Materiale compozite: ceea ce este, proprietățile, producția și aplicarea

În diferite industrii se utilizează materiale compozite. Ce este? Asta este

Compozite - viitorul?

Plasticitatea, rezistența, domeniul larg de aplicare - aceasta face diferența între materialele compozite moderne. Care este aceasta în termeni de producție? Aceste materiale constau dintr-un substrat metalic sau nemetalic. Pentru a întări materialul, fire, fibre, fulgi de putere mai mare. Printre materiale compozite putem distinge plasticul armat cu bor, carbon, fibre de sticlă sau aluminiu, armat cu fire de oțel sau beriliu. Dacă combinați conținutul componentelor, puteți obține compozite de diferite rezistențe, elasticitate, rezistență la abrazivi.

Tipuri de bază

Clasificarea se bazează pe matricea lor compozit, care poate fi metalic sau nemetalic. Materialele matricei metalice pe bază de aluminiu, magneziu, nichel și aliajele lor dobândesc rezistență suplimentară datorită materialelor din fibre sau particule refractare care nu se dizolvă în metalul de bază.

Compozitele cu o matrice nemetalică în bază au polimeri, carbon sau ceramică. Printre matricele de polimeri, epoxi, poliamidă și fenol formaldehidă sunt cele mai populare. Forma compoziției este atașată la matrice, care acționează ca un liant. Pentru a întări materialele folosite fibrele, fasciculele, firele, țesăturile cu mai multe straturi.

Producția de materiale compozite se bazează pe următoarele metode tehnologice:

• impregnarea fibrelor de armare cu material de matrice;
• turnarea în matrița de bandă și matriță de întărire;
• presarea la rece a componentelor cu sinterizare ulterioară;
• acoperirea electrochimică a fibrelor și presarea ulterioară;
• depunerea matricei prin pulverizare cu plasmă și reducerea ulterioară.

Ce întăritor?

În multe industrii, materialele compozite au găsit aplicații. Ce este, am spus deja. Aceste materiale se bazează pe mai multe componente, care sunt neapărat întărite de fibre sau cristale speciale. Rezistența compozitelor în sine depinde de rezistența și elasticitatea fibrelor. În funcție de tipul de agent de întărire, toate compozitele pot fi împărțite:

• pe fibra de sticla;
• fibră de carbon cu fibre de carbon;
• fibre de bora;
• fibre organice.

Materialele de întărire se pot potrivi în două, trei, patru și mai multe fire, cu atât mai multe dintre ele, cu atât mai puternice și mai fiabile în funcționare vor fi materialele compozite.

Composite din lemn

Separat este de remarcat compozitia lemnului. Este produsă prin combinarea materiilor prime de diferite tipuri, cu componenta principală a lemnului. Fiecare compozit lemn-polimer constă din trei elemente:

• particule de lemn zdrobit;
• polimer termoplastic (PVC, polietilenă, polipropilenă);
• complex de aditivi chimici sub formă de modificatori - sunt în compoziția materialului până la 5%.

Cel mai popular tip de compozite din lemn este o placă compozită. Unicitatea sa constă în faptul că combină proprietățile lemnului și ale polimerilor, ceea ce extinde în mod semnificativ domeniul de aplicare al aplicației sale. Deci, placa diferă în densitate (indicele său este afectat de rășina de bază și densitatea particulelor de lemn), rezistență bună la îndoire. Materialul este prietenos cu mediul, păstrează textura, culoarea și aroma lemnului natural. Folosirea plăcilor compozite este absolut sigură. Datorită aditivilor din polimeri, placa compozită dobândește un nivel ridicat de rezistență la uzură și rezistență la umiditate. Poate fi folosit pentru finisarea teraselor, a căilor de grădină, chiar dacă acestea au o încărcătură grea.

Caracteristicile de producție

Compozitele din lemn au o structură specială datorită combinării unei baze polimerice cu lemnul în ele. Printre materialele de acest tip se mai pot menționa materialele din lemn, fibrolemnos densitate diferită, plăci de așchii de lemn orientate și compozit lemn-polimer. Producția de materiale compozite de acest tip se realizează în mai multe etape:

1. Lemnul este zdrobit. Pentru aceasta, sunt folosite concasoare. După zdrobire, lemnul este cernut și împărțit în fracțiuni. Dacă conținutul de umiditate al materiilor prime este mai mare de 15%, trebuie uscat.
2. Dozarea și amestecarea principalelor componente în anumite proporții.
3. Produsul finit este apăsat și formatat pentru a obține o prezentare.

Caracteristici principale

Am descris cele mai populare materiale compozite polimerice. Ce este acum este clar. Datorită structurii laminate, este posibilă întărirea fiecărui strat cu fibre paralele continue. Este de remarcat separat despre caracteristicile compozitelor moderne, care diferă:

• valoarea mare a limitei de rezistență și de anduranță temporară;
• nivel ridicat de elasticitate;
• rezistență, care se obține prin întărirea straturilor;
• Datorită fibrelor rigide de întărire, compozitele au o rezistență ridicată la solicitările de tracțiune.

Compozitele pe bază de metale se disting prin rezistența ridicată și rezistența la căldură, în timp ce ele sunt practic inelastice. Datorită structurii fibrelor, viteza de propagare a fisurilor scade, ceea ce uneori apare în matrice.

Materiale polimerice

Compozitele polimerice sunt reprezentate într-o varietate de opțiuni, care deschid mari oportunități pentru utilizarea lor în diferite domenii, de la stomatologie până la producția de echipamente de aviație. Umplerea compozitelor pe bază de polimeri se realizează prin diferite substanțe.

Cele mai promițătoare domenii de utilizare pot fi considerate construcții, industria de petrol și gaze, producția de transport rutier și feroviar. Ponderea acestor industrii reprezintă aproximativ 60% din volumul de utilizare a materialelor compozite polimerice.

Datorită rezistenței ridicate a compozitelor polimerice la coroziune, suprafața plană și densă a produselor obținute prin turnare, crește fiabilitatea și durabilitatea funcționării produsului final.

Luați în considerare speciile populare materiale polimerice.

Din plastic din fibră de sticlă

Pentru întărirea acestor materiale compozite se utilizează fibre de sticlă formate din sticlă anorganică topită. Matricea se bazează pe rășini sintetice termoactive și polimeri termoplastici, care se disting prin rezistență ridicată, conductivitate termică scăzută, proprietăți electrice izolate înalte. Inițial, acestea au fost utilizate în fabricarea de pânze de antenă sub formă de structuri cu găuri. În lumea modernă, GRP este utilizat pe scară largă în construcții, construcții navale, aparate de uz casnic și articole sportive și electronice radio.

În majoritatea cazurilor, fibra de sticlă este produsă pe baza pulverizării. Această metodă este deosebit de eficientă în producția de serie mică și medie, de exemplu, coca, bărci, cabine pentru autovehicule, vagoane de cale ferată. Tehnologia de pulverizare este convenabilă deoarece nu este necesară tăierea materialului din sticlă.

Materiale plastice pe bază de carbon

Proprietățile materialelor compozite bazate pe polimeri fac posibilă utilizarea lor în diverse domenii. În ele, ca material de umplutură, sunt utilizate fibrele de carbon obținute din fibre sintetice și naturale pe bază de celuloză, smoală. Fibra este procesată termic în mai multe etape. În comparație cu fibra de sticlă, materialele plastice din carbon sunt caracterizate printr-o densitate mai mică și un modul de elasticitate mai mare, cu ușurința și rezistența materialului. Datorită proprietăților operaționale unice, CFRP-urile sunt utilizate în ingineria mașinilor și a rachetelor, producția de echipamente pentru spații și echipamente medicale, biciclete și accesorii sportive.

Boroplastiki

Acestea sunt materiale multicomponente, pe baza fibrelor de bor introduse în matricea de polimer termosetat. Fibrele în sine sunt reprezentate de monofilamente, mănunchiuri, care sunt împletite cu un fir de sticlă auxiliar. Duritatea mare a firelor asigură rezistența și durabilitatea materialului la factori agresivi, dar boroplasticele sunt fragile, ceea ce complică tratamentul. Fibrele de bor sunt costisitoare, astfel încât domeniul utilizării boroplasticelor este limitat în principal de industria aviației și a spațiului.

organoplastics

În aceste compozite, materialele de umplutură sunt în principal fibre sintetice - mănunchiuri, filamente, țesături, hârtie. Printre proprietățile speciale ale acestor polimeri, densitatea scăzută, ușurința în comparație cu sticla și materialele plastice cu carbon, rezistența ridicată la tracțiune și rezistența ridicată la șocuri și sarcini dinamice pot fi observate. Acest material compozit este utilizat pe scară largă în domenii precum construcția de mașini, construcția navală, industria de automobile, producția de tehnologie spațială, ingineria chimică.

Care este eficacitatea?

Materialele compozite datorită compoziției unice pot fi utilizate într-o varietate de domenii:

• În domeniul aviației, atunci când produc părți de aeronave și motoare;
• tehnologie spațială pentru producerea de structuri de putere pentru aparatele supuse încălzirii;
• industria automobilelor pentru a crea corpuri ușoare, cadre, panouri, bare de protecție;
• industria minieră în producerea de unelte de foraj;
• constructii civile pentru crearea de poduri de poduri, elemente de structuri prefabricate pe structuri inalte.

Utilizarea compozitelor permite creșterea puterii motoarelor, a centralelor electrice, reducând în același timp masa mașinilor și a echipamentelor.

Ce perspective?

Potrivit reprezentanților industriei ruse, materialul compozit se referă la materialele noii generații. Se preconizează ca până în 2020 să crească volumul producției interne a industriei compozite. Deja au fost implementate în țară proiecte-pilot care vizează dezvoltarea unor materiale compozite de o nouă generație.

Utilizarea compozitelor este recomandabilă într-o varietate de domenii, dar este cea mai eficientă în industriile de înaltă tehnologie. De exemplu, astăzi nu se creează aeronave fără utilizarea compozitelor, iar unele utilizează aproximativ 60% din compozitele polimerice.

Datorită posibilității de a combina diferite elemente de armare și matrice, este posibil să se obțină o compoziție cu un anumit set de caracteristici. Și acest lucru, la rândul său, face posibilă aplicarea acestor materiale în diverse domenii.