Sestavljeni materiali: kaj je to, lastnosti, proizvodnja in uporaba

V različnih panogah se uporabljajo kompozitni materiali. Kaj je to? To je

Sestavine - prihodnost?

Plastičnost, moč, širok obseg uporabe - to je tisto, kar razlikuje sodobne kompozitne materiale. Kaj je to v smislu proizvodnje? Ti materiali so sestavljeni iz kovinskega ali nekovinskega substrata. Za ojačitev materiala, niti, vlakna, kosmi večje moči. Med sestavljeni materiali lahko razlikujemo plastiko, ki je ojačan z borom, ogljikom, steklenimi vlakni ali aluminijem, ojačan z jeklenimi ali berilijskimi niti. Če združujete vsebino komponent, lahko dobite kompozitne materiale različnih trdnosti, elastičnosti, odpornosti proti abrazivom.

Osnovne vrste

Razvrstitev kompozitov temelji na njihovi matriki, ki je lahko kovinska in nekovinska. Materiali s kovinsko matrico na osnovi aluminija, magnezija, niklja in njihovih zlitin pridobivajo dodatno trdnost zaradi vlaknatih materialov ali ognjevzdržnih delcev, ki se ne raztopijo v navadni kovini.

Sestoji z nekovinsko matriko v osnovi imajo polimere, ogljik ali keramiko. Med polimernimi matriksi so najbolj priljubljeni epoksi, poliamidi in fenol formaldehid. Oblika kompozicije je pritrjena na matriko, ki deluje kot vrsta veziva. Za krepitev uporabljenih materialov vlaken, svežnji, niti, večplastne tkanine.

Proizvodnja kompozitnih materialov temelji na naslednjih tehnoloških metodah:

• impregnacija armaturnih vlaken z matričnim materialom;
• oblikovanje v kalupu ojačevalnega traku in matrice;
• hladno stiskanje komponent z nadaljnjim sintranjem;
• elektrokemijski premaz vlaken in nadaljnje stiskanje;
• odlaganje matriksa z razprševanjem plazme in naknadnim zmanjšanjem.

Kakšen trdilec?

V mnogih panogah so kompozitni materiali našli aplikacijo. Kaj je, smo že rekli. Ti materiali temeljijo na več komponentah, ki so nujno utrjene s posebnimi vlakni ali kristali. Moč samih kompozitov je odvisno od moči in elastičnosti vlaken. Glede na vrsto ojačevalnega sredstva lahko razdelimo vse kompozite:

• na steklenih vlaken;
• ogljikova vlakna z ogljikovimi vlakni;
• borna vlakna;
• organska vlakna.

Krepitev materialov se lahko prilega dvema, tremi, štirimi in več niti, več jih bo močnejši in bolj zanesljiv, saj bodo sestavljeni materiali.

Lesni kompoziti

Ločeno je treba omeniti lesa kompozit. Ustvarja se z združevanjem surovin različnih vrst, z lesom kot glavnim sestavnim delom. Vsak lesni polimerni kompozit je sestavljen iz treh elementov:

• delci zdrobljenega lesa;
• termoplastični polimer (PVC, polietilen, polipropilen);
• kompleks kemičnih aditivov v obliki modifikatorjev - so v sestavi materiala do 5%.

Najbolj priljubljena vrsta lesnih kompozitov je sestavljena plošča. Njegova edinstvenost leži v dejstvu, da združuje lastnosti lesa in polimerov, kar bistveno širi obseg njegove uporabe. Torej se tabla razlikuje po gostoti (na indeks vpliva osnova smola in gostota lesnih delcev), dobra odpornost proti upogibanju. Material je okolju prijazen, ohranja teksturo, barvo in aromo naravnega lesa. Uporaba kompozitnih plošč je popolnoma varna. Zaradi polimernih aditivov kompozitna plošča pridobi visoko stopnjo odpornosti na obrabo in odpornost na vlago. Uporablja se lahko za zaključevanje teras, vrtnih poti, tudi če imajo težek tovor.

Proizvodne značilnosti

Lesni kompoziti imajo posebno strukturo zaradi kombinacije polimerne baze z lesom v njih. Med materiali te vrste se lahko omeni lesno- vlaknene plošče različne gostote, plošče usmerjenih lesnih sekancev in kompozitov iz lesa in polimera. Proizvodnja takšnih kompozitnih materialov poteka v več fazah:

1. Les je zdrobljen. Za to se uporabljajo drobilniki. Po drobljenju se les preseje in razdeli na frakcije. Če je vsebnost vlage v surovinah nad 15%, jo je treba posušiti.
2. Odmerjanje in mešanje glavnih komponent v določenih razmerjih.
3. Končni izdelek se pritisne in oblikuje, da bi dobili predstavitev.

Glavne značilnosti

Opisali smo najbolj priljubljene polimerne kompozitne materiale. Kaj je sedaj jasno? Zaradi laminirane strukture je mogoče vsaka plast ojačiti z vzporednimi neprekinjenimi vlakni. Posebej je treba omeniti značilnosti sodobnih kompozitov, ki se razlikujejo:

• visoka vrednost začasne upornosti in meje vzdržljivosti;
• visoka stopnja elastičnosti;
• moč, ki jo dosežemo s krepitvijo plasti;
• Zaradi trdih ojačanih vlaken imajo kompoziti visoko odpornost proti nateznim napetostim.

Sestavine na osnovi kovin se odlikujejo po njihovi visoki trdnosti in odpornosti proti toploti, medtem ko so praktično neelastične. Zaradi strukture vlaken se hitrost širjenja razpoke zmanjšuje, kar se včasih pojavlja v matriki.

Polimerni materiali

Polimerni kompoziti so zastopani v različnih možnostih, kar odpira velike priložnosti za njihovo uporabo na različnih področjih, od zobozdravstva do proizvodnje letalske opreme. Polnjenje kompozitov na osnovi polimerov opravljajo različne snovi.

Najbolj obetavna področja uporabe se lahko štejejo za gradbeništvo, naftno in plinsko industrijo, proizvodnjo cestnega in železniškega prometa. Na delež teh industrij predstavljajo približno 60% obsega uporabe polimernih kompozitnih materialov.

Zaradi visoke odpornosti polimernih kompozitov na korozijo se povečuje ravna in gosta površina izdelkov, ki jih dobimo z oblikovanjem, zanesljivostjo in trajnostjo delovanja končnega izdelka.

Razmislite o priljubljenih vrstah polimerni materiali.

Plastika iz steklenih vlaken

Za okrepitev teh kompozitnih materialov se uporabljajo steklena vlakna, nastala iz staljenega anorganskega stekla. Matrika temelji na termoaktivnih sintetičnih smolah in termoplastičnih polimerih, ki jih odlikujejo visoka trdnost, nizka toplotna prevodnost, visoke električne izolacijske lastnosti. Sprva so bili uporabljeni pri izdelavi antenskih ojačevalcev v obliki kupolastih struktur. V sodobnem svetu se GRP pogosto uporablja v gradbeništvu, ladjedelništvu, gospodinjskih aparatih in športnih predmetih ter radijski elektroniki.

V večini primerov se stekleni izdelki izdelujejo na osnovi brizganja. Ta metoda je še posebej učinkovita pri izdelavi majhnih in srednje velikih serij, na primer trupov, čolnov, kabin za motorna vozila, železniških vozil. Tehnologija brizganja je prikladno, ker ni potrebno rezati steklenega materiala.

Plastika na osnovi ogljika

Lastnosti kompozitnih materialov na osnovi polimerov omogočajo njihovo uporabo na različnih področjih. V njih se kot polnilo uporabljajo ogljikova vlakna, pridobljena iz sintetičnih in naravnih vlaken na osnovi celuloze, smole. Vlakno se toplotno obdeluje v več fazah. V primerjavi s steklenimi vlakni so ogljikove plastike značilne nižje gostote in večji modul elastičnosti z lahkoto in trdnostjo materiala. Zaradi edinstvenih operativnih lastnosti se CFRP uporabljajo pri proizvodnji strojnih in raketnih inštalacij, proizvodnji vesoljskih in medicinskih naprav, koles in športnih potrebščin.

Boroplasty

Gre za večkomponentne materiale, ki temeljijo na bornih vlaknih, vnesenih v termosetirni polimerni matriks. Sama vlakna so predstavljena z monofilamenti, snopi, ki so prepleteni s pomožnim steklenim navojem. Visoka trdota preje zagotavlja trdnost in obstojnost materiala do agresivnih dejavnikov, vendar so boroplastiki krhki, kar otežuje zdravljenje. Borna vlakna so draga, zato obseg uporabe boroplastikov omejuje predvsem letalska in vesoljska industrija.

Organoplastika

V teh kompozitih so polnila predvsem sintetična vlakna - snopi, filamenti, tkanine, papir. Med posebnimi lastnostmi teh polimerov lahko opazimo majhno gostoto, lahkotnost v primerjavi s steklenimi in ogljikovimi plastičnimi materiali, visoko natezno trdnostjo in visoko odpornostjo na udarce in dinamične obremenitve. Ta kompozitni material se pogosto uporablja na področjih, kot so strojništvo, ladjedelništvo, avtomobilska industrija, proizvodnja vesoljske tehnologije, kemijsko inženirstvo.

Kakšna je učinkovitost?

Sestavljeni materiali zaradi edinstvene sestave se lahko uporabljajo na različnih področjih:

• V letalstvu pri izdelavi delov zrakoplova in motorjev;
• vesoljska tehnologija za proizvodnjo energetskih struktur za aparate, ki se ogrevajo;
• avtomobilska industrija za izdelavo lahkih teles, okvirov, plošč, odbijačev;
• rudarska industrija pri proizvodnji vrtalnih orodij;
• civilna gradnja za ustvarjanje razponov mostov, elementov montažnih konstrukcij na visokih strukturah.

Uporaba kompozitov omogoča povečanje moči motorjev, elektrarn, hkrati pa zmanjšuje maso strojev in opreme.

Kakšne možnosti?

Po mnenju predstavnikov ruske industrije se kompozitni material nanaša na material nove generacije. Načrtuje se, da bo do leta 2020 rasti domače proizvodnje sestavljene industrije. V državi se že izvajajo pilotni projekti, namenjeni razvoju kompozitnih materialov nove generacije.

Uporaba kompozitov je priporočljiva na različnih področjih, vendar je najbolj učinkovita v visokotehnoloških industrijah. Na primer, danes ni izdelan zrakoplov brez uporabe kompozitov, nekateri pa uporabljajo približno 60% polimernih kompozitov.

Zaradi možnosti kombiniranja različnih ojačitvenih elementov in matrik je mogoče dobiti sestavo z določenim nizom značilnosti. To pa po drugi strani omogoča uporabo teh materialov na različnih področjih.