Viskas apie kompoziciją

Paprasčiausi kompozito analogai, kurie ateina į galvą pradedančiajam – konditerinis vaflis ir medžio fanera. Pirmuoju atveju tarp pyragų su tinklelio iškyšomis yra kreminis įdaras. Antrasis variantas yra statmenai išdėstyti pluošto sluoksniai, kurie yra impregnuoti lipnia kompozicija.

Kompozitas – tai nevienodų ir skirtingų tipų medžiagų sluoksnių derinys, kuris skiriasi daugybe fizinių, technologinių ir mechaninių savybių. Vienas iš pagrindinių reikalavimų yra neutralumas, kurį užtikrina reikšmingas naudojamų sluoksnių cheminių savybių panašumas. Technologinės ir mechaninės, taip pat nemažai fizikinių gauto kompozito savybių skiriasi nuo analogiškų pradinių kiekvieno sluoksnio parametrų atskirai.

Kompozitinėje medžiagoje yra tik dviejų tipų tarpsluoksniai: matrica su ląstelėmis ir užpildas. Paprasčiausias konstrukcinis kompozito analogas – gelžbetonis, suformuotas iš plieninio karkaso, kurio viduje (ir iš dalies ir išorėje) esanti erdvė užpildyta betono liejimu, kuris sukietėjo ir įgavo tvirtumą per mėnesį nuo betono tirpalo išpylimo datos. .

Struktūriškai kompozicinės medžiagos yra pluoštinis, sukietėjęs dispersiškai, iš dalies sukietėjęs (nepainioti su daliniu sukietėjimu, minimas kaip šiek tiek pagerėjusios sudėties parametrai) ir nanometrinis.

Kompozitinių medžiagų pavyzdžiai.

• Antspaudų popierius pinigams ir dokumentams, kuriuose yra sintetinių plaukelių, kurie padidina tempimo stiprumą ir dilimą. Jie taip pat yra vienas iš daugelio bilietų padirbinėjimo požymių.
• Molio plytos su šiaudais. Adobe plyta įgyja tam tikrą atsparumą įtrūkimams.
• Epoksidiniai klijai su metalo arba medžio milteliais. Pastaroji įvedama į kompoziciją, siekiant sutaupyti epoksidinės dervos.
• Anglies, kuri skyla nuo kelių krypčių smūgių. Jis netrūkinėja tik tada, kai smūgiai ir vibracijos jų poveikio vektoriumi sutampa su dviratininko judėjimo kryptimi. Jei anglinio dviračio rėmą atsitrenksite į kokį nors objektą, pavyzdžiui, betoninį stulpą, anglies pluoštas sutrupės į fragmentus.
• Tripleksas – stiklo sluoksniai ant priekinių ir galinių automobilio skydelių, kuriuos kartu laiko celiulioido sluoksniai. Nelaimingo atsitikimo atveju neįtraukiamas daugybės pleišto formos skeveldrų išsisklaidymas, dėl ko į avariją patekęs vairuotojas dažnai praranda regėjimą.

Taigi, policijos ir kariuomenės transporto priemonėms skirtas šarvuotas stiklas yra pagamintas iš trijų ar daugiau grūdinto stiklo sluoksnių - jį galima perverti tik šarvus pramušančiomis kulkomis ar sviediniais. Šarvuotas stiklas priklauso laminuotoms kompozitinėms medžiagoms. Šiuolaikinių patobulinimų įvairovė padalija kompozicinę medžiagą į daugybę tipų ir veislių, kurių kiekvienas turi didelę paklausą statybos ir remonto paslaugų rinkoje.

Taigi, yra veidrodžių, užpildų, kvarco ir kitų kompozitinių medžiagų, skirtų specifiniams tikslams. Kiekvienos iš šių rūšių savybės skiriasi viena nuo kitos. Pavyzdžiui, nano ir mikrokompozitai be polimerų nedega.Jie suanglėja tik pakaitinti iki bent šimtų laipsnių Celsijaus, o tai supaprastina jų naudojimą kambario sąlygoms neįprastoje temperatūroje.

Kompozitinės medžiagos gaminamos pagal šią schemą. Pirma, matricos komponentas yra užtepamas ant armuojančių pluoštų, tada naudojant suspaudimo formą formuojamos armuojančio ingrediento juostelės ir pati matrica. Gauta medžiaga išspaudžiama, sukepinama, o pluoštai padengiami papildoma danga. Be to, suformuota antrinė medžiaga (kitas etapas) siunčiamas pakartotiniam presavimui, praeina matricos uždėjimo etapą purškiant naudojant plazmą. Trečiasis spaudimas – suspaudimas – tai paskutinis etapas. Taigi suspaudimas (presavimas) atliekamas mažiausiai tris kartus.

Natūralios kompozicinės medžiagos yra lengvos, patvarios ir moderniausios. Jie daugiausia naudojami orlaiviams, įskaitant lėktuvus ir raketas. Nesudėtingus kompozitus kuria pati gamta, pavyzdžiui, medžių žiedai iš medžio, žievės. Žmogaus sukurtos natūralios kompozicinės medžiagos yra molio plytos, kuriose yra smėlio, cemento-smėlio blokeliai su pjuvenų priedu ir kt.

Stiklo pluoštas yra pripažintas vienu iš klasikinių kompozitinių pluoštų. Tai plastikinė kompozitinė juosta, kuri prilimpa prie visų rūšių paviršių. Ši matrica laiko stiklo pluošto sruogas vietoje. Taip presuotų stiklo siūlų dėka užtikrinamas šios medžiagos tvirtumas. Plastikas yra minkštas ir lankstus, o stiklas yra kietas ir trapus.

Sujungus šias savybes, galima gauti labai lanksčią ir tuo pačiu tvirtą medžiagą, kurioje plastikas ir stiklas papildo vienas kitą. Kompozitas naudojamas automobilių ir motorinių valčių kėbulams gaminti. Stiklo kompozitas nerūdija ir nesioksiduoja.

Modernesnėse statybinėse medžiagose, kurios pasirodė daug vėliau, pagrindinė medžiaga yra metalas, keramika ir (arba) polimeras. Klasifikuojant šias medžiagas taip pat atsižvelgiama į nemetalinius priedus, pvz., medienos drožles ar dulkes. Plastiku sutvirtintas medienos kompozitas arba kompozicinė plokštė (ir lakštinė medžiaga, pagaminta iš tų pačių ingredientų) naudojama baldų gamyboje ir verandos ar denio grindyse.

Mediena, susmulkinta ir sumaišyta su polimeru, išlydytu iki minkštos būsenos, naudojama kaip grūdinta denio danga, ant kurios galima vaikščioti ir net perkelti baldus: medžio plastiko plokštė ar lakštas nesulūžtų ir nesutrūkinėtų, nes yra tvirta medžiaga.

MDF - dėžutė arba vientisas profilis, kurioje nenaudojama sintetinė derva ar plastikas, o tik natūralios kilmės dervos. Mediena, susmulkinta į drožles ir dulkes, yra impregnuojama šia medžiaga, o tada pereina per sukepinimo ir presavimo etapus orkaitėje. Įprasti gaminiai iš MDF yra aukštos kokybės durys ir laminatas. Dervos sukepinimo ir kietėjimo metu jos polimerizuojasi – susidaro natūralus polimeras, kuriame ištirpsta medienos dulkės (ir pasiskirsto drožlės).

Paprasčiausias pavyzdys yra aliuminio arba magnio lydinys, sustiprintas anglies pluoštu. Tačiau aliuminį galima papildyti silicio karbidu, o vario-nikelio kompoziciją galima papildyti grafenu, anglies pluošto potipiu.Kompozitinės medžiagos su metalo matrica yra tvirtos, turi priimtiną standumą daugeliui problemų išspręsti, atsparios dilimui, atsparios oksidacijai ir santykinio lengvumo, palyginti su viso metalo gaminiais.

Jie yra brangūs ir sunkiai apdorojami. Pavyzdžiui, dyzelinių vidaus degimo variklių stūmokliniai elementai gaminami iš modernių kompozitų. Kompozitinės dailylentės fasadui gaminamos iš aliuminio lakšto, tarp kurio sluoksnių pilamas plastikas. Beicavimas padeda tokiai apdailai suteikti kitokią spalvą.

Vietoj metalo pagrindinė keramikos kompozito medžiaga, kaip galima spėti, yra keramika. Pavyzdžiui, kaip šis elementas naudojamas boro turintis stiklas, pagamintas silikato inkliuzų pagrindu. Jis tarnauja kaip antrinis matricos komponentas ir yra sutvirtintas anglies pluoštu arba keramikos intarpais, kurių vaidmenyje naudojamas silicio karbidas. Keramikos kompozitas leidžia, pavyzdžiui, susidoroti su kietos keramikos trapumu, sukuriant būdingą sutvirtinimą, kad būtų išvengta įtrūkimų.

Anglies-karbido kompozitas yra vienas paklausiausių gaminių kompozitinių medžiagų rinkoje., kuri leidžia gauti kompoziciją, kuri lenkia anglies pluoštą ir kompozitą pagal savo stiprumo charakteristikas ir iš tokios medžiagos pagamintų ruošinių patikimumo rodiklį. Toks kompozitas naudojamas, pavyzdžiui, gaminant automobilių stabdžių ir sankabos sistemos dalis.

Šiandien nesibaigia modernesnių medžiagų kūrimas, kurios pakeistų jau prasiskverbusias į rinką, priskaičiuojančias dešimtis tūkstančių iš jų pagamintų gaminių rūšių. Taigi, nanotechnologijų armuojančių pluoštų matmenys yra 1000 kartų mažesni nei ilgesnių jų pirmtakų. Viena iš ateities medžiagų – anglies nanovamzdeliai, iš kurių gaminamos, pavyzdžiui, ledo ritulio lazdos. Šiame pavyzdyje nanoanglies pluoštas yra padengtas nikelio-kobalto kompozicine medžiaga. Šis pagaliukas yra beveik tris kartus patvaresnis ir penktadaliu labiau nesuskilęs nei panašus gaminys iš plieno lydinio.

Dispersijos būdu sukietintos kompozitinės medžiagos yra klasifikuojamos kaip nanomedžiagos, kurių pagrindinių pluoštų ilgis yra 100 nm. Tačiau pastaraisiais metais dešimties nanodalelių ilgis sumažėjo iki 10 nm – panašus metodas taikomas, pavyzdžiui, puslaidininkiuose ir laidininkuose, kurie sudaro mikroprocesoriaus kristalą, mikrovaldiklį arba mikroschemas, kurios sudaro elektroninę atmintį. Kompozitinėms sijoms ir plokštėms taikomi griežtai nurodyti standartai: pavyzdžiui, standumas (Youngo modulis) turi būti ne mažesnis kaip 130 gigapaskalių, medžiagos turi būti atsparios nuovargio dilimui ir matmenų stabilumo. Tikslas – visas šias problemas išspręsti vienu metu. Trūkumai – didelė kaina dėl padidėjusio žinioms imlios krūvio kuriant, diegiant ir praktiškai taikant šias medžiagas.

Rusijos CM gamybos rinka sudaro tik 3% pasaulinio lygio eksporto. Taip yra dėl to, kad trūksta vienodų norminių dokumentų, supaprastinančių kompozitinių statybinių medžiagų gamybą, o dar visai neseniai 90% gamybai skirtų žaliavų buvo importuojama.

Taigi, anglies pluoštu sustiprinto plastiko gamyba Rusijoje tik pradėjo vystytis, o, pavyzdžiui, Kinija yra viena pirmaujančių kompozito gamintojų. Naujos medžiagos, kurias kuriant dalyvavo ir Rusijos mokslininkai, daugiausia pagrįstos nanodalelių naudojimu.

Kompozicinės medžiagos naudojamos orlaivių konstrukcijoje tam tikrų variklių komponentų ir orlaivių laikančiųjų konstrukcijų gamybai. Kosmoso pramonė juos naudoja raketų ir palydovų laikančiųjų ir apkalų konstrukcijų gamybai, kurios, patekdamos į orbitą, patiria stiprų įkaitimą. Automobilių pramonė naudoja kompozicines medžiagas kėbului ir buferiams gaminti. Kasybos pramonė naudoja CM kaip grąžtų medžiagą. Civilinė inžinerija naudoja CM tiltų ir kitų aukštybinių konstrukcijų elementų statybai.

Pagrindinė sąlyga įvairiose mechanikos inžinerijos šakose yra lengvųjų automobilių ir specialios įrangos, visų rūšių transporto priemonių savosios masės sumažinimas: iki 70% komponentų yra nemetalinės medžiagos. Savaime išsilyginančios grindys (liejamos grindys), taip pat ir laiptai, apima kompozito naudojimą, kuriame, prieš reaguojant su oru, yra pusiau skysta, galbūt sirupo pavidalo medžiaga. Šį kompozitą galima lengvai užtepti ant betoninių grindų naudojant epoksidinius klijus, kuriuose yra ištirpintas pagrindo užpildas.

Skaičiuojant CM panaudojimo galimybes remiamasi svarbiausiu parametru – atitinkamų technologijų panaudojimo efektyvumu. Metalinės ir nemetalinės matricos gaminant sudėtingesnį kompozitą gali būti derinamos skirtinga seka. Pavyzdžiui, dviračio padanga, kurios bėgimo takelyje naudojami keli armuojančio pluošto sluoksniai: nailonas, kevlaras, plona plieninė viela ir junginys, leidžiantis padidinti apsaugos linijų skaičių. Šių technologijų dėka dviratininkai „negriebia“ spyglių ir stiklo gabalų, vielos, judėdami kelio pakraščiu be asfalto, nešvariais keliais ir akmenuotais keliais.

Tokia padanga nuvažiuos ne vieną, o ne mažiau kaip dvidešimt tūkstančių kilometrų, kol bus tiek susidėvėjusi, kad vis dėlto jos pradurimai taps dažnu reiškiniu. Vienos tokios padangos, kuriai ši kaina gali padidėti 10 ar daugiau kartų, kainos apskaičiavimas leidžia gauti naudos iš nedidelio bendro kainos sumažinimo, nekeičiant panašių padangų iki 10 kartų (šis veiksnys laikomas praleistu laiku dėl remonto manipuliacijų) - įveikiant visus tuos pačius 20 000 km tomis pačiomis padangomis.

Šiuo atveju dviračių padangos yra savotiškas multikompozitas, kur naudojami keli stiprinimo sluoksniai (matricos), o ne vienas. Tam tikros rūšies kompozitinės medžiagos gamybos apskaičiavimas grindžiamas jos naudojimo forma. Sutvirtinantys inkliuzai naudojami kaip siūlai, juostos, plonas audinys, pluoštinis ar virvės komponentas. Kietiklio kiekis medžiagoje pagal tūrį ir svorį yra 30-80%, priklausomai nuo konkretaus kompozito tipo paskirties.