Tất cả về composite

Các chất tương tự đơn giản nhất của composite mà người mới bắt đầu nghĩ đến là bánh quế và ván ép gỗ. Trong trường hợp đầu tiên, một nhân kem nằm giữa các bánh với các hình chiếu dạng lưới. Lựa chọn thứ hai là các lớp sợi được sắp xếp vuông góc, được ngâm tẩm với thành phần kết dính.

Composite là sự kết hợp của các lớp vật liệu khác nhau và các loại vật liệu khác nhau, khác nhau về một số tính chất vật lý, công nghệ và cơ học. Một trong những yêu cầu chính là tính trung lập, được cung cấp bởi sự tương đồng đáng kể về tính chất hóa học của các lớp được sử dụng. Công nghệ và cơ học, cũng như một số tính chất vật lý của hỗn hợp thu được khác với các thông số ban đầu tương tự của từng lớp riêng biệt.

Chỉ có hai loại lớp xen kẽ trong một vật liệu tổng hợp: chất nền với các ô và chất độn. Cấu trúc tương tự xây dựng đơn giản nhất của composite là bê tông cốt thép, được tạo thành bởi khung thép, không gian bên trong (và một phần bên ngoài của nó) được đổ bê tông, cứng và tăng cường độ trong vòng một tháng kể từ ngày đổ dung dịch bê tông .

Về mặt cấu trúc, vật liệu composite là dạng sợi, cứng phân tán, cứng một phần (không nên nhầm lẫn với cứng một phần, được đề cập với ý nghĩa là một số cải tiến trong các thông số thành phần) và nanometric.

Ví dụ về vật liệu composite.

• Giấy dán tem tiền và tài liệu có chứa sợi lông tổng hợp giúp tăng độ bền kéo và mài mòn. Chúng cũng là một trong nhiều dấu hiệu của việc làm giả vé.
• Gạch đất sét có bao gồm rơm. Gạch không nung có khả năng chống nứt.
• Keo Epoxy với kim loại hoặc bột gỗ. Sau đó được đưa vào chế phẩm để tiết kiệm nhựa epoxy.
• Carbon bị vỡ trong các tác động đa hướng. Nó không bị nứt chỉ khi các cú sốc và dao động trùng với vectơ tác động của chúng với hướng mà người đi xe đạp đang di chuyển. Nếu bạn đập phẳng khung xe đạp carbon vào bất kỳ vật thể nào, chẳng hạn như một trụ bê tông, thì sợi carbon sẽ bay thành từng mảnh.
• Triplex - các lớp kính trên tấm che mặt trước và sau của ô tô, được giữ với nhau bằng các lớp celluloid. Trong trường hợp xảy ra tai nạn, sự phân tán của một số lượng lớn các mảnh vỡ hình nêm bị loại trừ, thường dẫn đến mất thị lực của người lái xe liên quan đến tai nạn.

Vì thế, kính bọc thép cho xe cảnh sát và quân đội được làm từ ba lớp kính cường lực trở lên - nó chỉ có thể bị xuyên bằng đạn xuyên giáp hoặc đạn pháo. Kính bọc thép thuộc vật liệu composite nhiều lớp. Sự phát triển đa dạng ngày nay chia vật liệu composite thành hàng chục loại và nhiều loại, mỗi loại đều có nhu cầu lớn trên thị trường dịch vụ xây dựng và sửa chữa.

Vì thế, có gương, trám, thạch anh và các vật liệu composite khác được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể. Các đặc điểm của mỗi loài này khác nhau. Ví dụ, các vật liệu nano và microcompozit không chứa polyme không cháy.Chúng chỉ cacbon hóa khi bị nung nóng đến ít nhất hàng trăm độ C, điều này giúp đơn giản hóa việc sử dụng chúng ở nhiệt độ không bình thường đối với điều kiện phòng.

Vật liệu composite được sản xuất theo sơ đồ sau. Đầu tiên, thành phần ma trận được áp dụng cho các sợi gia cường, sau đó các dải băng của thành phần gia cố và bản thân ma trận được hình thành bằng cách sử dụng khuôn nén. Vật liệu tạo thành được ép ra, thiêu kết và một lớp phủ bổ sung được áp dụng cho các sợi. Hơn nữa, vật liệu thứ cấp đã hình thành (giai đoạn tiếp theo) được gửi đi để ép lại, vượt qua giai đoạn áp dụng chất nền dưới dạng phun với sự trợ giúp của plasma. Lần ép thứ ba - ép - là công đoạn cuối cùng. Như vậy, quá trình nén (ép) được thực hiện ít nhất ba lần.

Vật liệu composite tự nhiên nhẹ, bền và hiện đại. Chúng chủ yếu được sử dụng cho máy bay, bao gồm máy bay và tên lửa. Vật liệu tổng hợp không phức tạp được tạo ra bởi chính thiên nhiên, ví dụ, vòng cây bằng gỗ, vỏ cây. Vật liệu composite tự nhiên do con người tạo ra là gạch đất sét, có chứa cát, các khối xi măng-cát có trộn thêm mùn cưa và các loại khác.

Sợi thủy tinh được công nhận là một trong những loại sợi tổng hợp cổ điển. Nó là một loại băng nhựa tổng hợp được dán vào tất cả các loại bề mặt. Ma trận này giữ các sợi thủy tinh tại chỗ. Nhờ các sợi thủy tinh được ép theo cách này, độ bền của vật liệu này được đảm bảo. Nhựa vốn mềm và dẻo, trong khi thủy tinh lại cứng và giòn.

Bằng cách kết hợp những đặc tính này, có thể thu được một vật liệu rất dẻo và đồng thời rắn, trong đó nhựa và thủy tinh bổ sung cho nhau. Composite được sử dụng để sản xuất thân xe ô tô và thuyền máy. Thủy tinh composite không bị gỉ hoặc oxy hóa.

Các vật liệu xây dựng hiện đại hơn xuất hiện muộn hơn bao gồm kim loại, gốm sứ và / hoặc polyme làm chất chính. Việc phân loại các vật liệu này cũng tính đến các chất phụ gia phi kim loại, chẳng hạn như dăm gỗ hoặc bụi. Gỗ composite cốt nhựa, hoặc ván composite (và vật liệu tấm được làm từ các thành phần giống nhau), được sử dụng trong sản xuất đồ nội thất và hàng hiên hoặc sàn boong.

Gỗ, được nghiền nát và trộn với polyme nấu chảy đến trạng thái mềm, được sử dụng làm lớp phủ sàn cứng, trên đó bạn có thể đi lại và thậm chí di chuyển đồ đạc: ván hoặc tấm nhựa gỗ sẽ không bị vỡ hoặc nứt, là một vật liệu rắn.

MDF - hộp hoặc hồ sơ đặc, không sử dụng nhựa tổng hợp hoặc nhựa dẻo, mà chỉ sử dụng nhựa có nguồn gốc tự nhiên. Gỗ nghiền thành dăm và bụi được tẩm chất này rồi chuyển qua công đoạn thiêu kết và ép trong lò. Các sản phẩm thông dụng làm từ MDF là cửa và laminate chất lượng cao. Trong quá trình thiêu kết và làm cứng nhựa, chúng trùng hợp - một loại polymer tự nhiên được hình thành trong đó bụi gỗ được hòa tan (và các vụn gỗ được phân phối).

Ví dụ đơn giản nhất là hợp kim nhôm hoặc magiê được gia cố bằng sợi carbon. Nhưng nhôm có thể được bổ sung bằng cacbua silic, và thành phần đồng-niken có thể được bổ sung bằng graphene, một dạng phụ của sợi carbon.Vật liệu composite với ma trận kim loại rất mạnh, có độ cứng chấp nhận được để giải quyết hầu hết các vấn đề, chống mài mòn, chống oxy hóa và có độ nhẹ tương đối so với các sản phẩm hoàn toàn bằng kim loại.

Chúng đắt tiền và khó chế biến. Ví dụ, các phần tử piston cho động cơ đốt trong diesel được làm bằng vật liệu tổng hợp hiện đại. Vách ngăn composite cho mặt tiền được làm bằng nhôm tấm, giữa các lớp có đổ nhựa. Việc nhuộm màu giúp tạo ra một màu sắc khác cho lớp sơn hoàn thiện như vậy.

Thay vì kim loại, vật liệu chính trong composite gốm, như bạn có thể đoán, là gốm. Ví dụ, thủy tinh chứa boron được làm trên cơ sở các tạp chất silicat được sử dụng làm nguyên tố này. Nó đóng vai trò như một thành phần ma trận thứ cấp và được gia cố bằng sợi carbon hoặc gốm, trong đó silicon cacbua được sử dụng. Ví dụ, composite gốm cho phép chống lại độ giòn của gốm rắn, tạo ra một chất gia cường đặc trưng để khắc phục hiện tượng nứt gấp khúc.

Vật liệu composite cacbon-cacbua là một trong những sản phẩm được yêu cầu nhiều nhất trên thị trường vật liệu composite., giúp có được chế phẩm đi trước sợi carbon và composite về đặc tính độ bền của nó và chỉ số về độ tin cậy của phôi được làm từ chất như vậy. Ví dụ, một hỗn hợp như vậy được sử dụng trong sản xuất các bộ phận của hệ thống phanh và ly hợp ô tô.

Ngày nay, sự phát triển của các vật liệu hiện đại hơn không dừng lại, sẽ thay thế những vật liệu đã thâm nhập thị trường, với số lượng hàng chục nghìn loại sản phẩm được làm từ chúng. Vì thế, kích thước của sợi gia cường trong công nghệ nano nhỏ hơn 1000 lần so với các sợi gia cường trước đó. Một trong những vật liệu của tương lai là ống nano carbon, từ đó, ví dụ như gậy khúc côn cầu được sản xuất. Trong ví dụ này, sợi nanocacbon được phủ bằng vật liệu hỗn hợp niken-coban. Câu lạc bộ này chắc chắn gấp gần ba lần và gấp 1/5 không gấp khúc mà không bị nứt so với một sản phẩm tương tự làm bằng hợp kim thép.

Vật liệu composite cứng phân tán được phân loại là vật liệu nano trong đó chiều dài của các sợi chính được đưa đến giá trị 100 nm. Nhưng trong những năm gần đây, mười hạt nano đã thu nhỏ chiều dài xuống còn 10 nm - một cách tiếp cận tương tự được sử dụng, ví dụ, trong chất bán dẫn và vật dẫn tạo thành tinh thể của bộ vi xử lý, vi điều khiển hoặc vi mạch hình thành bộ nhớ điện tử. Các tiêu chuẩn quy định nghiêm ngặt được áp dụng cho dầm và tấm composite: ví dụ, độ cứng (mô đun Young) ít nhất phải là 130 gigapascal, vật liệu phải chống mài mòn và ổn định về kích thước. Mục đích là giải quyết tất cả những vấn đề này cùng một lúc. Nhược điểm - chi phí cao do lượng kiến ​​thức chuyên sâu gia tăng trong quá trình phát triển, triển khai và ứng dụng thực tế của các tài liệu này.

Thị trường Nga sản xuất CM chỉ chiếm 3% nguồn cung cấp xuất khẩu trên toàn cầu. Điều này là do thiếu các văn bản quy định thống nhất nhằm đơn giản hóa việc sản xuất vật liệu xây dựng composite và cho đến gần đây 90% nguyên liệu sản xuất được nhập khẩu.

Vì thế, Việc sản xuất nhựa gia cố bằng sợi carbon ở Nga mới bắt đầu phát triển, trong khi đó, chẳng hạn, Trung Quốc là một trong những nước sản xuất composite hàng đầu. Các vật liệu mới, trong đó các nhà khoa học Nga cũng tham gia chế tạo, chủ yếu dựa trên việc sử dụng các hạt nano.

Vật liệu composite được sử dụng trong chế tạo máy bay để sản xuất một số bộ phận động cơ và cấu trúc chịu tải của máy bay. Các ngành công nghiệp vũ trụ sử dụng chúng để sản xuất các cấu trúc chịu lực và vỏ bọc cho tên lửa và vệ tinh, những thứ chịu nhiệt mạnh khi đi vào quỹ đạo. Ngành công nghiệp ô tô sử dụng vật liệu composite cho thân xe và cản. Ngành công nghiệp khai thác mỏ sử dụng CM làm vật liệu cho các cuộc tập trận. Kỹ thuật dân dụng sử dụng CM để xây dựng các phần tử cho cầu và các kết cấu cao tầng khác.

Điều kiện tiên quyết chính trong các ngành khác nhau của cơ khí là làm nhẹ trọng lượng chết của ô tô và thiết bị đặc biệt, tất cả các loại xe: có tới 70% thành phần là vật liệu phi kim loại. Sàn tự san phẳng (đổ sàn), cũng như đổ cầu thang, bao gồm việc sử dụng composite, trong đó, trước khi phản ứng với không khí, có một chất bán lỏng, có thể là xi-rô. Hỗn hợp này có thể dễ dàng thi công lên sàn bê tông bằng cách sử dụng keo epoxy, trong đó chất độn chính được hòa tan.

Việc tính toán tính khả thi của việc sử dụng CM dựa trên tham số quan trọng nhất - hiệu quả của việc sử dụng các công nghệ thích hợp. Ma trận kim loại và phi kim loại trong sản xuất hỗn hợp phức tạp hơn có thể được kết hợp theo một trình tự khác nhau. Một ví dụ là lốp xe đạp, trong máy chạy bộ có sử dụng nhiều lớp sợi gia cường: nylon, kevlar, dây thép mỏng và hợp chất, cho phép tăng số lượng đường bảo vệ. Nhờ những công nghệ này, người đi xe đạp không phải “ngoạm” gai và mảnh kính, dây điện, di chuyển dọc bên đường không có đường nhựa, đường đất và đường đá.

Một chiếc lốp như vậy sẽ không đi được một chiếc, nhưng không ít hơn hai vạn km trước khi nó bị mòn nhiều đến mức những vết thủng của nó vẫn thường xuyên xảy ra. Việc tính toán chi phí của một loại lốp như vậy, tại đó mức giá này có thể tăng lên 10 lần hoặc hơn, cho phép bạn hưởng lợi từ việc giảm giá chung một cách nhỏ mà không cần thay các loại lốp tương tự đến 10 lần (yếu tố này được coi là thời gian sử dụng về thao tác sửa chữa) - khi vượt qua tất cả 20.000 km như nhau trên cùng một lốp xe.

Trong trường hợp này, lốp xe đạp là một loại đa hợp, trong đó một số lớp tăng cường (ma trận) được sử dụng, thay vì một. Việc tính toán sản xuất một loại vật liệu composite cụ thể dựa trên hình thức mà nó được sử dụng. Vật liệu gia cường được sử dụng làm chỉ, băng, vải mỏng, thành phần sợi hoặc dây thừng. Lượng chất làm cứng trong vật liệu theo thể tích và trọng lượng là 30-80%, tùy thuộc vào mục đích của một loại composite cụ thể.