složkách, které jsou nutně kalené speciálními vlákny nebo krystaly. Síla samotných kompozitů závisí na síle a pružnosti vláken. V závislosti na typu vyztužovacího činidla lze všechny kompozity rozdělit:

• na sklolaminátu;
• uhlíková vlákna s uhlíkovými vlákny;
• bórové vlákno;
• organických vláken.

Uprochnitelnye materiály mohou být položeny ve dvou, třech, čtyřech nebo více závitů, tím více z nich, tím silnější a spolehlivější budou kompozitních materiálů v užívání.

Dřevěné kompozity

Samostatně stojí za zmínku dřevěný kompozit. Vyrábí se kombinací surovin různých typů, přičemž dřevo jako hlavní součást. Každý dřevo-polymerový kompozit se skládá ze tří prvků:

• částice drceného dřeva;
• termoplastický polymer (PVC, polyethylen, polypropylen);
• komplex chemických přísad ve formě modifikátorů - jsou ve složení materiálu až do 5%.

Nejoblíbenějším typem dřevěných kompozitů je kompozitní deska. Jeho jedinečnost spočívá ve skutečnosti, že kombinuje vlastnosti dřeva i polymerů, což výrazně rozšiřuje rozsah jeho použití. Takže deska se liší v hustotě (její index je ovlivněn základovou pryskyřicí a hustotou dřevěných částic), dobrou odolností proti ohýbání. Materiál je šetrný k životnímu prostředí, zachovává strukturu, barvu a vůni přírodního dřeva. Použití kompozitních desek je naprosto bezpečné. Díky přísadám z polymerů dosahuje kompozitní deska vysokou odolnost proti opotřebení a odolnost proti vlhkosti. Může být použit pro dokončování teras, zahradních cest, i když mají těžké zatížení.

Výrobní funkce

Dřevěné kompozity mají zvláštní strukturu díky kombinaci polymerové základny s dřevem v nich. Mezi materiály tohoto druhu lze uvést dřevo- dřevotřískové desky různé hustoty, desky z orientovaných dřevěných třísek a dřevo-polymerový kompozit. Výroba kompozitních materiálů tohoto typu se provádí v několika fázích:

1. Dřevo je rozdrceno. K tomu se používají drtiče. Po drcení se dřevo prosévá a rozdělí na frakce. Pokud je obsah vlhkosti v surovinách vyšší než 15%, musí být vysušen.
2. Dávkování a míchání hlavních složek v určitých poměrech.
3. Hotový produkt je stisknut a formátován, aby získal prezentaci.

Hlavní vlastnosti

Popsali jsme nejoblíbenější polymerní kompozitní materiály. Co je nyní jasné. Díky vrstvené struktuře je možné každou vrstvu zpevnit paralelními nepřetržitými vlákny. Stojí za zmínku zvlášť o vlastnostech moderních kompozitů, které se liší:

• vysoká hodnota dočasného odporového a vytrvalostního limitu;
• vysoká úroveň pružnosti;
• pevnost, která je dosažena vyztužením vrstev;
• Díky tvrdým výztužným vládám mají kompozity vysokou odolnost proti tahovým namáháním.

Kompozity na bázi kovů se vyznačují vysokou pevností a tepelnou odolností, zatímco jsou prakticky nepružné. Díky struktuře vláken se rychlost šíření trhlin snižuje, což se někdy objevuje v matici.

Polymerní materiály

Polymerní kompozity jsou zastoupeny v řadě možností, což otevírá velké možnosti pro jejich použití v různých oborech, od stomatologie až po výrobu leteckých zařízení. Plnění kompozitů na bázi polymerů se provádí různými látkami.

Mezi nejslibnější oblasti využití patří stavební, ropný a plynárenský průmysl, výroba silniční a železniční dopravy. Na podíl těchto průmyslových odvětví se podílí přibližně 60% objemu použití polymerních kompozitních materiálů.

Vzhledem k vysoké odolnosti polymerních kompozitů vůči korozi se zvyšuje hladký a hustý povrch výrobků, které se získají tvářením, zvýšení spolehlivosti a trvanlivosti provozu konečného výrobku.

Zvažte populární druhy polymerních materiálů.

Sklolaminátové plasty

Pro zpevnění těchto kompozitních materiálů se používají skleněná vlákna tvořená roztaveným anorganickým sklem. Matrice je založena na termoaktivních syntetických pryskyřicích a termoplastických polymerech, které se vyznačují vysokou pevností, nízkou tepelnou vodivostí a vysokými elektrickými izolačními vlastnostmi. Zpočátku byly používány při výrobě anténních kapslí ve tvaru klenutých struktur. V moderním světě je GRP široce používán ve stavebnictví, stavbě lodí, domácích spotřebičů a sportovních předmětů a rozhlasové elektronice.

Ve většině případů se sklolaminát vyrábí na základě rozprašování. Zvláště efektivní je tato metoda v malých a středně sériovou výrobu, například trupech lodí, člunů, kabiny pro silniční dopravu, železničních vagónů. Technologie postřiku je vhodná, protože není nutné řezat skleněný materiál.

Plasty na bázi uhlíku

Vlastnosti kompozitních materiálů založených na polymerech umožňují jejich použití v různých oborech. V nich se jako plnivo používají uhlíková vlákna získaná ze syntetických a přírodních vláken na bázi celulózy a smoly. Vlákno je tepelně zpracováno v několika fázích. Ve srovnání se sklem uhlíkové kompozity lišit nižší hustotu a vyšší modul lehkosti a pevnosti materiálu. Díky unikátním provozním vlastnostem se CFRP používají v strojírenském a raketovém inženýrství, ve výrobě vesmíru a lékařských zařízení, jízdních kol a sportovních potřeb.

Boroplasty

Jedná se o vícesložkové materiály založené na bórových vláknech zavedených do termosetové polymerní matrice. Samotná vlákna představují monofily, svazky, které jsou propletené pomocným skleněným vláknem. Vysoká tvrdost příze zajišťuje pevnost a odolnost materiálu vůči agresivním faktorům, ale boroplasty jsou křehké, což komplikuje ošetření. Bórové vlákna jsou drahé, takže rozsah použití boroplastů je omezen především leteckým a kosmickým průmyslem.

Organoplastika

V těchto kompozitech jsou jako plnidla především syntetická vlákna - svazky, vlákna, tkaniny, papír. Mezi specifické vlastnosti těchto polymerů je možno uvést s nízkou hustotou, snadnost v porovnání se sklem a uhlíkových vláken, vysoká pevnost v tahu a vysokou odolností proti nárazům a dynamická zatížení. Tento kompozitní materiál je široce používán v oblastech, jako je strojírenství, stavba lodí, automobilový průmysl, kosmické techniky ve výrobě, chemického inženýrství.

Jaká je účinnost?

Kompozitní materiály díky jedinečnému složení mohou být použity v různých oblastech:

• V letectví při výrobě částí letadel a motorů;
• kosmická technologie pro výrobu silových konstrukcí pro přístroje, které jsou ohřívány;
• automobilový průmysl k vytvoření lehkých karoserií, rámů, panelů, nárazníků;
• těžební průmysl při výrobě vrtacích nástrojů;
• civilní konstrukce pro vytváření rozpětí mostů, prvky prefabrikovaných konstrukcí na výškových konstrukcích.

Použití kompozitů umožňuje zvýšit výkon motorů, elektráren a snížit množství strojů a zařízení.

Jaké vyhlídky?

Podle zástupců ruského průmyslu se kompozitní materiál týká materiálů nové generace. Předpokládá se, že do roku 2020 vzroste objem domácí výroby kompozitního průmyslu. Již nyní jsou v zemi realizovány pilotní projekty zaměřené na vývoj kompozitních materiálů nové generace.

Použití kompozitů je vhodné v mnoha oblastech, ale je nejúčinnější v průmyslových odvětvích s vysokou technologií. Například dnes nejsou žádné letadla vytvořeny bez použití kompozitů a některé z nich používají asi 60% polymerních kompozitů.

Vzhledem k možnosti kombinovat různé výztužné prvky a matrice kompozice mohou být připraveny s určitou sadu vlastností. A to zase umožňuje použití těchto materiálů v různých oblastech.