alles over composiet

De eenvoudigste analogen van een composiet die in je opkomen voor een beginner zijn zoetwarenwafels en houten multiplex. In het eerste geval bevindt zich een romige vulling tussen de cakes met gaasuitsteeksels. De tweede optie is loodrecht op elkaar geplaatste vezellagen, die geïmpregneerd zijn met een kleefstofsamenstelling.

Composiet is een combinatie van lagen van verschillende en verschillende soorten materialen die verschillen in een aantal fysieke, technologische en mechanische eigenschappen. Een van de belangrijkste vereisten is neutraliteit, geleverd door een significante overeenkomst in de chemische eigenschappen van de gebruikte lagen. Technologische en mechanische, evenals een aantal fysieke eigenschappen van het verkregen composiet verschillen van de analoge initiële parameters van elk van de lagen afzonderlijk.

Er zijn slechts twee soorten tussenlagen in een composietmateriaal: een matrix met cellen en een vulmiddel. De eenvoudigste constructie-analoog van de composiet is gewapend beton, gevormd door een stalen frame, de ruimte waarin (en gedeeltelijk daarbuiten) is gevuld met betonstorting, die binnen een maand na de datum van het storten van de betonoplossing verhardde en sterker werd .

Structureel zijn composietmaterialen: vezelig, dispersiegehard, gedeeltelijk gehard (niet te verwarren met gedeeltelijke uitharding, genoemd in de zin van enige verbetering van de samenstellingsparameters) en nanometrisch.

Voorbeelden van composietmaterialen.

• Stempelpapier voor geld en documenten met synthetische haren die de treksterkte en slijtage verhogen. Ze zijn ook een van de vele indicatoren van een vervalsing van een ticket.
• Bakstenen met stro inbegrepen. De adobe baksteen krijgt enige weerstand tegen scheuren.
• Epoxylijm met metaal- of houtpoeder. De laatste wordt in de samenstelling geïntroduceerd om epoxyhars te besparen.
• Koolstof die breekt bij multidirectionele impacts. Het barst niet alleen wanneer schokken en trillingen samenvallen in de vector van hun impact met de richting waarin de fietser beweegt. Als je een carbon fietsframe plat slaat op een object, bijvoorbeeld een betonnen paal, dan zal de koolstofvezel in fragmenten vliegen.
• Triplex - glaslagen op de voor- en achtervizieren van de auto, bij elkaar gehouden door lagen celluloid. Bij een ongeval is de verstrooiing van een groot aantal wigvormige fragmenten uitgesloten, wat vaak resulteert in het verlies van het gezichtsvermogen van de bestuurder die bij een ongeval betrokken is.

Dus, gepantserd glas voor politie- en militaire voertuigen is gemaakt van drie of meer lagen gehard glas - het kan alleen worden doorboord met pantserdoorborende kogels of granaten. Gepantserd glas behoort tot gelaagde composietmaterialen. De verscheidenheid aan ontwikkelingen die tegenwoordig beschikbaar zijn, verdeelt het composietmateriaal in tientallen soorten en variëteiten, die allemaal zeer gewild zijn in de markt voor constructie- en reparatiediensten.

Dus, er zijn spiegel-, vulling-, kwarts- en andere composietmaterialen die zijn ontworpen voor specifieke toepassingen. De kenmerken van elk van deze soorten verschillen van elkaar. Zo branden polymeervrije nano- en microcomposieten niet.Ze carboniseren alleen bij verhitting tot ten minste honderden graden Celsius, wat het gebruik vereenvoudigt bij temperaturen die ongebruikelijk zijn voor kameromstandigheden.

Composietmaterialen worden vervaardigd volgens het volgende schema. Eerst wordt de matrixcomponent aangebracht op de versterkende vezels, vervolgens worden linten van het versterkende ingrediënt en de matrix zelf gevormd met behulp van een persvorm. Het resulterende materiaal wordt eruit geperst, gesinterd en er wordt een extra coating op de vezels aangebracht. Verder wordt het gevormde secundaire materiaal (de volgende fase) verzonden voor opnieuw persen, passeert het stadium van het aanbrengen van de matrix in de vorm van spuiten met behulp van plasma. De derde persing - knijpen - is de laatste fase. Zo wordt compressie (persen) ten minste drie keer uitgevoerd.

Natuurlijke composietmaterialen zijn lichtgewicht, duurzaam en state-of-the-art. Ze worden voornamelijk gebruikt voor vliegtuigen, waaronder vliegtuigen en raketten. Ongecompliceerde composieten worden door de natuur zelf gemaakt, bijvoorbeeld jaarringen van hout, schors. Natuurlijke composietmaterialen die door de mens zijn gemaakt, zijn bakstenen, die zand, cementzandblokken bevatten met toevoeging van zaagsel en andere.

Glasvezel wordt erkend als een van de klassieke composietvezels. Het is een kunststof composiettape die op allerlei ondergronden wordt gelijmd. Deze matrix houdt de glasvezelstrengen op hun plaats. Dankzij de op deze manier geperste glasfilamenten is de sterkte van dit materiaal gewaarborgd. Kunststof is van nature zacht en flexibel, terwijl glas hard en broos is.

Door deze eigenschappen te combineren is het mogelijk om een ​​zeer flexibel en tegelijkertijd solide materiaal te verkrijgen waarin kunststof en glas elkaar aanvullen. Het composiet wordt gebruikt voor de vervaardiging van carrosserieën voor auto's en motorboten. Glascomposiet roest of oxideert niet.

Modernere bouwmaterialen die veel later verschenen, bevatten metaal, keramiek en/of polymeer als hoofdstof. Bij de classificatie van deze materialen wordt ook rekening gehouden met niet-metalen additieven, zoals houtsnippers of stof. Met kunststof versterkte houtcomposiet of composietplaat (en plaatmateriaal gemaakt van dezelfde ingrediënten), wordt gebruikt bij de meubelproductie en bij veranda- of terrasvloeren.

Hout, gekneusd en gemengd met een polymeer gesmolten tot een zachte staat, wordt gebruikt als een geharde dekbekleding, waarop u kunt lopen en zelfs meubels kunt verplaatsen: hout, kunststof plaat of plaat zal niet breken of barsten, omdat het een solide materiaal is.

MDF - doos of massief profiel, die geen kunsthars of plastic gebruikt, maar uitsluitend harsen van natuurlijke oorsprong. Tot spaanders en stof vermalen hout wordt met deze stof geïmpregneerd en gaat vervolgens door de sinter- en persfasen in de oven. Veelvoorkomende producten van MDF zijn hoogwaardige deuren en laminaat. Tijdens het sinteren en uitharden van de hars polymeriseren ze - er ontstaat een natuurlijk polymeer waarin houtstof wordt opgelost (en spaanders worden verdeeld).

Het eenvoudigste voorbeeld is een aluminium- of magnesiumlegering versterkt met koolstofvezel. Maar aluminium kan worden aangevuld met siliciumcarbide en de koper-nikkelsamenstelling kan worden aangevuld met grafeen, een subtype van koolstofvezel.Composietmaterialen met een metalen matrix zijn sterk, hebben een acceptabele stijfheid voor het oplossen van de meeste problemen, slijtvast, bestand tegen oxidatie en zijn relatief licht in vergelijking met volledig metalen producten.

Ze zijn duur en moeilijk te verwerken. Zuigerelementen voor dieselverbrandingsmotoren zijn bijvoorbeeld gemaakt van moderne composieten. Composiet gevelbeplating voor de gevel is gemaakt van plaataluminium, tussen de lagen is kunststof gestort. Beitsen helpt om een ​​dergelijke afwerking een andere kleur te geven.

In plaats van metaal is het belangrijkste materiaal in de keramische composiet, zoals je zou kunnen raden, keramiek. Als element wordt bijvoorbeeld boorhoudend glas op basis van silicaatinsluitingen gebruikt. Het dient als secundaire matrixcomponent en is versterkt met koolstofvezel of keramische insluitsels, in de rol waarvan siliciumcarbide wordt gebruikt. Het keramische composiet maakt het bijvoorbeeld mogelijk om de broosheid van massief keramiek aan te pakken, waardoor een karakteristieke versterking ontstaat om het fenomeen van knikscheuren te overwinnen.

Koolstofcarbide composiet is een van de meest gevraagde producten op de markt voor composietmaterialen., waardoor het mogelijk is een samenstelling te verkrijgen die koolstofvezel en composiet voorligt in termen van sterkte-eigenschappen en een indicator voor de betrouwbaarheid van werkstukken die van een dergelijke stof zijn gemaakt. Een dergelijk composiet wordt bijvoorbeeld gebruikt bij de productie van onderdelen voor een auto-rem- en koppelingssysteem.

Tegenwoordig stopt de ontwikkeling van modernere materialen niet, die de materialen zouden vervangen die al op de markt zijn doorgedrongen, met tienduizenden soorten producten die ervan zijn gemaakt. Dus, de afmetingen van versterkende vezels in nanotechnologie zijn 1000 keer kleiner dan hun langere voorgangers. Een van de materialen van de toekomst zijn koolstofnanobuisjes, waar bijvoorbeeld hockeysticks van worden gemaakt. In dit voorbeeld is de nanokoolstofvezel gecoat met een nikkel-kobalt composietmateriaal. Deze club is bijna drie keer zo sterk en een vijfde meer knikvrij zonder barsten dan een soortgelijk product gemaakt van staallegering.

Dispersiegeharde composietmaterialen worden geclassificeerd als nanomaterialen waarbij de lengte van de hoofdvezels op een waarde van 100 nm wordt gebracht. Maar in de afgelopen jaren zijn tien nanodeeltjes in lengte gekrompen tot 10 nm - een vergelijkbare benadering wordt bijvoorbeeld gebruikt in halfgeleiders en geleiders die een kristal vormen van een microprocessor, microcontroller of microschakelingen die een elektronisch geheugen vormen. Voor composiet balken en panelen gelden strikt gespecificeerde normen: de stijfheid (Young's modulus) moet bijvoorbeeld minimaal 130 gigapascal zijn, materialen moeten bestand zijn tegen vermoeiingsslijtage en maatvast zijn. Het doel is om al deze problemen tegelijkertijd op te lossen. Nadelen - hoge kosten door de toegenomen kennisintensieve belasting bij de ontwikkeling, implementatie en praktische toepassing van deze materialen.

De Russische markt voor de productie van CM maakt slechts 3% van de exportleveringen op wereldniveau. Dit komt door het ontbreken van uniforme regelgevende documenten die de productie van composiet bouwmaterialen vereenvoudigen, en tot voor kort werd 90% van de grondstoffen voor productie geïmporteerd.

Dus, de productie van met koolstofvezel versterkte kunststof in Rusland is net begonnen zich te ontwikkelen, terwijl bijvoorbeeld China een van de toonaangevende producenten van composiet is. Nieuwe materialen, waaraan ook Russische wetenschappers hebben deelgenomen, zijn voornamelijk gebaseerd op het gebruik van nanodeeltjes.

Composietmaterialen worden in de vliegtuigbouw gebruikt voor de productie van bepaalde motoronderdelen en dragende constructies voor vliegtuigen. Ruimtevaartindustrieën gebruiken ze voor de productie van dragende en bekledingsconstructies voor raketten en satellieten, die sterke verhitting ervaren wanneer ze in een baan om de aarde komen. De auto-industrie gebruikt composietmaterialen voor carrosserieën en bumpers. De mijnbouw gebruikt CM als materiaal voor boren. Civiele techniek gebruikt CM voor de constructie van elementen voor bruggen en andere hoogbouw.

De belangrijkste voorwaarde in verschillende takken van machinebouw is de verlichting van het eigen gewicht van auto's en speciale uitrustingen, alle soorten voertuigen: tot 70% van de componenten zijn niet-metalen materialen. Bij een zelfnivellerende vloer (gietvloeren), evenals bij giettrappen, wordt gebruik gemaakt van een composiet waarin, voordat deze reageert met lucht, een halfvloeibare, mogelijk stroperige substantie aanwezig is. Deze composiet is eenvoudig aan te brengen op de betonnen ondervloer met epoxylijm waarin de hoofdvuller is opgelost.

De berekening van de haalbaarheid van het gebruik van CM is gebaseerd op de belangrijkste parameter - de effectiviteit van het gebruik van geschikte technologieën. Metallische en niet-metalen matrices bij de vervaardiging van een complexere composiet kunnen in een andere volgorde worden gecombineerd. Een voorbeeld is een fietsband, in een loopband waarvan meerdere lagen versterkende vezels zijn gebruikt: nylon, kevlar, dunne staaldraad en compound, waardoor het aantal beschermingslijnen kan worden vergroot. Dankzij deze technologieën "grijpen" fietsers geen doornen en stukjes glas, draad, langs de kant van de weg zonder asfalt, onverharde wegen en rotsachtige wegen.

Zo'n band gaat niet één, maar niet minder dan twintigduizend kilometer mee voordat hij zo versleten is dat hij toch regelmatig lek gaat. Door de kosten van een dergelijke band te berekenen, waarbij dit prijskaartje 10 keer of meer kan stijgen, kunt u profiteren van een kleine algemene prijsverlaging, zonder vergelijkbare banden tot 10 keer te vervangen (deze factor wordt beschouwd als een tijdsbesteding op reparatiemanipulaties) - bij het passeren van al die dezelfde 20.000 km op dezelfde banden.

In dit geval zijn fietsbanden een soort multicomposiet, waarbij meerdere versterkingslagen (matrices) worden gebruikt in plaats van één. De berekening van de productie van een bepaald type composietmateriaal is gebaseerd op de vorm waarin het wordt gebruikt. Versterkende insluitsels worden gebruikt als draden, banden, dunne stoffen, vezels of touwcomponenten. De hoeveelheid verharder in het materiaal per volume en per gewicht is 30-80%, afhankelijk van het doel van een bepaald type composiet.