Dom » Cijevi » Upotreba kompozitnih materijala u odbrambenoj i svemirskoj industriji. Neke metode proizvodnje proizvoda od kompozita

Upotreba kompozitnih materijala u odbrambenoj i svemirskoj industriji. Neke metode proizvodnje proizvoda od kompozita

1. Kompozitni ili kompozitni materijali su materijali budućnosti.

Nakon što nam je savremena fizika metala detaljno objasnila razloge njihove plastičnosti, čvrstoće i njenog povećanja, počeo je intenzivan sistematski razvoj novih materijala. To će dovesti, vjerovatno u zamislivoj budućnosti, do stvaranja materijala mnogostruko veće čvrstoće od današnjih konvencionalnih legura. U ovom slučaju, velika će se pažnja posvetiti već poznatim mehanizmima očvršćavanja čelika i starenja aluminijskih legura, kombinacijama ovih poznatih mehanizama sa procesima formiranja i brojnim mogućnostima za stvaranje kombinovanih materijala. Otvaraju se dva obećavajuća puta kombinovani materijali ojačani vlaknima ili dispergiranim čvrstim materijalima. Prvo, najtanja vlakna visoke čvrstoće napravljena od stakla, ugljika, bora, berilijuma, čelika ili monokristala se uvode u matricu neorganskog metala ili organskog polimera. Kao rezultat ove kombinacije, maksimalna čvrstoća je kombinovana sa visokim modulom elastičnosti i malom gustinom. Kompozitni materijali su takvi materijali budućnosti.

Kompozitni materijal je konstrukcijski (metalni ili nemetalni) materijal u kojem se nalaze elementi za ojačanje u obliku niti, vlakana ili ljuskica od izdržljivijeg materijala. Primjeri kompozitnih materijala: plastika ojačana borom, ugljikom, staklenim vlaknima, kudeljama ili tkaninama na njihovoj osnovi; aluminijum ojačan čeličnim filamentima, berilijum. Kombinujući zapreminski sadržaj komponenti, moguće je dobiti kompozitne materijale sa potrebnim vrednostima čvrstoće, otpornosti na toplotu, modula elastičnosti, otpornosti na habanje, kao i kreirati kompozicije sa potrebnim magnetnim, dielektričnim, radio-apsorbujućim i druga posebna svojstva.

2. Vrste kompozitnih materijala.

2.1. Kompozitni materijali sa metalnom matricom.

Kompozitni materijali ili kompozitni materijali sastoje se od metalne matrice (obično Al, Mg, Ni i njihove legure) ojačane vlaknima visoke čvrstoće (vlaknasti materijali) ili fino dispergiranim vatrostalnim česticama koje se ne otapaju u osnovnom metalu (materijali ojačani disperzijom) . Metalna matrica vezuje vlakna (raspršene čestice) u jednu cjelinu. Vlakna (raspršene čestice) plus vezivo (matrica) koje čine određeni sastav nazivaju se kompozitni materijali.

2.2. Kompozitni materijali sa nemetalnom matricom.

Pronađeni su kompozitni materijali sa nemetalnom matricom široka primena. Kao nemetalne matrice, polimer, ugljik i keramičkih materijala. Od polimernih matrica najviše se koriste epoksid, fenol-formaldehid i poliamid.
Ugljične matrice koksirane ili pirougljične dobivene od sintetičkih polimera podvrgnutih pirolizi. Matrica vezuje kompoziciju, dajući joj formu. Učvršćivači su vlakna: staklena, ugljenična, borova, organska, na bazi brkova (oksidi, karbidi, boridi, nitridi i dr.), kao i metalna (žice), koja imaju veliku čvrstoću i krutost.

Svojstva kompozitnih materijala zavise od sastava komponenti, njihove kombinacije, kvantitativnog omjera i čvrstoće veze između njih.
Materijali za ojačanje mogu biti u obliku vlakana, pletenica, niti, traka, višeslojnih tkanina.

Sadržaj učvršćivača u orijentisanim materijalima je 60-80 vol. %, u neorijentisanim (sa diskretnim vlaknima i brkovima) - 20-30 vol. %. Što je veća čvrstoća i modul elastičnosti vlakana, veća je čvrstoća i krutost kompozitnog materijala. Svojstva matrice određuju čvrstoću sastava na smicanje i kompresiju i otpornost na lomanje od zamora.

Prema vrsti učvršćivača, kompozitni materijali se dijele na staklena vlakna, karbonska vlakna s karbonskim vlaknima, borna vlakna i organska vlakna.

U laminiranim materijalima, vlakna, niti, trake impregnirane vezivom polažu se paralelno jedna s drugom u ravnini polaganja. Ravni slojevi se sklapaju u ploče. Svojstva su anizotropna. Za rad materijala u proizvodu važno je voditi računa o smjeru djelovanja opterećenja. Možete kreirati materijale sa izotropnim i anizotropnim svojstvima.
Možete polagati vlakna pod različitim uglovima, varirajući svojstva kompozitnih materijala. Krutost materijala na savijanje i torziju zavisi od redosleda polaganja slojeva duž debljine pakovanja.

Koristi se polaganje armaturnih elemenata od tri, četiri ili više niti.
Greatest Application ima strukturu od tri međusobno okomite niti. Učvršćivači se mogu nalaziti u aksijalnom, radijalnom i obodnom smjeru.

Trodimenzionalni materijali mogu biti bilo koje debljine u obliku blokova, cilindara. Krupne tkanine povećavaju vlačnu čvrstoću i otpornost na smicanje u odnosu na slojevite. Sistem od četiri niti je izgrađen širenjem sredstva za ojačanje duž dijagonala kocke. Struktura četiri navoja je uravnotežena, ima povećanu smičnu krutost u glavnim ravnima.
Međutim, stvaranje četverosmjernih materijala je teže od trosmjernih materijala.

3. Klasifikacija kompozitnih materijala.

3.1. Vlaknasti kompozitni materijali.

Često je kompozitni materijal slojevita struktura u kojoj je svaki sloj ojačan veliki broj paralelna kontinuirana vlakna. Svaki sloj također može biti ojačan kontinuiranim vlaknima utkanim u tkaninu, koja je originalnog oblika, koja po širini i dužini odgovara konačnom materijalu. Nije neuobičajeno da se vlakna utkaju u trodimenzionalne strukture.

Kompozitni materijali se razlikuju od konvencionalnih legura po višim vrijednostima vlačne čvrstoće i granice izdržljivosti (za 50-10%), modulu elastičnosti, koeficijentu krutosti i manjoj podložnosti pucanju. Upotreba kompozitnih materijala povećava krutost konstrukcije uz smanjenje potrošnje metala.

Čvrstoća kompozitnih (vlaknastih) materijala određena je svojstvima vlakana; matrica treba uglavnom preraspodijeliti naprezanja između elemenata armature. Stoga, čvrstoća i modul elastičnosti vlakana moraju biti znatno veći od čvrstoće i modula elastičnosti matrice.
Kruta armaturna vlakna uočavaju naprezanja koja nastaju u sastavu pod opterećenjem, daju mu čvrstoću i krutost u smjeru orijentacije vlakana.

Za jačanje aluminijuma, magnezijuma i njihovih legura koriste se vlakna bora, kao i vlakna od vatrostalnih jedinjenja (karbidi, nitridi, boridi i oksidi), koja imaju visoku čvrstoću i modul elastičnosti. Često se čelična žica visoke čvrstoće koristi kao vlakna.

Za ojačanje titana i njegovih legura koriste se molibdenska žica, safirna vlakna, silicijum karbid i titan borid.

Povećanje toplinske otpornosti legura nikla postiže se armiranjem žicom od volframa ili molibdena. Metalna vlakna se također koriste u slučajevima kada je potrebna visoka toplinska i električna provodljivost. Obećavajući učvršćivači za vlaknaste kompozitne materijale visoke čvrstoće i visokog modula su brkovi od aluminijum oksida i nitrida, silicijum karbida i nitrida, karbidabora itd.

Kompozitni materijali na metalna baza imaju visoku čvrstoću i otpornost na toplinu, a istovremeno imaju nisku plastičnost. Međutim, vlakna u kompozitnim materijalima smanjuju brzinu širenja pukotina koje nastaju u matriksu, a iznenadni lomljivi lom gotovo potpuno nestaje. Prepoznatljiva karakteristika vlaknasti jednoosni kompozitni materijali su anizotropni mehanička svojstva uzduž i popreko vlakana i niska osjetljivost na koncentratore naprezanja.

Anizotropija svojstava vlaknastih kompozitnih materijala uzima se u obzir pri dizajniranju dijelova radi optimizacije svojstava usklađivanjem polja otpora s poljima naprezanja.

Ojačanje legura aluminijuma, magnezijuma i titanijuma kontinuiranim vatrostalnim vlaknima bora, silicijum karbida, titanijum doborida i aluminijum oksida značajno povećava otpornost na toplotu. Karakteristika kompozitnih materijala je niska stopa omekšavanja u vremenu s povećanjem temperature.

Glavni nedostatak kompozitnih materijala s jednodimenzionalnim i dvodimenzionalnim ojačanjem je niska otpornost na interlaminarni i poprečni smicanje. Materijali s volumetrijskim ojačanjem su lišeni ovoga.

3.2. Kompozitni materijali ojačani disperzijom.

Za razliku od vlaknastih kompozitnih materijala, u kompozitnim materijalima ojačanim disperzijom, matrica je glavni nosivi element, a dispergirane čestice usporavaju kretanje dislokacija u njemu.
Visoka čvrstoća se postiže veličinom čestica od 10-500 nm sa prosečnim rastojanjem između njih od 100-500 nm i njihovom ravnomernom distribucijom u matrici.
Čvrstoća i otpornost na toplotu, u zavisnosti od zapreminskog sadržaja faza očvršćavanja, ne poštuju zakon aditivnosti. Optimalni sadržaj druge faze za različite metale nije isti, ali obično ne prelazi 5-10 vol. %.

Upotreba stabilnih vatrostalnih jedinjenja (torijum, hafnij, itrijum oksidi, kompleksna jedinjenja oksida i metala retkih zemnih) koja su nerastvorljiva u metalu matriksa kao faze ojačanja omogućava očuvanje visoka čvrstoća materijal do 0,9-0,95 T. U vezi s tim, takvi se materijali često koriste kao otporni na toplinu. Kompozitni materijali ojačani disperzijom mogu se dobiti na bazi većine metala i legura koji se koriste u mašinstvu.

Najrasprostranjenije legure na bazi aluminijuma - SAP (sinterovani aluminijumski prah).

Gustoća ovih materijala jednaka je gustoći aluminija, nisu inferiorni u odnosu na otpornost na koroziju i mogu čak zamijeniti titan i čelike otporne na koroziju kada rade u temperaturnom rasponu od 250-500 °C. Što se tiče dugotrajne čvrstoće, superiorni su od kovanih legura aluminijuma. Dugotrajna čvrstoća za SAP-1 i SAP-2 legure na 500°C je 45-55 MPa.

Veliki izgledi za materijale ojačane disperzijom nikla.
Legure na bazi nikla sa 2-3 vol. % torijevog dioksida ili hafnijevog dioksida. Matrica ovih legura je obično čvrsta otopina Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr i Mo. Široku primjenu dobile su legure VDU-1 (nikl očvrsnut torijum-dioksidom), VDU-2 (nikl očvrsnut hafnij-dioksidom) i VD-3 (Ni + 20% Cr matrica kaljen torijum-oksidom). Ove legure imaju visoku otpornost na toplinu. Kompozitni materijali ojačani disperzijom, kao i vlaknasti, otporni su na omekšavanje s povećanjem temperature i vremena zadržavanja na datoj temperaturi.

3.3. Fiberglass.

Fiberglas je sastav koji se sastoji od sintetičke smole, koja je vezivo, i punila od staklenih vlakana. Kao punilo koristi se kontinuirana ili kratka staklena vlakna. Čvrstoća staklenih vlakana naglo raste sa smanjenjem njegovog promjera (zbog utjecaja nehomogenosti i pukotina koje se javljaju u debelim presjecima). Svojstva stakloplastike takođe zavise od sadržaja alkalija u njegovom sastavu; najbolje performanse bezalkalnih stakala aluminoborosilikatnog sastava.

Neorijentisana staklena vlakna sadrže kratko vlakno kao punilo. Ovo omogućava presovanje delova. složenog oblika, sa metalnim okovom. Materijal se dobija sa karakteristikama izotopske čvrstoće mnogo većim od onih u prahu za presovanje, pa čak i vlaknima. Predstavnici takvog materijala su staklena vlakna AG-4V, kao i DSV (mjerna staklena vlakna), koja se koriste za proizvodnju energetskih električnih dijelova, dijelova strojarstva (kalemovi, brtve pumpe itd.). Pri upotrebi nezasićenih poliestera kao veziva dobijaju se PSK premiksevi (pastozni) i prepregi AP i PPM (na bazi staklene prostirke). Prepregovi se mogu koristiti za velike proizvode jednostavne forme(karoserije automobila, čamci, kutije za instrumente, itd.).

Orijentirana stakloplastika ima punilo u obliku dugih vlakana raspoređenih u odvojene orijentirane niti i pažljivo zalijepljenih vezivom. Ovo obezbeđuje veću čvrstoću fiberglasa.

Fiberglas može raditi na temperaturama od -60 do 200°C, kao i in tropskim uslovima, izdržavaju velika inercijska preopterećenja.
Kod starenja od dvije godine koeficijent starenja K = 0,5-0,7.
jonizujuće zračenje malo utiče na njihovu mehaničku i električna svojstva. Koriste se za proizvodnju delova visoke čvrstoće, sa okovom i navojima.

3.4. Ugljična vlakna.

Ugljična vlakna (karbonska plastika) su sastavi koji se sastoje od polimernog veziva (matrice) i sredstava za ojačavanje u obliku karbonskih vlakana (karbonska vlakna).

visoka energija C-C konekcije Ugljična vlakna im omogućavaju da održe čvrstoću na vrlo visokim temperaturama (u neutralnim i redukcijskim okruženjima do 2200°C), kao i na niskim temperaturama. Vlakna su zaštićena od oksidacije zaštitnim premazima (pirolitičkim). Za razliku od staklenih vlakana, karbonska vlakna su slabo vlažena vezivom.
(niska površinska energija), pa su urezani. Ovo povećava stepen aktivacije karbonskih vlakana sadržajem karboksilne grupe na njihovoj površini. Interlaminarna čvrstoća karbonskih vlakana povećava se za 1,6-2,5 puta. Korištena je viskerizacija kristala TiO, AlN i SiN, što daje povećanje međuslojne krutosti za 2 puta i čvrstoće za 2,8 puta. Koriste se prostorno ojačane konstrukcije.

Veziva su sintetički polimeri (polimerna karbonska vlakna); sintetički polimeri podvrgnuti pirolizi (koksirana karbonska vlakna); pirolitički ugljik (pirokarbonska karbonska vlakna).

Epoksifenolna karbonska vlakna KMU-1l, ojačana karbonskom trakom, i KMU-1u na kudelji, viscerized whisker kristalima, mogu raditi dugo vremena na temperaturama do 200 °C.

Ugljična vlakna KMU-3 i KMU-2l dobijaju se na epoksianilino-formaldehidnom vezivu, mogu raditi na temperaturama do 100°C, tehnološki su najnaprednija. Ugljična vlakna KMU-2 i
KMU-2l na bazi poliimidnog veziva može se koristiti na temperaturama do
300 °C.

Ugljična vlakna odlikuju se visokom statičkom i dinamičkom otpornošću na zamor, zadržavaju ovo svojstvo pri normalnim i vrlo niskim temperaturama (visoka toplinska provodljivost vlakana sprječava samozagrijavanje materijala zbog unutrašnjeg trenja). Otporne su na vodu i hemikalije. Nakon izlaganja rendgenskim zracima u zraku, E i E se gotovo ne mijenjaju.

Toplotna provodljivost karbonskih vlakana je 1,5-2 puta veća od toplotne provodljivosti stakloplastike. Imaju sljedeća električna svojstva: = 0,0024-0,0034 Ohm cm (duž vlakana); ? \u003d 10 i tg \u003d 0,001 (pri trenutnoj frekvenciji od 10 Hz).

Carboglass vlakna sadrže, zajedno sa karbonskim staklenim vlaknima, što smanjuje cijenu materijala.

3.5. Ugljična vlakna sa karbonskom matricom.

Materijali za koksanje dobivaju se od konvencionalnih polimernih karbonskih vlakana podvrgnutih pirolizi u inertnoj ili redukcijskoj atmosferi. Na temperaturi od 800-1500 °C nastaju karbonizirana karbonizirana, a na 2500-3000 °C nastaju grafitizirana karbonska vlakna. Za dobivanje pirokarbonskih materijala, učvršćivač se postavlja prema obliku proizvoda i stavlja u pećnicu u koju se propušta plinoviti ugljovodonik (metan). Pod određenim režimom (temperatura 1100 °C i rezidualni pritisak 2660 Pa), metan se razgrađuje i nastali pirolitički ugljik se taloži na vlakna sredstva za ojačavanje, vezujući ih.

Koks koji nastaje tokom pirolize veziva ima visoku čvrstoću prianjanja na karbonska vlakna. S tim u vezi, kompozitni materijal ima visoka mehanička i ablativna svojstva, otpornost na toplinski udar.

Ugljična vlakna s karbonskom matricom tipa KUP-VM u pogledu čvrstoće i udarne čvrstoće su 5-10 puta bolja od specijalnih grafita; kada se zagrijavaju u inertnoj atmosferi i vakuumu, zadržava čvrstoću do 2200
°C, oksidira na zraku na 450 °C i zahtijeva zaštitni premaz.
Koeficijent trenja jednog karbonskog vlakna sa karbonskom matricom je inače visok (0,35-0,45), a habanje je nisko (0,7-1 mikrona za kočenje).

3.6. Borna vlakna.

Borova vlakna su sastavi polimernog veziva i ojačavajućeg agensa - borovih vlakana.

Borna vlakna odlikuju se visokom tlačnom čvrstoćom, posmičnošću, malim puzanjem, visokom tvrdoćom i modulom elastičnosti, toplinskom i električnom provodljivošću. Ćelijska mikrostruktura vlakana bora pruža visoku čvrstoću na smicanje na međuprostoru s matriksom.

Uz kontinuirano borovo vlakno, koriste se složeni borglasiti, u kojima je nekoliko paralelnih borovih vlakana opleteno staklenim vlaknom, što daje dimenzionalnu stabilnost. Upotreba borovih staklenih vlakana olakšava tehnološki proces proizvodnje materijala.

Modifikovana epoksidna i poliimidna veziva koriste se kao matrice za dobijanje borovih vlakana. Borna vlakna KMB-1 i
KMB-1k su dizajnirani za dugotrajan rad na temperaturi od 200 °C; KMB-3 i KMB-3k nisu potrebni visokog pritiska tokom obrade i može raditi na temperaturi koja ne prelazi 100 ° C; KMB-2k radi na 300 °C.

Borna vlakna imaju visoku otpornost na zamor, otporna su na zračenje, vodu, organske rastvarače i goriva i maziva.

3.7. Organska vlakna.

Organska vlakna su kompozitni materijali koji se sastoje od polimernog veziva i pojačavača (punila) u obliku sintetičkih vlakana. Takvi materijali imaju malu težinu, relativno visoku specifičnu čvrstoću i krutost, te su stabilni pod djelovanjem naizmjeničnih opterećenja i nagle promjene temperature. Za sintetička vlakna, gubitak čvrstoće tokom obrade tekstila je mali; manje su osjetljivi na oštećenja.

Za organska vlakna, vrijednosti modula elastičnosti i temperaturnih koeficijenata linearne ekspanzije učvršćivača i veziva su bliske.
Postoji difuzija komponenti veziva u vlakno i hemijska interakcija između njih. Struktura materijala je bez nedostataka. Poroznost ne prelazi 1-3% (kod ostalih materijala 10-20%). Otuda stabilnost mehaničkih svojstava organskih vlakana na oštar pad temperature, udarna i ciklička opterećenja. Čvrstoća na udar je visoka (400-700kJ/m²). Nedostatak ovih materijala je relativno mala tlačna čvrstoća i veliko puzanje (posebno za elastična vlakna).

Organska vlakna su otporna na agresivne sredine iu vlažnoj tropskoj klimi; dielektrična svojstva su visoka, a toplotna provodljivost niska. Većina organskih vlakana može dugo raditi na temperaturi od 100-150 °C, a na bazi poliimidnog veziva i polioksadiazolnih vlakana - na temperaturi od 200-300 °C.

U kombiniranim materijalima, uz sintetička vlakna, koriste se mineralna vlakna (staklena, karbonska i borna vlakna). Takvi materijali imaju veću čvrstoću i krutost.

4. Ekonomska efikasnost upotrebe kompozitnih materijala.

Područja primjene kompozitnih materijala nisu ograničena. Koriste se u vazduhoplovstvu za visoko opterećene delove aviona (koža, lamele, rebra, paneli i dr.) i motora (lopatice kompresora i turbine i dr.), u svemirskoj tehnici za jedinice nosivih konstrukcija vozila koja se zagrevaju , za elemente za ukrućenje, panele, u automobilskoj industriji za olakšanje karoserija, opruga, ramova, karoserija, branika itd., u rudarskoj industriji (bušaći alati, dijelovi kombajna itd.), u građevinarstvu (rasponi mostova, elementi montažnih konstrukcija visokogradnje i dr.). itd.) i u drugim oblastima narodne privrede.

Upotreba kompozitnih materijala omogućava novi kvalitativni skok u povećanju snage motora, energetskih i transportnih instalacija, smanjenju težine mašina i uređaja.

Tehnologija dobijanja poluproizvoda i proizvoda od kompozitnih materijala je dobro razvijena.

Kompozitni materijali s nemetalnom matricom, odnosno polimerna karbonska vlakna, koriste se u brodogradnji i automobilskoj industriji (karoserije, šasije, propeleri); ležajevi, grijaće ploče, sportska oprema, kompjuterski dijelovi. Ugljična vlakna visokog modula koriste se za proizvodnju dijelova za avione, opreme za hemijska industrija, u rendgenskoj opremi i dr.

Ugljična matrična karbonska vlakna zamjenjuju različite vrste grafita. Koriste se za termičku zaštitu, kočione diskove aviona, opremu otpornu na hemikalije.

Proizvodi od borovih vlakana koriste se u vazduhoplovnoj i svemirskoj tehnici (profili, paneli, lopatice rotora i kompresora, lopatice propelera i prenosna vratila helikoptera itd.).

Organovlakna se koriste kao izolacioni strukturni materijal u elektro i radio industriji, vazduhoplovnoj tehnologiji i automobilskoj tehnici; Od njih se izrađuju cijevi, spremnici za reagense, premazi za trup broda i drugo.

Oglase za kupovinu i prodaju opreme možete pogledati na

Možete razgovarati o prednostima polimera i njihovim svojstvima na

Registrujte svoju kompaniju u Poslovni imenik

kompozitni materijal sudlal, kompozitni materijal impex
Kompozitni materijal(KM), kompozitni- umjetno stvoren nehomogen čvrsti materijal, koji se sastoji od dvije ili više komponenti sa jasnim međuprostorom između njih. U većini kompozita (s izuzetkom slojevitih), komponente se mogu podijeliti na matricu (ili vezivo) i armaturne elemente (ili punila) koji su u njoj uključeni. strukturni kompoziti, armaturni elementi obično pružaju potrebno mehaničke karakteristike materijala (čvrstoća, krutost, itd.), a matrica osigurava zajednički rad armaturnih elemenata i štiti ih od mehaničko oštećenje i agresivno hemijsko okruženje.

Mehaničko ponašanje sastava određeno je omjerom svojstava armaturnih elemenata i matrice, kao i čvrstoćom veza između njih. Karakteristike i svojstva stvorenog proizvoda zavise od izbora početnih komponenti i tehnologije njihove kombinacije.

Kada se kombiniraju elementi za ojačanje i matrica, formira se sastav koji ima skup svojstava koja odražavaju ne samo početne karakteristike njegovih komponenti, već i nova svojstva koja pojedinačne komponente nemaju. Na primjer, prisutnost sučelja između elemenata za ojačanje i matrice značajno povećava otpornost materijala na pucanje, a u kompozicijama, za razliku od homogenih metala, povećanje statičke čvrstoće ne dovodi do smanjenja, već, u pravilu, do povećanje karakteristika otpornosti na lom.

Za stvaranje kompozicije koriste se različita punila i matrice za ojačavanje. To su getinax i textolit (laminirana plastika od papira ili tkanine zalijepljena termoreaktivnim ljepilom), staklo i grafitna plastika (tkanina ili namotana vlakna od stakla ili grafita, impregnirana epoksidnih ljepila), šperploča. Postoje materijali u kojima je tanko vlakno napravljeno od legura visoke čvrstoće ispunjeno aluminijskom masom. Bulat je jedan od najstarijih kompozitnih materijala. najtanji slojevi (ponekad niti) visokougljičnog čelika su "zalijepljeni" mekim niskougljičnim željezom.

Naučnici za materijale eksperimentišu s ciljem stvaranja praktičnijih u proizvodnji, a time i više jeftini materijali. Proučavaju se samorastuće kristalne strukture zalijepljene u jednu masu polimernim ljepilom (cementi sa aditivima vodotopivih ljepila), termoplastične kompozicije s kratkim ojačavajućim vlaknima itd.

1 Klasifikacija kompozita
2 Prednosti kompozitnih materijala
3 Nedostaci kompozitnih materijala
- 3.1 Visoka cijena
- 3.2 Anizotropija svojstava
- 3.3 Mala udarna čvrstoća
- 3.4 Visok specifičan volumen
- 3.5 Higroskopnost
- 3.6 Toksičnost
- 3.7 Loša mogućnost održavanja
4 Aplikacije
- 4.1 Roba široke potrošnje
- 4.2 Sportska oprema
- 4.3 Medicina
- 4.4 Mašinstvo
  - 4.4.1 Karakteristika
  - 4.4.2 Specifikacije
  - 4.4.3 Tehničke i ekonomske prednosti
  - 4.4.4 Primjena tehnologije
- 4.5 Vazduhoplovstvo i astronautika
- 4.6 Naoružanje i vojna oprema
5 Vidi također
6 Napomene
7 Literatura
8 Linkovi

Klasifikacija kompozita

Kompoziti se obično klasificiraju prema vrsti punila za ojačavanje:

vlaknaste (komponenta za ojačavanje - vlaknaste strukture);
slojevito;
punjena plastika (komponenta za ojačavanje - čestice)
- rasuti (homogeni),
- skeletne (početne strukture ispunjene vezivom).

Također, kompoziti se ponekad klasificiraju prema materijalu matrice:

kompoziti polimerne matrice,
keramički matrični kompoziti,
kompoziti s metalnom matricom,
oksidno-oksidni kompoziti.

Prednosti kompozitnih materijala

Glavna prednost CM-a je što se materijal i struktura stvaraju istovremeno. Izuzetak su prepregi, koji su poluproizvod za izradu konstrukcija.

Vrijedi odmah napomenuti da su CM kreirani za obavljanje ovih zadataka, odnosno ne mogu sadržavati sve moguće koristi, ali prilikom dizajniranja novog kompozita, inženjer je slobodan da mu da karakteristike koje su značajno superiornije od onih tradicionalnih materijala dok ispunjava ovaj cilj u ovaj mehanizam, ali inferiorniji od njih u nekim drugim aspektima. To znači da CM ne može biti bolji od tradicionalnog materijala u svemu, odnosno za svaki proizvod inženjer sve vodi potrebne kalkulacije i tek tada bira optimalno između materijala za proizvodnju.

visoka specifična čvrstoća (snaga 3500 MPa)
visoka krutost (modul elastičnosti 130…140 - 240 GPa)
visoka otpornost na habanje
visoka čvrstoća na zamor
od CM je moguće napraviti dimenzionalno stabilne strukture
lakoća

Štaviše, različite klase kompozita mogu imati jednu ili više prednosti. Neke prednosti se ne mogu postići istovremeno.

Nedostaci kompozitnih materijala

Kompozitni materijali imaju prilično veliki broj nedostataka koji ometaju njihovu distribuciju.

Visoka cijena

Visoka cijena CM-a je posljedica visokog naučnog intenziteta proizvodnje, potrebe za korištenjem posebne skupe opreme i sirovina, a samim tim i razvijene industrijska proizvodnja i naučne baze zemlje. Međutim, to vrijedi samo kada kompoziti zamjenjuju jednostavne valjane proizvode od crnih metala. U slučaju lakih proizvoda, pobjednik su proizvodi složenog oblika, proizvodi otporni na koroziju, dielektrični proizvodi visoke čvrstoće, kompoziti. Štoviše, cijena kompozitnih proizvoda često je niža od analoga izrađenih od obojenih metala ili od nerđajućeg čelika.

Anizotropija svojstava

Anizotropija je zavisnost CM svojstava o izboru pravca merenja. Na primjer, modul elastičnosti jednosmjernih karbonskih vlakana duž vlakana je 10-15 puta veći nego u poprečnom smjeru.

Da bi se kompenzirala anizotropija, povećava se sigurnosni faktor, koji može neutralizirati prednost CM u specifičnoj snazi. Kao takav primjer može poslužiti iskustvo korištenja CM-a u proizvodnji vertikalnog repa lovca MiG-29. Zbog anizotropije korištene KM, vertikalni rep je projektovan sa sigurnosnim faktorom koji je višestruki od standardnog faktora u avijaciji od 1,5, što je u konačnici dovelo do toga da se kompozitni vertikalni rep MiG-29 ispostavilo kao biti jednak po težini dizajnu klasičnog vertikalnog repa od duralumina.

Međutim, u mnogim slučajevima, anizotropija svojstava je korisna. Na primjer, cijevi koje rade na unutrašnjem pritisku doživljavaju dvostruko veće prekidne napone u obodnom smjeru u odnosu na aksijalni. Stoga cijev ne mora biti jednake čvrstoće u svim smjerovima. U slučaju kompozita, ovo stanje se lako može osigurati udvostručavanjem armature u obodnom smjeru u odnosu na aksijalnu.

Mala udarna čvrstoća

Niska udarna čvrstoća je također razlog potrebe za povećanjem granice sigurnosti. Osim toga, niska udarna čvrstoća uzrokuje velika oštećenja CM proizvoda, veliku vjerovatnoću pojave skrivenih nedostataka koji se mogu otkriti samo instrumentalnim metodama kontrole.

Visok specifičan volumen

Visoka specifična zapremina je značajan nedostatak kada se koristi CM u područjima sa ozbiljnim ograničenjima zauzete zapremine. Ovo se, na primjer, odnosi na oblast nadzvučne avijacije, gdje čak i neznatno povećanje zapremine aviona dovodi do značajnog povećanja talasnog aerodinamičkog otpora.

Higroskopnost

Kompozitni materijali su higroskopni, odnosno imaju tendenciju da upijaju vlagu, što je zbog diskontinuiteta unutrašnje strukture CM. Tokom dugotrajnog rada i ponovljenog prijelaza temperature na 0 Celzijusa, voda koja prodire u CM strukturu uništava CM proizvod iznutra (efekat je po prirodi sličan razaranju autoputevi tokom van sezone). Pošteno radi, treba napomenuti da se ovaj nedostatak odnosi na kompozite prve generacije, koji su imali nedovoljno efikasnu adheziju veziva za punilo, kao i veliki volumen šupljina u matrici veziva. Moderni tipovi kompoziti sa visokom adhezijom veziva na punilo (postignutim upotrebom specijalnih maziva), dobijeni vakuumskim oblikovanjem sa minimalnom količinom zaostalih gasnih kaverni, ne podležu ovom nedostatku, što omogućava, posebno, izgradnju kompozitne brodove, proizvode kompozitnu armaturu i kompozitne nosače nadzemnih vodova dalekovodi.

Međutim, CM-ovi mogu apsorbirati i druge tečnosti visoke penetracije, kao što su avio kerozin ili drugi naftni proizvodi.

Toksičnost

Tokom rada, CM-ovi mogu emitovati isparenja koja su često toksična. Ako su proizvodi napravljeni od CM koji će se nalaziti u neposrednoj blizini osobe (takav primjer može biti kompozitni trup aviona Boeing 787 Dreamliner), tada su potrebne dodatne studije o utjecaju CM komponenti na ljude kako bi se odobrili materijali koristi se u proizvodnji CM.

Niska proizvodnost održavanja

Kompozitni materijali mogu imati nisku operativnu proizvodnost, nisku mogućnost održavanja i visoke troškove rada. To je zbog potrebe za korištenjem posebnih radno intenzivnih metoda (a ponekad ručni rad), specijalni alati za završetak i popravku objekata iz CM. Često proizvodi od KM uopće ne podliježu doradi i popravci.

Područja upotrebe

Potrošačka roba

Armirani beton je jedan od najstarijih i najjednostavnijih kompozitnih materijala.
Štapovi za pecanje od fiberglasa i karbonskih vlakana
čamci od fiberglasa
Auto gume
Metalni kompoziti

Sportska oprema

Kompoziti su se čvrsto ustalili u sportu: za visoka dostignuća potrebna je velika čvrstoća i mala težina, a cijena ne igra posebnu ulogu.

Bicikli
Skijaška oprema - štapovi i skije
Hokejaški štapovi i klizaljke
Kajaci, kanui i vesla
Dijelovi karoserije za trkačke automobile i motocikle
Kacige

Lek

Materijal za zubne plombe. Plastična matrica služi za dobro punjenje, punilo staklenih čestica povećava otpornost na habanje.

mehanički inžinjering

U mašinstvu, kompozitni materijali se široko koriste za stvaranje zaštitni premazi na tarnim površinama, kao i za izradu raznih delova motora sa unutrašnjim sagorevanjem (klipovi, klipnjače).

Karakteristično

Tehnologija se koristi za formiranje dodatnih zaštitnih premaza na površinama u parovima čelik-guma. Primjena tehnologije omogućava povećanje radnog ciklusa zaptivki i vratila industrijske opreme u kojoj radi vodena sredina.

Kompozitni materijali se sastoje od nekoliko funkcionalno različitih materijala. Osnovu neorganskih materijala čine silikati magnezijuma, gvožđa i aluminijuma modifikovani raznim aditivima. Fazni prijelazi u ovim materijalima nastaju pri dovoljno visokim lokalnim opterećenjima blizu krajnje čvrstoće metala. Istovremeno se na površini u zoni velikih lokalnih opterećenja formira sloj kermeta visoke čvrstoće, zbog čega je moguće promijeniti strukturu metalne površine.

Polimerni materijali na bazi politetrafluoroetilena su modifikovani ultradisperznim dijamant-grafitnim prahovima dobijenim od eksplozivnih materijala, kao i ultrafinim prahovima mekih metala. Plastifikacija materijala se vrši na relativno niskim (manje od 300 °C) temperaturama.

Organometalni materijali dobijeni od prirodnih masnih kiselina sadrže značajnu količinu kiselih funkcionalnih grupa. Zbog toga se interakcija s površinskim atomima metala može izvesti u režimu mirovanja. Energija trenja ubrzava proces i stimulira pojavu poprečnih veza.

Specifikacije

Zaštitni premaz, ovisno o sastavu kompozitnog materijala, može se okarakterizirati sljedećim svojstvima:

debljina do 100 mikrona;
klasa čistoće površine okna (do 9);
imaju pore veličine 1 - 3 mikrona;
koeficijent trenja do 0,01;
visoka adhezija na površinu metala i gume.

Tehničke i ekonomske prednosti

U zoni velikih lokalnih opterećenja na površini se formira sloj kermeta visoke čvrstoće;
Sloj formiran na površini politetrafluoroetilena ima nizak koeficijent trenja i nisku otpornost na abrazivno habanje;
Metalno-organski premazi su mekani, imaju nizak koeficijent trenja, porozna površina, debljina dodatnog sloja je nekoliko mikrona.

Područja primjene tehnologije

crtanje na radna površina zaptivke za smanjenje trenja i stvaranje odvajajućeg sloja koji sprečava lepljenje gume za osovinu tokom perioda odmora.
brzi motori sa unutrašnjim sagorevanjem za automobilsku i avionsku konstrukciju.

Vazduhoplovstvo i astronautika

Od 1960-ih, u avijaciji i svemiru postoji hitna potreba za proizvodnjom jakih, laganih konstrukcija otpornih na habanje. Kompozitni materijali se koriste za izradu nosivih konstrukcija zrakoplova, umjetnih satelita, toplotnoizolacijskih premaza za šatlove i svemirskih sondi. Kompoziti se sve više koriste za izradu obloga za zračna i svemirska vozila, te za najopterećenije nosive elemente.

Naoružanje i vojna oprema

Zbog svojih karakteristika (snage i lakoće), CM se koriste u vojnim poslovima za proizvodnju različitih vrsta oklopa:

pancir (vidi i kevlar)
oklop za vojna vozila

Sve do 4. vijeka BC e. široko se koristi kao dio lukova kao oružja.

vidi takođe

Kompozitna armatura
hibridni materijal

Bilješke

J. Lubin. 1.2 Termini i definicije // Priručnik kompozitnih materijala: 2 knjige = Handbook of Composites. - M.: Mašinostroenie, 1988. - T. 1. - 448 str. - ISBN 5-217-00225-5.

Književnost

Kerber ML, Polimerni kompozitni materijali. Struktura. Svojstva. Tehnologija. - Sankt Peterburg: Profesija, 2008. - 560 str.
Vasiliev VV, Mehanika konstrukcija od kompozitnih materijala. - M.: Mashinostroenie, 1988. - 272 str.
Karpinos D. M., Kompozitni materijali. Imenik. - Kijev, Naukova Dumka

Linkovi

Časopis za mehaniku kompozitnih materijala i konstrukcija
"Kompoziti iz naučnog grada"
"Tehnologija Black Wing"

kompozitni materijal impex, kompozitni materijal sudlal, kompozitni materijalizam, nauka o kompozitnim materijalima

Informacije o kompozitnom materijalu About

Upotreba kompozitnih materijala u građevinarstvu

Jeftin i svestran, beton je jedan od najboljih građevinskih materijala u ponudi. Budući da je pravi kompozit, tipični beton se sastoji od šljunka i pijeska spojenih zajedno u matrici od cementa, s metalnom armaturom koja se obično dodaje radi povećanja čvrstoće. Beton je odličan u kompresiji, ali postaje lomljiv i slab na zatezanje. Vlačna naprezanja, kao i plastično skupljanje tokom očvršćavanja, dovode do pukotina koje upijaju vodu, što u konačnici dovodi do korozije metalne armature i značajnog gubitka čvrstoće betona kada metal propadne.

Kompozitna armatura se etablirala na građevinskom tržištu zbog dokazane otpornosti na koroziju. Nove i ažurirane smjernice za dizajn i protokoli ispitivanja olakšavaju inženjerima odabir ojačane plastike.

Plastika ojačana vlaknima (fiberglas, bazalt) dugo se smatrala materijalom za poboljšanje performansi betona.

U proteklih 15 godina kompozitna armatura je od eksperimentalnog prototipa postala održiva zamjena za čelik u mnogim projektima, posebno kako cijene čelika rastu.

Kompozitne mreže u prefabrikovanim betonskim pločama: C-GRID ugljične epoksidne mreže visokog potencijala zamjenjuju tradicionalni čelik ili armaturu u prefabrikovanim konstrukcijama kao sekundarno ojačanje.

C-GRID je gruba mreža od ugljične/epoksidne smole. Koristi se kao zamjena za sekundarnu čeličnu mrežu u betonskim pločama i arhitektonskim aplikacijama. Veličina mreže varira ovisno o vrsti betona i agregata, kao i zahtjevima čvrstoće panela

Upotreba kratkih vlakana u betonu za poboljšanje njegovih svojstava bila je ustaljena tehnologija decenijama, pa čak i stoljećima, s obzirom da je u Rimskom Carstvu minobacači bili su ojačani konjskom dlakom. Armatura vlaknima povećava čvrstoću i elastičnost betona (sposobnost plastične deformacije bez lomljenja) držeći dio opterećenja kada je matrica oštećena i sprječava rast pukotina.

Dodatak vlakana omogućava materijalu da se plastično deformira i izdrži vlačna opterećenja.

Za izradu ovih prednapregnutih nosača mosta korišten je beton ojačan vlaknima. Upotreba armature nije bila potrebna zbog visoke elastičnosti i čvrstoće materijala, koju su mu dala čelična armaturna vlakna dodana u betonsku smjesu.

Aluminijski kompozitni materijal je ploča koja se sastoji od dva aluminijska lima i plastičnog ili mineralnog punila između njih. Kompozitna struktura materijala daje mu lakoću i visoku čvrstoću, u kombinaciji sa elastičnošću i otpornošću na lom. Hemijska i površinska obrada boje daje materijalu odličnu otpornost na koroziju i temperaturne fluktuacije. Kroz kombinaciju ovih jedinstvena svojstva, aluminijski kompozitni materijal je jedan od najtraženijih u građevinarstvu.

Aluminijski kompozit ima niz značajnih prednosti koje osiguravaju njegovu sve veću popularnost kao završni materijal svake godine.

Minimalna težina u kombinaciji sa visokom čvrstoćom. Aluminijske kompozitne panele karakterizira mala težina zbog upotrebe aluminijskih pokrovnih ploča i laganog sloja jezgre u kombinaciji s visokom krutošću koju daje kombinacija gore navedenih materijala. U pogledu primjene na fasadnim konstrukcijama, ova okolnost povoljno razlikuje aluminijske kompozitne materijale od alternativnih materijala kao što su aluminijski lim i čelik, keramički granit, vlaknasto-cementne ploče. Upotreba aluminijskog kompozitnog materijala značajno smanjuje ukupnu težinu ventilirane fasadne konstrukcije. kompozitni beton aluminijum metal

Aluminijski kompozitni materijal je otporan na uvijanje. Razlog je nanošenje gornjeg sloja valjanjem. Ravnost je osigurana upotrebom valjanja umjesto konvencionalnog presovanja, što daje visoku ujednačenost u nanošenju sloja. Maksimalna ravnost je 2 mm po dužini od 1220 mm, što je 0,16% od potonje.

- Održivost farbanje na uticaje okoline. Zbog izuzetno stabilnog višeslojnog premaza, materijal ne gubi intenzitet boje dugo vremena pod uticajem sunčana boja i agresivne komponente atmosfere.
- Širok izbor boje i teksture. Materijal se proizvodi sa premazom od lakova: jednobojne i metalik boje u bilo kojoj paleti boja i nijansi, premazi s efektom kamena i drveta. Osim toga, proizvode se paneli sa premazom od "hroma", "zlata", paneli sa teksturiranom površinom, paneli sa poliranim premazom od nerđajućeg čelika, titana i bakra.

Aluminijumske ploče od kompozitnog materijala imaju složena struktura formiran od aluminijskih limova i punila središnjeg sloja. Konjugacija ovih materijala daje panelima krutost u kombinaciji sa elastičnošću, što čini aluminijske kompozitne materijale otpornim na opterećenja i nastale deformacije. okruženje. Materijal ne gubi svojstva izuzetno dugo.

Otpornost materijala na koroziju određena je upotrebom limova od aluminijske legure u strukturi panela, zaštićenih višeslojnim premazom boje i laka. U slučaju oštećenja premaza, površina lima je zaštićena stvaranjem oksidnog filma.

Kompozitna struktura panela od aluminijumskog kompozitnog materijala obezbeđuje dobru zvučnu izolaciju apsorbujući zvučne talase i vibracije.

Paneli su lako podložni takvim vrstama mehaničke obrade kao što su savijanje, rezanje, glodanje, bušenje, valjanje, zavarivanje, lijepljenje, bez oštećenja premaza i kršenja strukture materijala. Pod opterećenjima koja nastaju u procesu savijanja panela, uključujući i radijus, ne dolazi do raslojavanja panela ili kršenja površinskih slojeva, kao što su pucanje aluminijskih limova i boja. Prilikom proizvodnje u fabrici, paneli su zaštićeni od mehaničkih oštećenja. specijalni film ukloniti nakon završetka montažnih radova.

Paneli lako poprimaju gotovo bilo koji dati oblik, kao što je radijus. Pogodnost materijala za lemljenje omogućava postizanje složene geometrije proizvoda, što je nemoguće kod bilo kojeg drugog obložnog materijala, osim kod aluminija, ispred kojeg aluminijski kompozitni materijali značajno pobjeđuju u težini.

Upotreba aluminijskog kompozitnog materijala omogućava izradu panela za oblaganje različitih veličina i oblika, čineći ovaj materijal nezamjenjivim u rješavanju složenih arhitektonskih problema.

- Dug radni vek. aluminijski kompozitni materijal dugo vremena otporan na vanjsko okruženje, kao npr sunčeva svetlost, atmosferske padavine, opterećenja vjetrom, temperaturne fluktuacije, zahvaljujući upotrebi stabilnog premaza i kombinaciji krutosti i elastičnosti postignute u materijalu. Procijenjeni vijek trajanja panela za na otvorenom ima oko 50 godina.
- Minimalna pažnja tokom rada. Prisutnost visokokvalitetnog premaza doprinosi samočišćenju panela od vanjskih zagađivača. Također, ploče se lako čiste neagresivnim sredstvima za čišćenje.

Kompozitni materijali ojačani vlaknima ili raspršenim čvrstim materijalima otvaraju se dva obećavajuća puta.

U prvom slučaju, najtanja vlakna visoke čvrstoće napravljena od stakla, ugljika, bora, berilijuma, čelika ili monokristala sa brkovima se uvode u matricu neorganskog metala ili organskog polimera. Kao rezultat ove kombinacije, maksimalna čvrstoća je kombinovana sa visokim modulom elastičnosti i malom gustinom. Kompozitni materijali su takvi materijali budućnosti.

Kombinujući zapreminski sadržaj komponenti, moguće je dobiti kompozitne materijale sa potrebnim vrednostima čvrstoće, otpornosti na toplotu, modula elastičnosti, otpornosti na abraziju, kao i kreirati kompozicije sa potrebnim magnetnim, dielektričnim, radio-apsorbujućim i drugim posebnim svojstva.

Svi ovi kombinovani materijali su kombinovani u sistem. Kompozitni sistem armature se koristi za gotovo sve vrste konstrukcija:

1. Beton i armirani beton
2. Metal (uključujući čelik i aluminijum)
3. Drveni
4. Zidanje od opeke (kamena).

Oni također pružaju niz potreba za održavanjem života:

1. Zaštita od eksplozije, provale i oštećenja.
2. Ojačanje konstrukcija
3. Balistička zidna zaštita i zaštita od eksplozije.
4. Zaštita kablova i žica od eksplozije

Razmotrite prednosti i nedostatke kompozitnih materijala. dostojanstvo:

1. Otpornost na koroziju
2. Zatezna čvrstoća
3. Jednostavan za korištenje
4. Niska cijena rada
5. Kratko vreme implementacija
6. Bez dimenzionalnih ograničenja
7. Izuzetno visoka čvrstoća na zamor
8. Ne zahtijeva konzervaciju
9. Mogućnost korištenja konstrukcija od različitih materijala

Nedostaci:

1. Relativni trošak materijala
2. Ograničenje obima

Iz gore navedenih prednosti i nedostataka možemo zaključiti da, u usporedbi s konvencionalnim materijalima, kompozitni materijali imaju praktički jedini nedostatak - oni su dovoljni visoka cijena. Stoga se može vjerovati da je ova metoda skupa, ali ako uporedimo količinu utroška čeličnih materijala za armiranje, to je tridesetak puta više od kompozita. Ostale prednosti kompozitnih materijala su značajno smanjenje troškova truda zbog smanjenja radnog vremena, rada i mehaničke opreme. Stoga su kompozitni sistemi armature glavni konkurenti upotrebi čelika.

Međutim, unatoč prednostima u odnosu na konvencionalne materijale, kompozitni materijali imaju svoje nedostatke. To uključuje nisku otpornost na vatru, promjenu svojstava pri izlaganju ultraljubičastom zračenju i moguće pucanje kada se volumen promijeni u uvjetima ograničene slobode deformacije. Fizička i mehanička svojstva ovih materijala čine ih osjetljivim na temperaturne fluktuacije. Pri visokim temperaturama skloni su značajnim deformacijama puzanja.

Posvetio sam se istoriji kompozitnih materijala. Svoje slobodno vrijeme nastavljam sa ovom temom i danas želim malo govoriti o pojmovima i tehnologijama izrade prototipa pomoću polimernih kompozita. Ako nemaš šta da radiš dugo zimske večeri, tada uvijek možete napraviti snoubord, futrolu za motocikl ili futrolu za pametni telefon od tkanine od karbonskih vlakana. Naravno, proces može biti skuplji od kupovine gotovog proizvoda, ali zanimljivo je napraviti nešto vlastitim rukama.

Ispod reza - pregled metoda za proizvodnju proizvoda od kompozitnih materijala. Bio bih vam zahvalan ako me dodate u komentarima kako bi rezultat bio kompletniji post.

Kompozitni materijal se stvara od najmanje dvije komponente s jasnom granicom između njih. Postoje slojeviti kompozitni materijali - na primjer, šperploča. U svim ostalim kompozitima komponente se mogu podijeliti na matricu, odnosno vezivo, i armaturne elemente – punila. Kompoziti se obično dijele prema vrsti armirajućeg punila ili matričnog materijala. Više o upotrebi kompozita možete pročitati u postu, a ovaj post govori o metodama za izradu proizvoda od kompozita.

ručno oblikovanje

U slučaju proizvodnje pojedinačnih predmeta, najčešća metoda je ručno oblikovanje. Na pripremljenu matricu se nanosi gel premaz - materijal za postizanje dobrog završnog sloja na vanjskom dijelu ojačanog materijala, što vam također omogućava odabir boje za proizvod. Zatim se u matricu stavlja punilo - na primjer, fiberglas - i impregnira vezivom. Uklonimo mjehuriće zraka, pričekamo da se sve ohladi i dotjeramo turpijom - izrežemo, izbušimo i tako dalje.

Ova metoda se široko koristi za izradu dijelova karoserije za automobile, motocikle i mopede. Odnosno, za podešavanje u slučajevima kada nije ograničeno na lijepljenje filma "ispod ugljika".

Prskanje

Za prskanje nije potrebno rezanje staklenog materijala, već je potrebna upotreba posebne opreme. Ova metodačesto se koristi za rad velikih objekata kao što su trupovi čamaca, vozila i tako dalje. Na isti način kao i kod ručnog oblikovanja, prvo se nanosi gel premaz, a zatim stakleni materijal.

RTM (injekcija)

Metodom ubrizgavanja poliesterske smole u zatvoreni kalup koristi se alat iz matrice i recipročni kalup - bušilica. Stakleni materijal se postavlja između matrice i kontra forme, a zatim se u formu pod pritiskom sipa učvršćivač - poliesterska smola. I, naravno, završna obrada turpijom nakon sušenja je po ukusu.

Vakum infuzija

Metoda vakuumske infuzije zahtijeva vrećicu u kojoj se pomoću pumpe stvara vakuum. Sam paket sadrži ojačavajući materijal, čije se pore, nakon ispumpavanja zraka, pune tekućim vezivom.

Primjer metode je za izradu skejtborda.

namotavanje

Metoda namotavanja kompozita omogućava izradu ultralakih cilindara za komprimirani plin, za koje se koristi PET košuljica pumpana do 2-5 atmosfera, kao i kompozitne cijevi koje se koriste u naftnoj, kemijskoj industriji i komunalnim djelatnostima. Iz naziva je lako razumjeti da se fiberglas namotava oko pokretnog ili nepokretnog predmeta.

Na videu - proces namotavanja stakloplastike na balon.

pultruzija

Pultruzija je "povlačenje". Ovom metodom postoji kontinuirani proces provlačenja kompozitnog materijala kroz mašinu za izvlačenje. Brzina procesa je do 6 metara u minuti. Vlakna se prolaze kroz polimernu kupku, gdje se impregniraju vezivom, nakon čega prolaze kroz preformer, dobivajući konačni oblik. Zatim se materijal zagrijava u kalupu, a na izlazu dobivamo konačni stvrdnuti proizvod.

Proces proizvodnje šipova pultruzijom.

direktno presovanje

Termoplastični proizvodi se izrađuju u kalupima pod pritiskom. Za to, visoka temperatura hidraulične prese sa snagom od 12 do 100 tona i maksimalna temperatura oko 650 stepeni. Na taj način se izrađuju, na primjer, plastične kante.

Autoklavno oblikovanje

Autoklav je neophodan za izvođenje procesa sa zagrevanjem i pod pritiskom iznad atmosferskog kako bi se ubrzala reakcija i povećao prinos proizvoda. Kompozitni materijali se stavljaju unutar autoklava na posebne forme.

Kompozitni proizvodi

Kompozitni materijali se široko koriste u industriji aviona. Na primjer, izgrađen od njih.

Auto industrija

Proteze i ortoze.

Ako imate dodataka, svakako pišite o njima u komentarima. Hvala ti.

kompozitni materijal

Kompozitni materijal (kompozit, KM) je umjetno stvoren nehomogen čvrsti materijal koji se sastoji od dvije ili više komponenti sa jasnim međuprostorom između njih. U većini kompozita (s izuzetkom slojevitih) komponente se mogu razdvojiti u matricu iu nju uključeni elementi za ojačanje. U strukturalnim kompozitima armaturni elementi obično daju potrebne mehaničke karakteristike materijala (čvrstoću, krutost, itd.), a matrica (ili vezivo) osigurava zajednički rad armaturnih elemenata i štiti ih od mehaničkih oštećenja i agresivnog kemijskog okruženja.

Mehaničko ponašanje sastava određeno je omjerom svojstava armaturnih elemenata i matrice, kao i čvrstoćom veze između njih. Efikasnost i performanse materijala zavise od pravi izbor originalne komponente i tehnologija njihove kombinacije, dizajnirane da obezbede snažnu vezu između komponenti uz zadržavanje njihovih originalnih karakteristika.

Kao rezultat kombiniranja armaturnih elemenata i matrice, formira se kompleks svojstava sastava, koji ne samo da odražava početne karakteristike njegovih komponenti, već uključuje i svojstva koja izolirane komponente nemaju. Konkretno, prisustvo sučelja između elemenata za ojačanje i matrice značajno povećava otpornost materijala na pucanje, a u kompozicijama, za razliku od homogenih metala, povećanje statičke čvrstoće ne dovodi do smanjenja, već, u pravilu, do povećanje karakteristika otpornosti na lom.

Za stvaranje kompozicije koriste se različita punila i matrice za ojačavanje. To su getinax i textolit (laminirana plastika od papira ili tkanine zalijepljena termoreaktivnim ljepilom), staklo i grafitna plastika (tkanina ili namotana vlakna od stakla ili grafita impregnirana epoksidnim ljepilom), šperploča... Postoje materijali kod kojih je tanak vlakna od legura visoke čvrstoće se izlijevaju aluminijskom masom. Bulat je jedan od najstarijih kompozitnih materijala. U njemu su najtanji slojevi (ponekad niti) visokougljičnog čelika "zalijepljeni" mekim niskougljičnim željezom.

Naučnici o materijalima u posljednje vrijeme eksperimentiraju s ciljem stvaranja materijala koji su pogodniji za proizvodnju, a samim tim i jeftiniji. Proučavaju se samorastuće kristalne strukture zalijepljene u jednu masu polimernim ljepilom (cementi sa aditivima vodotopivih ljepila), termoplastične kompozicije s kratkim ojačavajućim vlaknima itd.

Klasifikacija kompozita

Kompoziti se obično klasificiraju prema vrsti punila za ojačavanje:

vlaknaste (komponenta za ojačavanje - vlaknaste strukture);
slojevito;
punjena plastika (komponenta za ojačavanje - čestice)
- rasuti (homogeni),
- skeletne (početne strukture ispunjene vezivom).

Prednosti kompozitnih materijala

Glavna prednost CM-a je što se materijal i struktura stvaraju istovremeno. Izuzetak su prepregi, koji su poluproizvodi za proizvodnju konstrukcija. Odmah treba napomenuti da su CM-ovi kreirani za obavljanje ovih zadataka, stoga ne mogu sadržavati sve moguće prednosti, ali pri projektovanju novog kompozita, inženjer je slobodan da postavi karakteristike koje su značajno superiornije od onih tradicionalnih materijala. kada ispunjavaju ovaj cilj u ovom mehanizmu, ali su inferiorni u odnosu na njih u svim drugim aspektima. To znači da CM u svemu ne može biti bolji od tradicionalnog materijala, odnosno za svaki proizvod inženjer vrši sve potrebne proračune i tek onda bira optimalan materijal za proizvodnju.

visoka specifična čvrstoća (snaga 3500 MPa)
visoka krutost (modul elastičnosti 130…140 - 240 GPa)
visoka otpornost na habanje
visoka čvrstoća na zamor
od CM je moguće napraviti dimenzionalno stabilne strukture
lakoća

Štaviše, različite klase kompozita mogu imati jednu ili više prednosti. Neke prednosti se ne mogu postići istovremeno.

Nedostaci kompozitnih materijala

Kompozitni materijali imaju prilično veliki broj nedostataka koji ometaju njihovu distribuciju.

Visoka cijena

Visoka cijena CM-a je posljedica visokog naučnog intenziteta proizvodnje, potrebe za korištenjem posebne skupe opreme i sirovina, a samim tim i razvijene industrijske proizvodnje i naučne baze zemlje.

Anizotropija svojstava

Mala udarna čvrstoća

Visok specifičan volumen

Higroskopnost

KM može apsorbirati i druge tekućine velike prodorne moći, kao što je avio kerozin.

Toksičnost

Niska proizvodnost održavanja

Kompozitni materijali imaju nisku operativnu proizvodnost, nisku mogućnost održavanja i visoke operativne troškove. To je zbog potrebe za korištenjem posebnih radno intenzivnih metoda, posebnih alata za finalizaciju i popravku objekata iz CM. Često objekti iz CM-a uopće ne podliježu modifikaciji i popravci.

Područja upotrebe

Potrošačka roba

Karakteristično

Tehnologija se koristi za formiranje dodatnih zaštitnih premaza na površinama u parovima čelik-guma. Primjena tehnologije omogućava povećanje radnog ciklusa brtvi i osovina industrijske opreme koja radi u vodenom okruženju.

Kompozitni materijali se sastoje od nekoliko funkcionalno različitih materijala. Osnovu neorganskih materijala čine silikati magnezijuma, gvožđa i aluminijuma modifikovani raznim aditivima. Fazni prijelazi u ovim materijalima nastaju pri dovoljno visokim lokalnim opterećenjima, blizu krajnje čvrstoće metala. Istovremeno se na površini u zoni velikih lokalnih opterećenja formira sloj kermeta visoke čvrstoće, zbog čega je moguće promijeniti strukturu metalne površine.

oklop za vojna vozila

Književnost

Vasiliev VV Mehanika konstrukcija iz kompozitnih materijala [Mehanika konstrukcija od kompozitnih materijala]. - M.: Mashinostroenie, 1988. - 272 str.
Karpinos D. M. Kompozitni materijali. Imenik. - Kijev, Naukova Dumka