Чем отличаются композитные материалы от других материалов


ЭЗКМ / Композитные материалы

 их отличии от других, традиционных изделий


 

            Без современных инновационных технологий невозможно создать новейшие решения в области строительства, а также в коммерческом и жилом строительстве, в реставрационных работах автомобильных дорог. Раньше в этих технологиях использовались изделия из стали, алюминия, железобетона, но на сегодняшний день нет ничего более современного, прочного и экологичного, чем синтетические композитные изделия из полимерных соединений. 

          Как правило, состав композитного материала включает в себя два трипа составляющих: связующее (матрица) или армирующий материал. Благодаря матрице изделие обеспечивается определенной формой и фиксирует армирующий материал. За счет этого матрица усиливается и передает свои свойства изделию. Подобное совмещение этих характеристик в веществах гарантированно создает принципиально новый композитный материал. 

          Тип армирующего вещества определяет виды композитных материалов. По этой характеристике они могут быть наполненными, иметь волокнистую, слоистую структуру, а также быть насыпными и скелетными. Свойства, которыми обладает тот или иной композитный материал зависит от сочетания физических, механических, химических характеристик, которыми будет обладать матрица и армирующий материал. Композитные материалы в последнее время стали очень популярными и очень часто применяются в разных сферах. Это легко объяснить тем, что у этих материалов есть целый ряд преимуществ, которые отличают их от других, традиционных изделий.

    К основным достоинствам композитных материалов относятся свойства, благодаря которым синтетические материалы обладают более высокой прочностью и устойчивостью к деформациям, разрывам, сжатиям, срезам и скручиваниям. Помимо этого, полимерные синтетические материалы являются более легкими по массе, удобными для транспортировки и установки. При этом есть хорошая возможность также и оптимизировать затраты на эти позиции.

  Композит устойчив к химическому воздействию агрессивной среды, атмосферные осадки ему тоже не повредят. Материал не боится резких перепадов температур, способен эффективно использоваться в разных температурных режимах при неблагоприятных климатических условиях. Ко всему перечисленному, можно сказать, что этот материал целиком безопасен для окружающей среды и полностью соответствует всем экологическим требованиям. 


 

 

Особенности композитов.

        

Композитные материалы имеют свои особенности, которые очень выгодно отличают их среди традиционных стройматериалов. Новые материалы создаютсяблагодаря естественным стремлениям разработчиков улучшать характеристики конструкций, которые эксплуатируются в данный момент, а также тех, которые вводятся в эксплуатацию. Эти технологии, осваиваясь строителями, дают новую возможность для разработки более современных сооружений и технологий. Одним из максимально ярких проявлений особенностей разработки полимерных материалов, является тот факт, что композит очень широко применяется в разных областях строительства. 


          Композитные материалы можно весьма справедливо назвать сырьем для строительства двадцать первого века. Они имеют высочайшие физико-механические свойства при невысокой плотности. Они более крепкие, нежели стальные и алюминиевые сплавы.

         Композитные материалы являются многосложными гетерогенными (разнородными) структурами, которые образовываются соединением армирующих элементов с изобтропным связующим. Армирующий элемент может иметь вид тонкого волокна, нити, жгута или ткани, обеспечивает физические свойства этого материала, который будет гарантированно прочным и жестким в направлении ориентации волокна, а матрица обеспечит цельность конструкции. Нынешние композитные материалы имеют удельную прочность и жесткость в направлении армирования, и этот показатель более, чем в 4 раза может превышать показатели стальной, алюминиевой арматуры и изделий из титановых сплавов.

При помощи внешней нагрузки на материал в момент разрушения определяется прочность конструкции. Жесткостью или модулем упругости называют характеристики материалов, которые определяют смещение сооружений под воздействием внешнего напряжения. Эта характеристика прямо пропорциональна явлению потери устойчивости сооружения, в момент, когда в нем развиваются переменные значения и возникает большая нагрузка на основание. В такие моменты несущая конструкция может быть разрушена. Удельной прочностью и удельной жесткостью является отношение предельного напряжения к модулю упругости в соответствии с плотностью материала. При более высоких удельных свойствах материалов, конструкция будет более легкой и прочной и порог потери устойчивости намного выше.

Для армирования материалов, как правило, используют высокопрочные волокна из стекла, базальта, арамида, углеродных, борных, органических соединений, а также из металлической проволоки и нитевидных кристаллов. Эти компоненты для армирования могут применяться в виде моноволокна, нити, проволоки, жгутов, а также ткани или сетки.

В композитном материале матрица является важнейшей составляющей, благодаря которой обеспечивается цельность композиции, фиксируется его форма и расположение армирующего волокна. Благодаря материалу матрицы можно обеспечить оптимальный метод изготовления элементов, а также выбрать соответствующий уровень рабочей температуры композита, стойкость к химическим раздражителям, поведение композита при влиянии атмосферных осадков и повышенных или пониженных температур.

Матрицей могут выступать материалы из эпоксидной, полиэфирной и некоторых других термореактивных, полимерных и термопластичных материалов. В композитных материалах волокнистой структуры, напряжение, которое возникает под воздействием внешних нагрузок, воспринимается высокопрочными волокнами. Они же и обеспечивают прочность сооружения по направлению армирования. Благодаря направленному характеру свойств композитных материалов, они имеют превосходные качества. Из композитных материалов могут создаваться конструкции со свойствами, заданными ранее и максимально соответствующие специфике и свойствам работ. Благодаря многообразию волокон и материалов для матрицы, а также схемы по котором происходит процесс армирования при создании композита, есть возможность целенаправленно производить регулирование прочности, жесткости, уровня рабочей температуры, химической стойкости и других свойств.

Широкие возможности технологического процесса производства материалов разных по форме определяют широкий ассортимент композитных материалов, которые можно сделать. При соблюдении всех технологий, необходимо применение специальных агрегатов и оборудования, оснастки и других станков. С помощью этой техники арматурные стержни можно гнуть в различных направлениях для самых нестандартных строительных решений.

В данном разделе мы можем подробно рассмотреть, что используется для изготовления композитных материалов, какой вид армирующего материала и матрицы можно применять, а также какие виды технологий применяются при производстве.

 


 

 

Композитные материалы и технологии.

Армирующие материалы для композитов:

 

1. Стекловолокно.

В технологии производства композитных материалов используются такие армирующие материалы, как стекловолокно. Этот материал является производной формой стекла, расплавленного методом экструзии. В процессе изготовления через прядильные фильтры пропускаются расплавленные нити, которые становятся очень прочными. Этот материал, в отличие от изделий из стекла, не бьется, не ломается, но при этом остается очень прочным и позволяет производить из него ткани и кабели для различного назначения. Как правило, его очень часто и широко применяют в строительстве домов, фундаментов для капитального строительства, а также реконструкционных работ в автодоре. Стекловолокно также используют для теплоизоляции фасадов, и звукоизоляции. Регулярно используется стекловолокно и для отделочных и конструкционных материалов, например стеклопластиковой арматуры, облицовочных панелей, досок, черепицы из стекловолокна. Этот материал обладает огнестойкостью, поэтому он безопасен для любых помещений, как коммерческих, так и жилых.

Если сравнить стекловолокно с обычными материалами, то композит выгодно отличается и по цене. Даная технология позволяет производить материалы, имеющие удельную прочность выше, нежели удельная прочность стали. А еще очень важно, что стекловолокну можно придать абсолютно любую форму. 

 

   

 

 2. Базальтовое волокно.

Еще одним очень популярным материалом для производства композита является базальтовое волокно, которое производится из горных пород, соответствующих по конструкции с базальтом, базанитом и габрадиабазом. Также используются и комбинации этих материалов. Данное волокно производят в специальных печах при высокой температуре. Материалы плавятся и свободно стекают сквозь особый отвод.

Базальтовое волокно может быть двух типов – штапельным и непрерывным, отличия этих двух видов в свойствах самого материала. Его очень широко применяют в производстве фильтров. Этот материал обладает легкостью и прочностью, благодаря чему его успешно используют для армирования бетонных сооружений. Базальтовая фибра применяется в строительстве, благодаря чему конструкция значительно улучшает свои качества в плане ударной прочности, морозостойкости и водонепроницаемости сооружений. Из базальтового волокна изготавливают теплоизоляцию и огнезащиту, базальтопластиковую арматуру, наполнители для фильтров со сверхтонкой очисткой, смеси для армирования бетона, изоляцию различных станков, которые работают в неблагоприятных погодных условиях и при очень низких температурах. Из этого материала изготавливают базальтовые маты и плиты из волокна, которые в последствие используются для обшивки трубопроводов.

Основными преимуществами изделий из базальтового волокна являются такие свойства, как высокая стойкость к химическому воздействию, низкая масса и очень выгодная цена. Пористая структура базальтового волокна не угнетает пропускную способность, а фибра, произведенная из базальтовых волокон, не подвергается коррозии и не обладает катодным эффектом, в отличие от металлических изделий. 

 

   

 

 3. Углеродное волокно.

В производстве композитных материалов используют также и углеродное волокно. Этот материал представляет собой вещество, в составе которого находится только карбонатный углерод. Этот материал был впервые изготовленный и запатентованный Томасом Эдисоном в конце 19 века, является сверхпрочным элементом, который можно получить с помощью метода обработки органического волокна высокими температурами. Производство композиционных материалов из углеродного карбоната представляет весьма непростой процесс, который осуществляется комплексно. После того, как материал окончательно застынет и графитизируется, количество чистого углерода в волокне будет составлять около 99%.

Углеродные композиты применяются, в основном, в области производства фрагментов летательных аппаратов, а также устройств, которые испытывают постоянные высокие нагрузки. Плавится этот материал при очень высокой температуре, поэтому его успешно применяют для термоизоляции в производстве вакуумных печей. К тому же, углеродный композит имеет свойство эффективно поглощать электромагнитные волны, что широко используется в радиотехнике. Углеволокно обладает крайне высокой химической стойкостью. Применяют его в производстве космических аппаратов, сверхзвуковых самолетов, деталей гоночных машин, экранов, поглощающих электро-магнитные волны, а также для производства профессионального спортивного инвентаря. Если сравнивать углекарбонатное волокно с традиционными материалами, то новый технологический материал обладает легкостью и прочностью, благодаря чему им можно заменить любой пластик и металл. 

   

 

4. Арамидное волокно.

Арамидное волокно также очень часто применяется в производстве композитных материалов. Его еще иногда называют кевларом. Он представляет собой прочный синтетических материал, получаемый из сополимерных нитей посредством нагрева их до пяти ста градусов. Этот материал имеет несколько разновидностей, таких как пара-арамидные и мета-арамидные волокна. Последние обладают очень высокой термостойкостью, благодаря чему их можно применять для создания аксессуаров в одежде.

Волокна из арамида широко применяются во многих видах промышленности. Они сочетают в себе легкость и прочность. Их применяют для конструирования авиакосмических аппаратов, деталей гоночных автомобилей, а также для производства спецодежды и экипировки гонщиков, военных, пожарных и других специальных сфер. Немаловажно, что арамид используют для производства бронежилетов, оплетки кабелей, сверхпрочных троссов, огнезащитной одежды, армирования автомобильных шин. Этот материал имеет очень высокий уровень прочности на разрыв, а также высокую стойкость к химическому воздействию и высокой температурой плавления. Благодаря таким качествам арамидное волокно практически не имеет аналогов, что позволяет производить из него ровинги. Они представляют собой жгуты, собранные из нитей этого волокна. Ровинги могут различаться по плотности или по толщине, это зависит от количества нитей волокон в жгуте, диаметра нити, вида сырья, из которого его производят. 

 

          На основе вышеописанных волокон производятся ровинги. Ровинг- представляет собой жгут собранный из нитей непрерывного волокна. Ровинги различаются: плотностью или толщиной - количеством нитей волокна в жгуте, диаметром единичной нити, видом сырья из которого они произведены, видом замасливателя и предназначением. Свое основное обозначение они имеют в тексах ("tex") — это вес 1-го километра ровинга в граммах. Поставляются ровинги в бобинах или катушках, герметично упакованных в пленку.

 

 

     

Стеклянный ровинг является непрерывным жгутом, сотканным из стеклонити. Для того что бы обозначить толщину ровинга, которая зависит от того, сколько нитей в него входит, применяют величину текс («tex»). В основном, ровинг производят на специальных тростильно-мотальных агрегатах, используя отдельные нити стекловолокна. Стекложгут в готовом виде прописывают специальным клеем из термопласта, который называется замасливатель. При помощи ровинга из стекла можно изготавливать арматуру, разнообразные профили, а также вращательные цилиндры, трубы, цистерны, которые можно использовать для того, чтобы хранить и транспортировать химические реагенты. Ровинг можно применять, как армирующий материал. Благодаря тому, что цена на него очень доступна, материал легкий и пластичный, его очень часто применяют в отделочных работах и декорировании фасадов. Также, ровинг используют для наполнения пластиков, изготовления пултрузионных профилей, строительной арматуры, армирования теплопласта, а также для изготовления стеклоткани, улучшения качества асфальтобетонного покрытия, а также для изготовления труб и ёмкостей, которые используются при высоком давлении.

Изделия, в основе которого лежит стеклянный ровинг, имеют множество достоинств. Прежде всего, это доступная цена, высокая прочность, безопасность, стойкость к неблагоприятным условиям, невосприимчивость к повреждениям и может быть использована в качестве теплоизоляционного материала в течение долгого времени. 

 

   

       

Ровинг из базальта является, по сути, жгутом, в котором равномерно натянуты цельные базальтовые нити. Что бы изготовить нити, крупнофракционный базальтовый щебень дробят, просеивают, промывают и просушивают. После этот состав загружается в рекуперативные печи для плавки, где крошка нагревается до 1500 градусов. Состав начинает плавиться и стекать в фидер, после чего поступает в фильерный питатель, откуда его вытягивают с помощью специального устройства, которое образует непрерывные нити. Способ прядения определяет каким будет ровинг – однопрокатным с прямыми нитями или сложенным. Высокая прочность и невосприимчивость вещества к агрессивной среде позволяет ровингу использоваться в производстве труб для транспортирования химических веществ, газов, находящихся в условиях высокой температуры и горюче-смазочных материалов. Ровинг на основе базальта используют также и для изготовления ткани и препрегов, строительной арматуры, армирования пластика и бетонных изделий, для изготовления крышных установок и облицовочного материала, в производстве термоизоляционных матов, для улучшения асфальтового покрытия в строительных и реконструкционных работах на дорогах. 

   

         

Ровинг из углерода представляет собой пряди, сотканные из цельных углеродных волокон. Нити волокна, которые входят в состав материала имеют очень маленький диаметр, до 15 микрон, благодаря чему жгут имеет очень высокую прочность на разрыв. Также, материал имеет очень маленький вес. Во время изготовления ними нагревают до 1700 градусов, химически обрабатываются, благодаря чему происходит карбонизация. Ровинги продаются в катушках, при этом их необходимо хранить в сухом месте. Углеродный ровинг можно применять на стройках, в области судостроения и авиационного производства. Высокие механические свойства, которыми обладают ровинги, позволяют ламинировать, армировать системы, в составе которых содержится эпоксидная, виниловая, полиэстровая смола. Ровинги, в составе которых есть нити углерода используют в медицинских целях, в строительстве, электротехники, авиастроении и ракетостроении, в нефтяной промышленности, космической промышленности, при изготовлении спортивных снарядов.

Преимущества углеродного ровинга очевидны – по сравнению с традиционно используемыми материалами, он имеет высокую прочность на разрыв, не ржавеют, и выдерживают экстремально высокие температуры. Волокна из углерода, которые входят в состав жгутоа, способны задерживать альфа частицы, а их свойства позволяют создавать бесшовные изделия сложных форм. 

 


 

Виды композитных связующих. Матрицы композитов:

          1.   Эпоксидное связующее.

Композитные связующие и матрицы могут быть различных видов. Очень часто используется эпоксидное связующее, которое образовано из вещества эпоксидной группы. Этот материал имеет трехмерную структуру, которая устойчива к воздействию щелочных, кислотных и галогеновых растворов. Связующее из эпоксида широко применяется в самых различных отраслях промышленности. Его применяют с целью склеить различные типы армирующих элементов и получить качественный композитный материал. Также, его используют как герметирующее средство для электронных приборов, различных плат и других устройств. Широко применяется это связующее в строительных работах, а также в бытовых целях. 

         2. Полиимидные связующие.

Не менее известным и популярным является связующее из полиимида. Эти вещества относятся к теплостойкому классу материалов, имеющих сложную структуру, имеющую большое количество связей между частицами. Благодаря теплостойкости этих частиц, этот материал используется, как связующее в системах теплозащиты космических кораблей, в ракетостроительной промышленности, а также многих других изделий, которые используются при агрессивно высоких температурах. Выбирая этот тип связующего, необходимо учитывать фактор токсичности этого материала, очень высокий уровень вязкости при обычных температурах, достаточно высокую цену, которая связана с длительным процессом производства. 

          3. Полиэфирное связующее.

Связующие из полиэфира – это продукт, который образовался в процессе полимеризации эфиров с насыщенными частицами. Особенность этого вещества заключается в том, что в нем присутствует высокий процент стирола, возникающий в процессе полимеризации. Это может приводить к двум негативным особенностям этого материала – кроме пористой структуры, он может быть еще и токсичным. Однако, эта связка более дешевая, нежели эпоксидное связующее, а также имеет меньшую вязкость и наносить его легче.

          4. Фенолформальдегидное связующее.

         Связующее из фенолформальдегида отличается особенностью, что уровень рабочей температуры может быть очень высоким. Также, немаловажно, что этот материал очень доступен, поскольку является побочным продуктом синтеза нефтяных продуктов. Он имеет хорошую текучесть, благодаря чему можно получить изделия различных конфигураций. Благодаря применению этого связующего материала можно получить хорошо пропитываемый армирующий элемент в композитном материале. 

          5. Углеродное связующее.

        Углеродное связующее позволит произвести изделие, обладающее очень высокими физическими и механическими свойствами. Его коэффициент линейного теплового расширения ≈10-7– 10-8; коэффициент теплопроводности до 1000 Вт/м•К; модуль упругости Е≈600 ГПа. Это вещество, также имеет отличные электротехнические свойства, а также высокую химическую инертность. Эту связку применяют в процессе изготовления сопловых блоков моторов, термостойкой плитки, а также в элементах электротехники. 

           6. Цианат-эфирное связующее.

         Цианат-эфирное связующее вещество имеет высокую радиационную стойкость, изменяемые механические свойства, которые зависят от времени обработки, а также низкое влагопоглощение и низкую диэлектрическую постоянную. Кроме того, связующие из цианат-эфира являются очень стойкими к изменениям температур, которые в других материалах могут вызывать микротрещины, а затем распад вещества. Благодаря этим свойствам цианат-эфир широко используют в композитных материалах для космической промышленности. Вещество применяется для изготовления рефлекторов, обтекателей, антенн, отражателей, а также размеростабильных пространственных структур. 

 


 

 

ГЕЛЬКОУТЫ

 

         

Для покрытия композитных материалов, используют модицифированные смолы, которые называются гелькоуты. Их изготавливают из полиэфирной или эпоксидной смолы, благодаря чему композит будет иметь гладкую глянцевую поверхность. Нанесение гелькоута необходимо производить с помощью краскопульта, что гарантирует равномерный слой, без отслаивания. В процессе формирования детали, зачастую используют специальный гелькоут матричного вида, который можно наносить более толстым слоем. Как правило, этой смолой покрывают стеклопластиковые изделия, благодаря чему создается дополнительная защита и продлевается срок эксплуатации материалов. Также, с помощью гелькоута поверхность окрашивается в необходимый цвет. 

 


 

 

Информацию о технологиях производства композитных материалов можно прочитать здесь..

 

 

НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ

Композиционные материалы. Свойства композиционных материалов. Применение композиционных материалов. Эвтектические и полимерные композиционные материалы.

Композиционные материалы – искусственно созданные материалы, которые состоят из двух или более компонентов, различающихся по составу и разделенных выраженной границей, и которые имеют новые свойства, запроектированные заранее.

Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку. Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей. Компонент прерывистый, разделенный в объеме композиционного материала, называется арматурой. Матрица придает требуемую форму изделию, влияет на создание свойств композиционного материала, защищает арматуру от механических повреждений и других воздействий среды.

В качестве матриц в композиционных материалах могут быть использованы металлы и их сплавы, полимеры органические и неорганические, керамические, углеродные и другие материалы. Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса получения композиции и ее эксплуатационные свойства: плотность, удельную прочность, рабочую температуру, сопротивление усталостному разрушению и воздействию агрессивных сред. Армирующие или упрочняющие компоненты равномерно распределены в матрице. Они, как правило, обладают высокой прочностью, твердостью и модулем упругости и по этим показателям значительно превосходят матрицу. Вместо термина армирующий компонент можно использовать термин наполнитель.

Классификация композиционных материалов

По геометрии наполнителя композиционные материалы подразделяются на три группы:

  • с нульмерными наполнителями, размеры которых в трех измерениях имеют один и тот же порядок;
  • с одномерными наполнителями, один из размеров которых значительно превышает два других;
  • с двухмерными наполнителями, два размера которых значительно превышают третий.

По схеме расположения наполнителей выделяют три группы композиционных материалов:

  • с одноосным (линейным) расположением наполнителя в виде волокон, нитей, нитевидных кристаллов в матрице параллельно друг другу;
  • с двухосным (плоскостным) расположением армирующего наполнителя, матов из нитевидных кристаллов, фольги в матрице в параллельных плоскостях;
  • с трехосным (объемным) расположением армирующего наполнителя и отсутствием преимущественного направления в его расположении.

По природе компонентов композиционные материалы разделяются на четыре группы:

  • композиционные материалы, содержащие компонент из металлов или сплавов;
  • композиционные материалы, содержащие компонент из неорганических соединений оксидов, карбидов, нитридов и др.;
  • композиционные материалы, содержащие компонент из неметаллических элементов, углерода, бора и др.;
  • композиционные материалы, содержащие компонент из органических соединений эпоксидных, полиэфирных, фенольных и др.

Свойства композиционных материалов зависят не только от физико-химических свойств компонентов, но и от прочности связи между ними. Максимальная прочность достигается, если между матрицей и арматурой происходит образование твердых растворов или химических соединений.

В композиционных материалах с нульмерным наполнителем наибольшее распространение получила металлическая матрица. Композиции на металлической основе упрочняются равномерно распределенными дисперсными частицами различной дисперсности. Такие материалы отличаются изотропностью свойств.

В таких материалах матрица воспринимает всю нагрузку, а дисперсные частицы наполнителя препятствуют развитию пластической деформации. Эффективное упрочнение достигается при содержании 5…10 % частиц наполнителя. Армирующими наполнителями служат частицы тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов. Дисперсионно упрочненные композиционные материалы получают методами порошковой металлургии или вводят частицы армирующего порошка в жидкий расплав металла или сплава.

Промышленное применение нашли композиционные материалы на основе алюминия, упрочненные частицами оксида алюминия (Al2O3). Их получают прессованием алюминиевой пудры с последующим спеканием (САП). Преимущества САП проявляются при температурах выше 300oС, когда алюминиевые сплавы разупрочняются. Дисперсионно упрочненные сплавы сохраняют эффект упрочнения до температуры 0,8 Тпл.

Сплавы САП удовлетворительно деформируются, легко обрабатываются резанием, свариваются аргонодуговой и контактной сваркой. Из САП выпускают полуфабрикаты в виде листов, профилей, труб, фольги. Из них изготавливают лопатки компрессоров, вентиляторов и турбин, поршневые штоки.

В композиционных материалах с одномерными наполнителями упрочнителями являются одномерные элементы в форме нитевидных кристаллов, волокон, проволоки, которые скрепляются матрицей в единый монолит. Важно, чтобы прочные волокна были равномерно распределены в пластичной матрице. Для армирования композиционных материалов используют непрерывные дискретные волокна с размерами в поперечном сечении от долей до сотен микрометров.

Материалы, армированные нитевидными монокристаллами, были созданы в начале семидесятых годов для авиационных и космических конструкций. Основным способом выращивания нитевидных кристаллов является выращивание их из перенасыщенного пара (ПК-процесс). Для производства особо высокопрочных нитевидных кристаллов оксидов и других соединений осуществляется рост по П-Ж-К – механизму: направленный рост кристаллов происходит из парообразного состояния через промежуточную жидкую фазу.

Осуществляется создание нитевидных кристаллов вытягиванием жидкости через фильеры. Прочность кристаллов зависит от сечения и гладкости поверхности.

Композиционные материалы этого типа перспективны как высокожаропрочные материалы. Для увеличения КПД тепловых машин лопатки газовых турбин изготавливают из никелевых сплавов, армированных нитями сапфира (Al2O3), это позволяет значительно повысить температуру на входе в турбину (предел прочности сапфировых кристаллов при температуре 1680oС выше 700 МПа).

Армирование сопл ракет из порошков вольфрама и молибдена производят кристаллами сапфира как в виде войлока, так и отдельных волокон, в результате этого удалось удвоить прочность материала при температуре 1650oС. Армирование пропиточного полимера стеклотекстолитов нитевидными волокнами увеличивает их прочность. Армирование литого металла снижает его хрупкость в конструкциях. Перспективно упрочнение стекла неориентированными нитевидными кристаллами.

Для армирования композиционных материалов применяют металлическую проволоку из разных металлов: стали разного состава, вольфрама, ниобия, титана, магния – в зависимости от условий работы. Стальная проволока перерабатывается в тканые сетки, которые используются для получения композиционных материалов с ориентацией арматуры в двух направлениях.

Для армирования легких металлов применяются волокна бора, карбида кремния. Особенно ценными свойствами обладают углеродистые волокна, их применяют для армирования металлических, керамических и полимерных композиционных материалов.

Эвтектические композиционные материалы – сплавы эвтектического или близкого к эвтектическому состава, в которых упрочняющей фазой выступают ориентированные кристаллы, образующиеся в процессе направленной кристаллизации. В отличие от обычных композиционных материалов, эвтектические получают за одну операцию. Направленная ориентированная структура может быть получена на уже готовых изделиях. Форма образующихся кристаллов может быть в виде волокон или пластин. Способами направленной кристаллизации получают композиционные материалы на основе алюминия, магния, меди, кобальта, титана, ниобия и других элементов, поэтому они используются в широком интервале температур.

Полимерные композиционные материалы. Особенностью является то, что матрицу образуют различные полимеры, служащие связующими для арматуры, которая может быть в виде волокон, ткани, пленок, стеклотекстолита. Формирование полимерных композиционных материалов осуществляется прессованием, литьем под давлением, экструзией, напылением.

Широкое применение находят смешанные полимерные композиционные материалы, куда входят металлические и полимерные составляющие, которые дополняют друг друга по свойствам. Например, подшипники, работающие в условиях сухого трения, изготовляют из комбинации фторопласта и бронзы, что обеспечивает самосмазываемость и отсутствие ползучести.

Созданы материалы на основе полиэтилена, полистирола с наполнителями в виде асбеста и других волокон, обладающие высокими прочностью и жесткостью.

Advantic | Композитные материалы для строительства

Доверие к компании Advantic растет также благодаря прочности и отличным эксплуатационным характеристикам ее композитных материалов, срок службы которых может быть гораздо выше, чем у традиционных. «У нас есть возможность создавать конструкции с такими же прочностными характеристиками, как у бетонных профилей, но на 50, 60, 75 % легче, — поясняет Дудикан. — Необыкновенно легкий бетон — настоящая находка для строительства, потому что основная часть расходов на строительные работы связана не с самим материалом, а с доставкой элементов из него на объект и обеспечением безопасности их монтажа».

Самой легкой заменой бетону в портфеле Advantic являются литьевые полимеры, для работы с которыми в большинстве случаев не требуется дорогостоящее и опасное подвесное оборудование. Помимо прочего, Advantic создает собственные формулы полимербетонов, которые тяжелее литьевых полимеров. Они хорошо подходят для укрепления кабельных коллекторов и траншей для инженерных сетей, так как не подвержены щелочной коррозии и не имеют проблем с радиопроницаемостью. «Эти композитные материалы в сочетании с альтернативами сталежелезобетонным конструкциям заметно расширяют арсенал средств, доступных строителям или инженерам», — считает Нильсен.

Дудикан соглашается, добавляя, что некоторые строители все еще держатся настороже при первой встрече с материалами Advantic. «Однако, когда монтажник стальных конструкций впервые говорит тебе: "Поверить не могу — мы без труда носили балки прямо на плечах!" или "Мы смонтировали все в 3, 5, 10 раз быстрее, чем когда работали с конструкциями из обычных материалов", понимаешь, что идешь по верному пути».

Этот путь вымощен энтузиазмом к разработке новых материалов, который является незаурядным качеством при работе в такой консервативной отрасли. «Я очень рад тому, что при замене обычных конструкций на композитные люди — те же люди, которые недавно не признавали ничего, кроме стальных арматур, бетонной кладки и дерева, — очень быстро меняют мнение, — говорит Нильсен. — Здорово видеть, что преимущество новых технологий становится очевидным практически сразу».

 

Композитный материал

Композиты формируются путем объединения разнородных материалов в общую структуру, свойства которой сильно отличаются от свойств отдельных компонентов Обычная клеёная фанера является широко распространённым композиционным материалом

Композиционный материа́л (КМ), компози́т — многокомпонентный материал, изготовленный (человеком или природой) из двух или более компонентов с существенно различными физическими и/или химическими свойствами, которые, в сочетании, приводят к появлению нового материала с характеристиками, отличными от характеристик отдельных компонентов и не являющимися простой их суперпозицией. При этом отдельные компоненты остаются таковыми в структуре композитов, отличая их от смесей и твёрдых растворов. В составе композита принято выделять матрицу/матрицы и наполнитель/наполнители. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении её механических характеристик.

Структура композиционных материалов

По структуре композиты делятся на несколько основных классов: волокнистые, дисперсно-упрочнённые, упрочнённые частицами и нанокомпозиты. Волокнистые композиты армированы волокнами или нитевидными кристаллами — кирпичи с соломой и папье-маше можно отнести как раз к этому классу композитов. Уже небольшое содержание наполнителя в композитах такого типа приводит к появлению качественно новых механических свойств материала. Широко варьировать свойства материала позволяет также изменение ориентации размера и концентрации волокон. Кроме того, армирование волокнами придаёт материалу анизотропию свойств (различие свойств в разных направлениях), а за счёт добавки волокон проводников можно придать материалу электропроводность вдоль заданной оси.

В слоистых композиционных материалах матрица и наполнитель расположены слоями, как, например, в особо прочном стекле, армированном несколькими слоями полимерных плёнок.

Микроструктура остальных классов композиционных материалов характеризуется тем, что матрицу наполняют частицами армирующего вещества, а различаются они размерами частиц. В композитах, упрочнённых частицами, их размер больше 1 мкм, а содержание составляет 20—25 % (по объёму), тогда как дисперсноупрочненные композиты включают в себя от 1 до 15 % (по объёму) частиц размером от 0,01 до 0,1 мкм. Размеры частиц, входящих в состав нанокомпозитов — нового класса композиционных материалов — ещё меньше и составляют 10—100 нм.

Полимерные композиционные материалы (ПКМ)

Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Их применение в различных областях даёт значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30 % веса летательного аппарата. А снижение веса, например, искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000$. В качестве наполнителей ПКМ используется множество различных веществ.

А) Стеклопластики — полимерные композиционные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формируют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, полиэфирные и так далее), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и так далее). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Использование стеклопластиков началось в конце Второй мировой войны для изготовления антенных обтекателей — куполообразных конструкций, в которых размещается антенна локатора. В первых армированных стеклопластиках количество волокон было небольшим, волокно вводилось, главным образом, чтобы нейтрализовать грубые дефекты хрупкой матрицы. Однако со временем назначение матрицы изменилось — она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой, содержание волокон во многих стеклопластиках достигает 80 % по массе. Слоистый материал, в котором в качестве наполнителя применяется ткань, плетённая из стеклянных волокон, называется стеклотекстолитом.

Стеклопластики — достаточно дешёвые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и так далее.

Б) Углепластики — наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и так далее. Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление — 220° С, карбонизация — 1000—1500° С и графитизация — 1800—3000° С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5 % по массе) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков используются те же матрицы, что и для стеклопластиков — чаще всего — термореактивные и термопластичные полимеры. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики — очень лёгкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, чёрного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов, при изготовлении лёгких велосипедов и другого спортивного инвентаря.

На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы — наиболее термостойкие композиционные материалы (углепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000° С. Существует несколько способов производства подобных материалов. По одному из них углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (2000° С), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз. Другой способ получения углеродного материала состоит в прокаливании обычного графита при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза. Из углепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолётов, тормозные колодки и диски для скоростных самолётов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.

В) Боропластики — композиционные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедрённые в термореактивную полимерную матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетённых вспомогательной стеклянной нитью или лентой, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой твёрдости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того, стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с особенностями технологии их получения (бор осаждают из хлорида на вольфрамовую подложку, стоимость которой может достигать до 30 % стоимости волокна). Термические свойства боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие температуры, как правило, невелики.

Применение боропластиков ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.

Г) Органопластики — композиты, в которых наполнителями служат органические, синтетические и реже — природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и так далее. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40—70 % наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров — полиэтилена, ПВХ, полиуретана и так далее — варьируется в значительно больших пределах — от 2 до 70 %. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.

Важную роль в улучшении механических характеристик органопластика играет степень ориентации макромолекул наполнителя. Макромолекулы жесткоцепных полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты.

Органопластики находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении, производстве спортивного инвентаря и так далее.

Д) Полимеры, наполненные порошками. Известно более 10000 марок наполненных полимеров. Наполнители используются как для снижения стоимости материала, так и для придания ему специальных свойств. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале 20 в. способ синтеза фенолформальдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола — вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности, древесной муки к смоле до её затвердевания, увеличивает её прочность. Созданный им материал — бакелит — приобрёл большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отверждённого полимера и наполнителя — пресс-порошок — под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916, это — ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс». Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.

Сейчас применяются разнообразные наполнители как термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дёшевы, запасы их практически неограничены, белый цвет даёт возможность окрашивать материал. Применяют для изготовления жёстких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и так далее, полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и так далее. По-прежнему широко применяют органические наполнители — древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Большую популярность приобрел полимерно-песчаный композит на основе полиэтиленов с наполнителем из речного песка. Для создания биоразлагающихся композитов в качестве наполнителя используют крахмал.

Е) Текстолиты — слоистые пластики, армированные тканями из различных волокон. Технология получения текстолитов была разработана в 1920-х на основе фенолформальдегидной смолы. Полотна ткани пропитывали смолой, затем прессовали при повышенной температуре, получая текстолитовые пластины. Роль одного из первых применений текстолитов — покрытия для кухонных столов — трудно переоценить.

Основные принципы получения текстолитов сохранились, но сейчас из них формуют не только пластины, но и фигурные изделия. И, конечно, расширился круг исходных материалов. Связующими в текстолитах является широкий круг термореактивных и термопластичных полимеров, иногда даже применяются и неорганические связующие — на основе силикатов и фосфатов. В качестве наполнителя используются ткани из самых разнообразных волокон — хлопковых, синтетических, стеклянных, углеродных, асбестовых, базальтовых и так далее. Соответственно разнообразны свойства и применение текстолитов.

Композиционные материалы с металлической матрицей

При создании композитов на основе металлов в качестве матрицы применяют алюминий, магний, никель, медь и так далее. Наполнителем служат или высокопрочные волокна, или тугоплавкие, не растворяющиеся в основном металле частицы различной дисперсности.

Свойства дисперсноупрочненных металлических композитов изотропны - одинаковы во всех направлениях. Добавление 5-10% армирующих наполнителей (тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов) приводит к повышению сопротивляемости матрицы нагрузкам. Эффект увеличения прочности сравнительно невелик, однако ценно увеличение жаропрочности композита по сравнению с исходной матрицей. Так, введение в жаропрочный хромоникелевый сплав тонкодисперсных порошков оксида тория или оксида циркония позволяет увеличить температуру, при которой изделия из этого сплава способны к длительной работе, с 1000° С до 1200° С. Дисперсноупрочненные металлические композиты получают, вводя порошок наполнителя в расплавленный металл, или методами порошковой металлургии.

Армирование металлов волокнами, нитевидными кристаллами, проволокой значительно повышает как прочность, так и жаростойкость металла. Например, сплавы алюминия, армированные волокнами бора, можно эксплуатировать при температурах до 450—500° С, вместо 250—300° С. Применяют оксидные, боридные, карбидные, нитридные металлические наполнители, углеродные волокна. Керамические и оксидные волокна из-за своей хрупкости не допускают пластическую деформацию материала, что создаёт значительные технологические трудности при изготовлении изделий, тогда как использование более пластичных металлических наполнителей позволяет переформование. Получают такие композиты пропитыванием пучков волокон расплавами металлов, электроосаждением, смешением с порошком металла и последующим спеканием и так далее.

В 1970-х появились первые материалы, армированные нитевидными монокристаллами («усами»). Нитевидные кристаллы получают, протягивая расплав через фильеры. Используются «усы» оксида алюминия, оксида бериллия, карбидов бора и кремния, нитридов алюминия и кремния и так далее длиной 0,3—15 мм и диаметром 1-30 мкм. Армирование «усами» позволяет значительно увеличить прочность материала и повысить его жаростойкость. Например, предел текучести композита из серебра, содержащего 24% «усов» оксида алюминия, в 30 раз превышает предел текучести серебра и в 2 раза — других композиционных материалов на основе серебра. Армирование «усами» оксида алюминия материалов на основе вольфрама и молибдена вдвое увеличило их прочность при температуре 1650° С, что позволяет использовать эти материалы для изготовления сопел ракет.

Композиционные материалы на основе керамики

Армирование керамических материалов волокнами, а также металлическими и керамическими дисперсными частицами позволяет получать высокопрочные композиты, однако, ассортимент волокон, пригодных для армирования керамики, ограничен свойствами исходного материала. Часто используют металлические волокна. Сопротивление растяжению растёт незначительно, но зато повышается сопротивление тепловым ударам — материал меньше растрескивается при нагревании, но возможны случаи, когда прочность материала падает. Это зависит от соотношения коэффициентов термического расширения матрицы и наполнителя.

Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к новым материалам (керметам) с повышенной стойкостью, устойчивостью относительно тепловых ударов, с повышенной теплопроводностью. Из высокотемпературных керметов делают детали для газовых турбин, арматуру электропечей, детали для ракетной и реактивной техники. Твёрдые износостойкие керметы используют для изготовления режущих инструментов и деталей. Кроме того, керметы применяют в специальных областях техники — это тепловыделяющие элементы атомных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и так далее.

Керамические композиционные материалы получают методами горячего прессования (таблетирование с последующим спеканием под давлением) или методом шликерного литья (волокна заливаются суспензией матричного материала, которая после сушки также подвергается спеканию).

Примечания

Литература

  • Кербер М. Л., Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии. — СПб.: Профессия, 2008. — 560 с.
  • Васильев В. В., Механика конструкций из композиционных материалов. — М.: Машиностроение, 1988. — 272 с.
  • Карпинос Д. М., Композиционные материалы. Справочник. — Киев, Наукова думка
  • СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования.
  • Техническое заключение по результатам лабораторных испытаний арматурных выпусков из стеклопластика, установленных в монолитный бетон, на действие продольных относительно оси выпуска усилий // Tekhnicheskoe zaklyuchenie po rezul’tatam laboratornyh ispytaniy armaturnyh vypuskov iz stekloplastika, ustanovlennyh v monolitnyy beton, na deystvie prodol’nyh otnositel’no osi vypuska usiliy
  • Высокопрочные системы усиления ITECWRAP/ITECRESIN. Екатеринбург: ООО НИИ Высокопрочные системы усиления ИНТЕР/ТЭК, 2010. 69 с. // Vysokoprochnye sistemy usileniya ITECWRAP/ITECRESIN. Yekaterinburg: OOO NII Vysokoprochnye sistemy usileniya INTER/TEK, 2010. 69.
  • Коршунов, Я. Бурейская ГЭС: сверхпроектные работы/ Я. Коршунов // Газета «Вестник РусГидро».№ 4 — 2014. С.8. // Korshunov, Ya. Bureyskaya GES: sverhproektnye raboty/Ya. Korshunov//Gazeta «Vestnik RusGidro» #4-2014. P.8
  • Усиление железобетонных конструкций (Пособие П 1-98 к СНиП 2.03.01-84*). Минск, 1998. // Usilenie zhelezobetonnyh konstrukciy (Posobie P 1-98 k SNiP 2.03.01-84*). Minsk, 1998.
  • Хозин В. Г., Пискунов А. А., Гиздатуллин А. Р., Куклин А. Н.//Сцепление полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном / Известия КГАСУ № 1(23) — 2013. С.1-8
  • Хозин В. Г., Пискунов А. А., Гиздатуллин А. Р., Куклин А. Н.//Сцепление полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном / Известия КГАСУ № 1(23) — 2013. С. 1-9

Ссылки

Композиционные материалы на основе металлов

Киносъемка микроструктуры образцов 120 Композиционные материалы на основе металлов  [c.302]

В авиации и космонавтике нашли широкое применение композиционные материалы на основе металлов, полимеров и керамики. Нет сомнения, что в недалеком будущем они получат применение и в других отраслях машиностроения - автомобильной, станкостроении, в химическом машиностроении и др.). Поэтому в учебнике дано подробное их описание.  [c.4]

Металлические композиционные материалы или композиционные материалы на основе металлов и сплавов. Чаще всего используются алюминий, магний, титан, медь и сплавы на их основе. Также делаются попытки использовать в качестве матрицы высокопрочные стали, тугоплавкие металлы и сплавы.  [c.186]


Создание композиционных материалов нового класса стало возможным благодаря разработке и применению высокопрочных и высокомодульных борных и углеродных волокон, соединений ковалентного типа в виде нитевидных кристаллов и волокон карбидов, нитридов и других соединений, а также армирующих материалов на основе металлов, сталей и сплавов, обладающих высокой прочностью и высоким модулем упругости.  [c.33]

Композиционный материал с одномерными компонентами, один из размеров которых значительно превышает два других и соизмерим с характерным размером элементарного образца композиции. Примером этой группы материалов являются волокнистые композиционные материалы на основе полимеров, металлов и т. п., армированные стекловолокнами, борными, углеродными, керамическими и другими волокнами.  [c.51]

В металлургии используются композиционные огнеупорные материалы для футеровки печей, для кожухов, арматуры печей, наконечников термопар, погружаемых в жидкий металл, и др. В данном случае эффективность применения заключается в увеличении срока службы металлургического оборудования. В горнорудной промышленности из композиционных материалов на основе тугоплавких соединений изготовляют буровой инструмент, коробки буровых машин, детали буровых комбайнов, транспортеров и др. Эффективность применения заключается в высокой абразивной стойкости п износостойкости композиций.  [c.240]

Композиционные материалы на основе металлической матрицы получают пропиткой высокопрочных волокон (бора, углерода, вольфрама, молибдена и др.) расплавленными металлами (алюминием, кобальтом и т. д.). Варьируя компоненты и их объемное сочетание, получают материалы с высокими механическими характеристиками, жаропрочностью и другими свойствами. При малой массе такие материалы имеют прочность и износостойкость значительно выше, чем стали и высококачественные сплавы.  [c.33]

Для определения прочности и пластичности металлов и сплавов, в том числе тугоплавких и композиционных материалов на их основе, в вакууме, окислительной и защитной газовых средах при испытаниях на растяжение в интервале температур 270—3270 К и при относительной скорости от 1 до 10- с- разработана установка Микро-6 . В качестве основных образцов приняты конструкционные материалы — проволоки, ленты, фольги.  [c.139]
В настоящее время все большее внимание уделяется композиционным материалам на металлической основе, армированной высокомодульными углеродными волокнами. Совместимость армирующего компонента и матрицы в некоторых случаях достигается введением связующего, функцию которого выполняет покрытие. Металлические покрытия необходимы в тех случаях, когда матрица не смачивает поверхность углеродных волокон при температурах получения композиции (алюминий, магний [21), Кроме того, покрытие углеродных волокон такими металлами, как цинк и медь, может впоследствии служить основой или компонентом основы композиционного материала [3].  [c.129]

Несмотря на то что прочность многих сплавов железа, алюминия и других металлов непрерывно повышается, одно время казалось, что все резервы металла уже исчерпаны. Значительное повышение прочности металлов стало возможным благодаря новым исследованиям в области природы, пластической деформации, изучения строения металлов, создания композиционных материалов на их основе.  [c.17]

Автор вместе с группой товарищей в течение ряда лет занимается исследованием вопросов, имеющих отношение к проблеме связи структуры и свойств материалов. Вместе с этим он читает аспирантам курс физического металловедения. Изложение вопросов, так или иначе затрагивающих вышеуказанную проблему, и составляет основу книги. Последовательно рассмотрены металлическая связь и ее влияние на свойства металлов, строение атомов и межатомное взаимодействие, дефекты структуры, диффузия и теория фазовых превращений, некоторые конкретные процессы, формирующие конечные свойства металла полигонизация, старение, мартенситное превращение, возможности достижения высокой прочности, включая композиционные материалы, жаропрочность, поведение металлов в глубоком вакууме и, наконец, некоторые возможности использования ядерных процессов для исследования металлов. Где это возможно, делается акцент на вопросах связи строения и свойств.  [c.8]

Создание единых конструкционных структур на основе адгезионно связанных композиционных материалов или композиционных материалов, соединенных с металлами, является важной проблемой в связи с применением композитов в военном и гражданском самолетостроении. Адгезионно соединенные материалы и процессы их получения регламентируются правительственными и отраслевыми спецификациями, в которых изложена технология создания соединений. Те же документы определяют методы получения Сандвичевых материалов. Адгезионно соединенные элементы стали применяться в самолетостроении еще в 1945 г. За прошедшее время значение этого вида соединений существенно возросло. Расширяются не только объемы использования, но и температурные интервалы, в которых эти соединения эксплуатируются. В современных условиях они находятся в пределах от —253 до +260 °С.  [c.391]

Усталостные свойства соединений адгезионного типа приведены на рис. 22.17 и 22.18 [6]. Графики построены для соединений алюминиевых пластин (сплав 2024-ТЗ). Аналогично могут быть получены данные для композиционных материалов. Усталостные кривые для образцов адгезионных соединений стеклопластиков с эпоксидным связующим, выполненных простым нахлестом, лежат между усталостной кривой для исходного металла и усталостной кривой образца металла с отверстием (аналогично тем, которые используются для заклепочных соединений). Усталостные свойства соединений борно- и углеродно-эпоксидных композиционных материалов (адгезив также эпоксидный) существенно выше, чем аналогичные для металлов. На рис. 22.19 [6] приведены усталостные кривые для адгезионных соединений по сравнению с заклепочными для материалов на основе алюминиевых сплавов 2024 и 2025.  [c.401]

И показали, что проведение испытаний в воде практически не изменяет усталостную выносливость этих материалов. Донат [142] получил аналогичные результаты для слоистых материалов на основе эпоксидного связующего и борных волокон (рис. 2.69 и 2.70). Эти результаты заставляют предположить, что волокнистые композиционные материалы не чувствительны к циклическим нагрузкам в противоположность металлам и ненаполненным полимерам.  [c.137]

На смену мокрым электрофильтрам, изготовляемым из дефицитных цветных металлов, пришли аппараты, отличающиеся широким использованием полимерных материалов. Наиболее перспективным для этих целей, как показали исследования ОАО НИИОгаза, является композиционный материал на основе полипропилена с наполнителями из ацетиленовой  [c.267]


Большой вклад в теорию образования композиционных материалов на основе металлов и стекла внес советский ученый В. Преснов. Он показал, что прочная связь возникает в результате химического взаимодействия отдельных компонентов, входящих в состав соприкасающихся материалов. В. Пресновым и другими исследователями доказано, что на границе раздела между металлом и стеклом имеет место химическое взаимодействие донорно-акцепторного типа, в результате которого возникает координационно-ковалентная связь. Роль акцепторов электронов играют кислотные окислы, донорами электронов выступают окислы с основными свойстрами.  [c.92]

Число новых сплавов непрерывно растет. Особенно большие возможности открылись перед создателялнг новых материалов благодаря широкому применению тугоплавких металлов, поэтому в учебник включена новая глава Тугоплавкие металлы . Более широко освещены композиционные материалы на основе металлов, полимеров и керамики.  [c.4]

Химическое меднение. Химическое меднение является одним из немногих способов получения композиционных материалов на основе меди и его сплавов, армированных углеродным волокном. Введение углеродных волокон в медные сплавы целесообразно в некоторых случаях, когда требуется материал с высокими элек-тро- и теплопроводностью, близкими к соответствующим характеристикам меди, но более прочный, с более низким температурным коэффициентом линейного расширения. Кроме того, он может служить и хорошим материалом для высокопрочных, самосмазываю-щихся ПОДЦ1ИИНИКОВ трения. Часто химическое меднение исполь-зуют для улучшения смачиваемости углеродных волокон или нитевидных кристаллов в процессе изготовления композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов методом пропитки жидким расплавом, либо в качестве подслоя на этих унрочните-лях, образующего плавящуюся эвтектику в контакте с металлом матрицы, используемым в виде тонких фольг при горячем прессовании.  [c.186]

Титановые сплавы обладают максимальной удельной прочностью по сравнению со сплавами на основе других металлов, достигающей 30 км и более. В связи с этим трудно подобрать армирующий материал, который позволил был создать на основе титанового сплава высокоэффективный композиционный материал. Разработка композиционных материалов на основе титановыг сплавов осложняется также довольно высокими технологическими температурами, необходимыми для изготовления этих материалов, приводящими к активному взаимодействию матрицы и упрочни-теля и разупрочнению последнего. Тем не менее работы по созданию композиционных материалов с титановой матрицей проводятся, и главным образом в направлении повышения модуля упругости, а также прочности при высоких температурах титановых сплавов. В качестве упрочнителей применяются металлические проволоки из бериллия и молибдена. Опробуются также волокна из тугоплавких соединений, такие, как окись алюминия и карбид кремния. Механические свойства некоторых композиций с титановой матрицей приведены в табл. 58. Предел прочности и модуль упругости при повышенных температурах композиций с молибденовой проволокой показаны в табл. 59.  [c.215]

В режиме ИП могут работать металлы, металлополимеры, металлокерамические материалы, наполненные стекла, сплавы из благородных металлов, композиционные материалы на основе эпоксидной смолы ЭД-5 и др.  [c.99]

К первой группе относят металлы и сплавы, обладающие удовлетворительными механическими характеристиками при обычных климатических температурах (до —50 °С) углеродистые стали ферритного и мартенсит-ного классов, некоторые низколегированные и инструментальные стали и композиционные материалы на основе кобальта.  [c.309]

Ко второй группе относят металлы, сохраняющие пластичность при охлаждении до температуры —100 С. Это стали, содержащие 0,20—0,35 % углерода, легированные никелем, хромом, ванадием, молибденом, иногда — цирконием и бором. Например, ферритные малоникелевые стали с 2,25—5 % никеля пригодны для использования при температурах от —60 до —130 °С. К этой же группе относят сплавы титана на основе Р-фазы, а также композиционные материалы на основе железа и меди.  [c.309]

Последние достижения в производстве волокнируых материалов с высокой удельной прочностью и высоким модулем упругости открыли новые возможности в разработке конструкционных материалов с высокими удельными механическими свойствами. Перспективны композиционные материалы на основе полимеров или металлов,, армированных волокном.  [c.206]

Лазерный луч с большим успехом применяется для резки неметаллических материалов, таких, как пластмасса, стеклопластики, композиционные материалы на основе бора и углерода, керамика, резина, дерево, асбест, текстильные материалы и т. д. Данный ассортимент материалов, как правило, обладает меньшей температуропроводностью (k теплового источника и применима формула (105) для расчета температуры в наиболее горячей точке. В то же время при скоростях резки Uq > 1 см/с и ширине реза не более 0,5 мм слои толщиной d > 0,5 мм можно считать в теплофизическом смысле полубез-граничной средой. Поэтому пороговая плотность потока, необходимая для начала резки неметаллов, слабо зависит от толщины листа и с ростом скорости перемещения источника увеличивается как  [c.139]

Реакционная способность при взаимодействии с металлами низка, но смачивание поверхности волокон расш]авами металлов довольно хорошее, поэтому производство композиционных материалов на основе металлической матрицы и волокон из карбида кремния с точки зрения технологии проще, чем производство металлокомпозитов на основе углеродных волокон.  [c.273]


Волокна из оксида алюминия успешно применяются для армирования металлов. В табл. 8.11 приведены физико-механические характеристики композиционных материалов на основе волокон из оксида алюминия и алюминиевой матрицы. Как видно из приведенных в таблице данных, такие композиционные материалы обладают хорошими механическими свойствами при высоких температурах, высокой электропроводностью и т. д. По сравнению с металлами, армированными другими волокнами, металлокомпозиты на основе волокон из оксида алюминия имеют следующие особенности. Во-первых, так как волокна из оксида алюминия стабильны при высоких температурах в воздушной среде и практически не реагируют с расплавленным металлом, металлокомпозиты на их основе можно получать методом литья. Это дает возможность  [c.285]

Возможности повышения рабочих температур современных жаропрочных и жаростойких сплавов на основе титана, никеля и тугоплавких металлов за счет их твердораствор-ного упрочнения или создания гетерофазных структур практически исчерпаны. Поэтому большое внимание исследователей привлекают композиционные материалы на основе интерметаллидов, тугоплавких металлов и направленно закристаллизованных эвтектик, упрочненные дисперсными включениями, дискретными или непрерывными волокнами олее тугоплавких, прочных и жестких, чем матрица, фаз, в том числе керамических.  [c.213]

Макроскопические характеристики усталостного разрушения металлов и волокнистых композиционных материалов очень похожи, хотя на микроуровне они различаются очень сильно. Хрупкие материалы, такие как стекло, углерод и бор, не снижают свою несущую способность при циклических нагрузках в отличие от пластически деформируемых материалов. Следовательно, композиционные материалы на основе хрупких волокон должны обладать высокой усталостной выносливостью, если волокна выдерживают основную нагрузку. Это предположение выполняется в случае пластиков, армированных однонаправленными углеродными и борными волокнами при усталостных испытаниях на одноосное напряжение. Диаграммы зависимости максимального напряжения от числа циклов до разрушения (диаграммы а—N) для таких материалов действительно практически горизонтальны и при циклических нагрузках, лежащих ниже полосы разброса статической прочности при растяжении, истинное усталостное разрушение практически не наблюдается. Бимон и Харрис [140], а также Оуэн и Моррис [141] получили одинаковые результаты для карбопластиков на основе эпоксидных и полиэфирных связующих  [c.136]

Полимерные композиционные материалы на основе феноло-формальдегидных смол получили широкое распространение в качестве фрикционных материалов в производстве тормозных колодок. Другие связующие, такие как литые или спеченые металлы, в том числе металлокерамика, силикат натрия, сульфид меди, а также бумага, в некоторых условиях могут оказаться предпочтительнее. Например, тормозные башмаки из литой стали очень широко используются в железнодорожных вагонах.  [c.396]

Композиционные материалы на основе полимеров. Они представляют собой многокомпонентную композицию, содержащую основу, теплостойкую арматуру и наполнитель. Основу в таких материалах называют связующим. Это каучуки, смолы и их комбинации. Чаще применяются фенолформальдегидные и анилин-формальдегидные модифицированные смолы, различные натуральные и синтетические каучуки и их комбинации. Наполнители регулируют рабочие и технологические свойства материала. Они подразделяются на металлические (медь, бронза, латунь, цинк, алюминий, свинец, железо, титан и другие металлы и соединения в виде порошков, стружки или проволоки) неметаллические (графит, углерод, кокс, сера и др.) минеральные (керамика, барит, сурик, глинозем, каолин, мел и др.) органические, например скорлупа ореха кешью. Каучуково-смоляная основа обладает недостаточно высокими механическими свойствами, особенно при повышенных температурах. Поэтому все материалы на полимерной основе содержат теплостойкую арматуру асбест, волокна, вату и т. п. Этот компонент во многом определяет свойства и технологию всего материала, и поэтому он часто отражается в его названии. Так, материалы, армированные асбестом, называются ФАПМ, т. е. фрикционные асбополимерные материалы.  [c.38]

Рассмотренные механизмь[ трения при граничном трении относятся к парам трения металл-металл. Применение в узлах трения деталей из полимерн1з1х и композиционных материалов на полимерной основе выдвигает необходимость рассмотрения металлополимерных систем (трибосистем), в которых при граничном трении наблюдаются более сложные физнко-хпмические процессы, чем в системе металл-смазоч-ный материал-металл, в силу проявления дополнительных взаимодействий между частями системы.  [c.73]

Кулли и Поцелуйко [6] провели сравнительные испытания верхних коленчатых рычагов заднего пилона для вертолета СН-47С фирмы Boeing из металла и композиционного материала на основе коротких волокон. Композиционный материал состоял из стекловолокон S-2 (длина отрезка волокна 12,7 мм) с нанесенным на них аппретом и эпоксидной новолачной матрицы. Среди прессованных материалов он показал наилучшие характеристики в испытаниях на допустимое разрушение при баллистическом ударе. Пилоны имели Н-образное сечение, каждая стойка которых образует дополнительную конструктивную часть, способную нести полную нагрузку при разрушении другой. Хотя масса пилона из композиционного материала приблизительно на 20% меньше массы кованой алюминиевой детали, он выдерживал допустимую разрушающую нагрузку.  [c.483]

Композиционные материалы с нуль-мерными компонентами, имеющими все три размера одного и того же порядка и, следовательно, с учетом признака б не имеющими ни одного размера, соизмеримого с характерным размером элементарного образца композиционного материала. Примерами композиций этой группы могут служить дисперсноупрочненные материалы, металлы и сплавы, армированные частицами, материалы на основе керамики, содержащие в своем составе короткие нитевидные кристаллы (длина которых много меньше характерного размера элементарного образца композиционного материала) и т. п.  [c.51]

Твердость, износостойкость, прочность. В общем случае любые композиционные материалы должны обладать более высокими. прочностными характеристиками, чем мономатериалы. Типичные характеристики различных композиций на основе металлов представлены на рис. 27 [2, с. 15]. Коэффициент упрочнения здесь представляет собой отношение предела текучести композиций к пределу текучести матрицы. Кривые построены 1По теоретическим значениям для композиций с. волокнами при допущении, что они нагружаются параллельно направлению волокон. Диаметры волокон равнялись 10—250 мкм.  [c.95]

Рассмотрены асе факторы, вызывающие разрушение в различных морских условиях сталей, меди, никеля, алюминия, титана, а также неметаллических материалов, включая полимеры и композиционные материалы на их основе, керамику, изделия из бумаги, текстиль, магнитную ленту. Показано поведение деталей радиоэлектронной аппаратуры, ракетного топлива и взрывчатых веществ. Приведены сведения о скорости коррозии металлов и их сплавов на различных глубинах. Представлен экспериментальный материал, полученный при изучении свыше 20000 образцов сплавов 475 марок при их выдержке в натурных условиях от трех месяцев до трех лет. Описана также коррозия, контролируемая биофакторами, в применении к различным географическим районам.  [c.4]

Для аэрокосмических технологий разработаны новые пленочные антифрикционные композиционные наноматериалы на основе TiN/MoS2, Т1В2/Мо82, С/аморфный углерод/ 82 [46]. Эти объекты, получаемые магнетронным распылением или лазерным испарением, характеризуются, с одной стороны, значительной твердостью (около 10 — 20 ГПа), что обеспечивает высокую износостойкость, а с другой стороны, низким коэффициентом трения (менее 0,1), что обусловлено наличием в структуре так называемых твердых смазок (халькогенидов переходных металлов VI группы Периодической системы). Размер фазовых включений составляет менее 5 — 10 нм. Эти материалы могут стабильно использоваться при трении в различных средах (в вакууме, влажном воздухе, азоте и т.д.) в широком интервале температуры.  [c.155]


Использование СВС подтвердило высокую эффективность новой технологии получения материалов на основе карбидов и интерметаллидов, твердых сплавов и др. В работе [349] показана возможность получения пористых СВС-материалов (на основе карбида титана), фильтров различного назначения, пористых абразивов, элементов конструкций и заготовок для получения беспористых композиционных материалов методом инфильтрации расплавами металлов. Были использованы карбид титана Ti o,99, Ti o,9, Ti o,s. 95% С + 5% Ni и 85% Ti + 15% Ni различной степени пористости. Полученные материалы имели общую пористость в интервале 45—70 абс. % при содержании открытых пор до 99,7%. Размер пор можно варьировать от 5 до 120 мкм.  [c.228]

Волокнистые композиционные материалы на металлической основе имеют более высокие характеристики, зависящие от свойств матрицы. В качестве матрицы используются металлы, имеющие небольшую плотность (алюминий, магний, титан), их сплавы, а также никель для создания жаропрочных материалов. В качестве упрочнителя используют стальную проволоку (наиболее деше-  [c.264]

Муфты сцепления, работающие в масляной среде, широко используются в системах передач автомобилей. Материалами для таких муфт и тормозных дисков могут служить спеченый металл, пробка или материалы на основе бумаги. Такие материалы представляют собой полимерный композиционный материал на основе высокопористой целлюлозы или бумаги на основе асбеста, пропитанной связующим. Их фрикционные свойства во многом зависят от типа бумаги, смазки и добавок, входящих в них. Покрытия на основе этих материалов наносятся на тормозные колодки толщиной 0,6 мм, а на муфтах сцепления — 0,4 мм.  [c.399]

Данные табл. 1 свидетельствуют о повышении удельного модуля упругости композиционного материала вследствие упрочнения волокнами. Удельный модуль упругости борного волокна примерно в 6 раз выше, чем у любых стандартных конструкционных металлов, включая стали, алюминий, молибден, медь, магний, что является следствием более жесткой ковалентной связи по сравнению с металлической. Жесткость металлической связи, в свою очередь, более высокая, чем жесткость в органических смолах. В то время как материалы с металлической связью имеют удельный модуль упругости 2500 км, наиболее типичный уровень этой характеристики для материалов на основе органической смолы составляет около 250 км. Из-за низкой жесткости смол композиционные материалы на их основе имеют низкий модуль упругости в направлении, перпендикулярном направлению укладки Болох на, и малый модуль сдвига. Преимущество однонаправленного боралюминиевого композиционного материала в отношении жесткости распространяется и на материал с волокнами, уложенными в различных направлениях, поскольку волокна, не ориентированные в направлении действия главных напряжений, вносят значительный вклад в величину модуля упругости материала в этом направлении.  [c.422]

Композиционные материалы на никелевой основе, упрочненные непрерывными волокнами — проволокой из тугоплавких металлов или сплавов, изготавливают тремя основными методами вакуумной пропиткой каркаса волокон жидкометаляической матрицей деформацией пакета чередующихся слоев матричного материала и волокон упрочни-телей методом порошковой металлургии, при котором армирующие волокна заливают суспензией порошкового материала способом шли-керного литья с последующими спеканием заготовок или деталей.  [c.598]

Для работы в экстремальных условиях трения, т. е. в условиях повышенных и высоких (свыше 100 кг/см ) нагрузок, скоростей скольжения (свыше 5—10 м/с), температур (более 200° С) в условиях трения без смазки, в присутствии агрессивных и инертных жидких и газовых сред, в вакууме, в условиях криогенных температур (до —250° С) и т. п. могут быть применены самосмазывающиеся антифрикционные материалы, обеспечивающие образование в процессе трения антизадирных разделительных пленок. Такие материалы разрабатываются с учетом конкретных условий работы трущихся пар. К их числу относятся группы спеченных материалов на основе высоколегированных сплавов железа, высоколегированного и сульфидиро-ванного железографита, сульфидированных и сульфоборирован-ных нержавеющих сталей, металлографитовых и металлопластмассовых композиций, композиционных материалов из тугоплавких металлов и соединений, цветных металлов, например никеля и его сплавов, кобальта, свинца, олова, алюминия и т. д.  [c.43]


7.6 Стекловолокно и композитные материалы

Ультразвуковая дефектоскопия не ограничивается контролем металлов. В последние годы, в промышленном производстве значительно увеличилось использование композитных материалов и стекловолокна; соответственно существует необходимость контроля данных материалов на наличие структурных дефектов, таких как расслоения и повреждения при ударе. Оба вида дефектов выявляются путем ультразвукового контроля. Данный вид контроля широко распространен в аэрокосмической промышленности, ветроэнергетике, судостроении и автомобилестроении, а также в производстве резервуаров и других структур из стекловолокна.

Низкочастотные прямые преобразователи (2,25 МГц, 1 МГц и 500 кГц) обычно используются для контроля изделий из стекловолокна, характеризующегося высокой степенью рассеяния звука. При выборе соответствующих преобразователей и настроек прибора можно измерять изделия толщиной более 75 мм. В большинстве случаев, необходимо сначала определить донный эхо-сигнал объекта контроля, а затем проверить наличие аномалий перед донным эхо-сигналом. Обычно всегда присутствует шум, вызываемый рассеянием звука; поэтому детектируемыми ламинарными дефектами будут сигналы, амплитуда которых выше амплитуды фонового рассеяния (шума). Ниже показан контроль пластины из стекловолокна, толщиной 45 мм. А-скан слева отображает донный эхо-сигнал в правой части экрана. А-скан справа отображает сильный сигнал на глубине 39 мм, исходящий от визуально заметного расслоения. Все другие пики сигналов представляют внутреннее рассеяние.

Углеволокнистые композиты обычно имеют высокую степень пропускания по сравнению со стекловолокном, и могут быть измерены на частоте до 5 МГц для лучшего разрешения ламинарных дефектов, расположенных вблизи передней и донной поверхности изделия. Это важный аспект при выявлении ударных повреждений деталей самолетов, выполненных из слоистых композиционных материалов, которые могут иметь повреждения с внутренней стороны, незаметные снаружи. Ниже показан пример обнаружения искусственно заложенного дефекта (расслоения) на панели самолета из эпоксиграфитопластика (толщиной 3,5 мм). Искусственный дефект расположен на расстоянии менее чем 0,5 мм от донной поверхности, но в данном случае может быть выявлен с помощью преобразователя с линией задержки (5 МГц) как маленькое смещение эхо-сигнала.

Донный эхо-сигнал справа от строба Эхо-сигнал ламинарного дефекта в стробе

Композиционные материалы с сотовым заполнителем сложнее проверить на наличие дефектов, т.к. они содержат большое количество воздуха. Теневой метод контроля с использованием традиционных УЗ-преобразователей позволяет выявить отслоения обшивки и дефекты, расположенные в середине материала. Однако, данный вид контроля обычно осуществляется на стадии производства автоматизированными системами и не может выполняться в полевых условиях. Существуют также более усовершенствованные методы для одностороннего ультразвукового контроля изделий из углеродного волокна и композитных материалов с сотовым заполнителем. Сюда входят резонансный метод , импедансный метод и контроль волнами Лэмба. В случае контроля композиционных материалов с сотовым заполнителем, такие дефекты как отслоение обшивки и внутренние повреждения можно выявить путем одностороннего сканирования изделия. Данные методы контроля требуют наличия специализированного оборудования, как например Olympus NDT Bondmaster. Более подробную информацию о данных методах контроля можно найти по адресу.

Композитные и фарфоровые виниры. 5 основных отличий

Композитные и фарфоровые виниры. 5 основных отличий

Хотя многие методы эстетической стоматологии (брекеты, коронки и др.) не уступают винирам по результативности, именно виниры из керамики и композита более востребованы при эстетической реставрации зубов. Решаясь на эстетическую коррекцию, у большинства пациентов возникают сомнения – какой вид виниров предпочесть. Чтобы принять оптимальное решение, необходимо сравнить преимущества обоих типов виниров.

1. Основным недостатком фарфоровых виниров по сравнению с композитной реставрацией остается то, что стоимость процедуры выше (требуется больше времени, поскольку каждый винир, чтобы прилегать прочно и копировать форму зуба, изготавливается в лаборатории после точных замеров). Кроме того, керамические виниры не подлежат восстановлению в случае трещины или перелома: придется заменить имплантант полностью.

Композитная смесь, состоящая из поликарбоксилата и эвгенола, более долговечна, чем фарфор. Хотя она и кажется хрупкой, как только смесь накладывается на зуб и высыхает, то становится очень плотной: благодаря этому сколы исключены.

2. Керамические виниры обеспечивают более естественный вид: свойства фарфора позволяют имитировать природный тон эмали. Более того, свет, который достигает поверхности зуба, отражается обратно не сразу, а проникает в слой фарфора и только потом отражается наружу. Композитные материалы не способны в полной мере воссоздать этот эффект.
Имеет значение и то, что фарфор (в отличие от других материалов) не темнеет после контакта с напитками, пищей или в результате систематического курения.

3. Для повышения адгезии композитные виниры требуют удаления значительного количества дентина во время установки. Это делает их неподходящими в случае эрозии, поскольку при снятии даже небольшого количества эмали с поверхности зубов может резко увеличиться их чувствительность к изменениям температуры.

4. Другим важным преимуществом фарфоровых виниров считается их гипоаллергенность: из-за сложного состава композит в большей степени может стать причиной раздражения десен и глоссалгии.

5. Композитные виниры не эффективны тогда, когда требуется замаскировать прогрессирующую диастему (щель между зубами), чья изначальная ширина составляет более 2,5 мм. В этом варианте высока вероятность деформации ортопедического винира из композита.

В чем заключаются главные преимущества композитных материалов?

Композиционные материалы все чаще используются в строительстве, автомобилестроении, авиации и многих других отраслях промышленности. Композиты в значительной степени вытесняют другие типы материалов. Поэтому стоит присмотреться к композитным материалам. В сегодняшней статье мы сосредоточимся в первую очередь на определении композитов, их основных преимуществах и типах приложений.

Что такое композитные материалы?

Композиты - это материалы, которые состоят как минимум из двух компонентов.Эти ингредиенты работают вместе, но они не растворяются друг в друге и не объединяются в другие элементы. Композиционные материалы состоят из матрицы (матрицы) и наполнителя (армирования). Композитный продукт однороден снаружи. Тем не менее, его компоненты легко разделяются. Этим композиты отличаются от металлических сплавов. Интересно, что композиты не являются продуктом современной цивилизации. Уже 800 г. до н.э. на Ближнем Востоке были найдены композиты в виде глиняных кирпичей, армированных соломой.Солома предотвратила так называемое распространение трещин. Конечно, в настоящее время используются гораздо более современные материалы. Идея, однако, очень похожа и основана на объединении преимуществ разных материалов в одном.

Что такое композитная арматура?

Армирование композитного материала также называют наполнителем. От этого элемента зависят свойства всего материала. Армирование бывает в виде волокон или частиц. В зависимости от характеристик, которые мы хотим получить в данном композитном материале, мы должны выбрать подходящую арматуру.Если мы хотим создать материал с чрезвычайно высокими прочностными характеристиками, нам придется использовать армирование волокном. Чаще всего это углеродные или стеклянные волокна. Металлические или керамические частицы также улучшают свойства композита.

Что такое композитная матрица?

Основная задача матрицы - стыковка арматуры. Матрица придает композитным материалам желаемую форму. Поэтому в нем необходимо смочить начинку и заполнить форму. Эпоксидные смолы и полимеры идеально подходят на роль матрицы.Также встречаются композиты с керамической или металлической матрицей. Важно, чтобы матрица (матрица) не передавала нагрузки, а только передавала их арматуре.

В чем преимущества композитных материалов?

К основным преимуществам композитных материалов можно отнести:

  • снижение веса изделия,
  • повышение жесткости и удельной прочности,
  • повышение трещиностойкости.

Композитные материалы предлагают большую свободу на этапе проектирования.Кроме того, они значительно снижают затраты на производство короткосерийных изделий.

Где используются композитные материалы?

Использование композитных материалов в автомобильной и авиакосмической промышленности довольно распространено. Это связано с высокой прочностью композитов. В производстве современных автомобилей используются большие модули, изготовленные из композитов, армированных волокнами и тканями. Интересно, что все чаще можно встретить композитные стержни, которые образуют арматуру зданий.Мы также встречаем композиты в повседневной жизни. Детские горки очень часто изготавливают из стеклопластика, который также является композитным материалом. При поиске компании, которая занимается проектированием и производством композитных материалов, стоит воспользоваться предложением Faser - Plast Poland Sp. z o.o. из Слупска. Используя опыт и знания работающих в компании специалистов, вы можете рассчитывать на профессиональную помощь в реализации ваших проектов.

.

Строительные материалы в современных автомобилях [часть 2]

Композитный материал - это материал, состоящий из двух или более компонентов с разными свойствами. Одним из его компонентов является матрица (которая придает композиту твердость, гибкость и сопротивление истиранию), а другим - строительный материал (усиливает композит). Роль матрицы заключается в защите армирующего материала и передаче внешних напряжений . Строительный материал отвечает за обеспечение высоких механических свойств композита и упрочнение матрицы в различных направлениях.

Эти материалы используются все чаще. Это связано с их хорошими свойствами с точки зрения прочности и жесткости. Что наиболее важно, они характеризуются гораздо меньшим собственным весом , чем традиционные материалы. Свойства композита зависят от физических свойств матрицы и армирующего материала, а также относительного содержания матрицы и армирования в материале. Это можно описать формулой: Vo + Vw = 100%, где Vo - матрица, а Vw - коэффициент усиления. Например, в композитах, армированных волокном, используются полимерные, металлические и керамические матрицы.

Классификация волокнистых композитов

Для изготовления армирующих материалов обычно используются следующие материалы: углеродные волокна , стекловолокна, арамидные волокна, керамические волокна или волокна бора . Также различают длинные (также называемые непрерывными) и короткие (называемые прерывистыми) волокнистые материалы. К преимуществам полимерных композитов с длинными волокнами по сравнению с таким же материалом с короткими волокнами можно отнести:

  • улучшенные механические свойства,
  • повышенная ударная вязкость,
  • нижняя тенденция к ползучести,
  • Хорошая твердость при повышенных температурах и влажном климате.

Композиты с полимерной матрицей

Наиболее часто используемые типы армирования в композитах PMC (композиты с полимерной матрицей):

  • стекловолокно,
  • углеродные волокна,
  • арамидные волокна.

Из-за низкой цены и хороших механических свойств часто используются композиты из стекловолокна , называемые GFRP (стекловолокно). Однако не все конструкции можно сделать из самых дешевых материалов.Конструкции, которые можно найти, например, в элементах пассажирских или военных самолетов, сделаны из лучших материалов. Поэтому в используются композиты из углеродного волокна , называемые CFRP (пластмассы, армированные углеродным волокном) , или арамидные волокна - AFRP (пластмассы, армированные арамидным волокном). Они отличаются большей прочностью, большей жесткостью и меньшим собственным весом. Лучшие свойства композитов CFRP и AFRP приводят к более высокой цене. Однако для вышеупомянутых конструкций цена является второстепенным или даже второстепенным вопросом.

Материал Модуль упругости E [ГПа] Предел прочности на разрыв R м [ГПа]
Углеродные волокна 253 4.5
Арамидные волокна (например, кевлар) 124 3,6
Стекловолокно 86 4.5
Полиэпоксидная матрица 4 0,1
Укрепляем композит углеродными волокнами 145 2.3
Композит, армированный арамидным волокном 80 2.0
Композит, армированный стекловолокном 55 2.0

Использование волокнистых композитов в автомобильной промышленности

Композиты используются в различных областях, таких как: авиация, космическая промышленность, строительство кораблей, яхт, лодок, танков, ветряных устройств и др.Они также появляются в одной из самых важных сфер - автомобилестроении.

Использование композитных материалов в этой отрасли становится все более популярным. Например, в 2004 году в США использование полимеров на транспорте среди материалов составило 8,4%. В Европе этот уровень достигает 10%. Основными преимуществами использования этих материалов в транспортных средствах являются снижение веса и, следовательно, более низкий расход топлива и повышение жесткости конструкции на до 40% по сравнению со стальными конструкциями.

Опциональные карбон-керамические тормоза в Audi R8 V10 стоят 51 490 злотых (фото Мариуша Змысловского)

Одним из первых автомобилей, в которых в основном использовались композитные материалы, был Porsche Carerra GT (производство 2004–2006 гг.). Его шасси изготовлено из композитов углепластика с матрицей из эпоксидной смолы. Другой пример - Bugatti Veyron. Он в основном сделан из углеродных волокон. Композиты также используются в Audi.Например, A8 W12 можно дооснастить керамическими тормозными дисками из карбида кремния (химическое обозначение: SiC), армированного углеродными волокнами. Это позволяет снизить вес до 5 кг при одновременном улучшении свойств тормозной системы (более эффективное торможение, меньшая подверженность нагреву дисков, меньшая износостойкость).

В настоящее время полимерные материалы используются в более чем 1000 автомобильных запчастях. Так называемые макромолекулярные материалы составляют 10-15% веса легкового автомобиля среднего класса .Больше всего полимеров (около 60%) используется для внутренней отделки, а около 30% - для изготовления кузова. Остальное предназначено для крышек силового агрегата и элементов обшивки шасси.

Автомобильная промышленность - это не только автомобили, но и машины, которые их производят . Использование композитов из углеродного волокна в конструкции машин на заводах по производству автомобилей снижает их вес и, таким образом, снимает нагрузку с вращающихся частей, таких как шпиндели.

Монокок из углеродного волокна для McLaren MP4-12C

Использование композитных материалов в автомобильной промышленности ориентировано на будущее и будет все больше и больше распространяться. В настоящее время они также используются в автоспорте для уменьшения веса транспортных средств, а в некоторых случаях также для усиления конструкции. Например, колесных арок адаптированных для дрифта автомобилей изготовлены из композитов, эти материалы также используются в автомобилях F1.Кузова и несущие конструкции автомобилей также в значительной степени выполнены из углеродного волокна. Это улучшает качество конструкции, снижает вес автомобиля, снижает расход топлива и, что немаловажно, снижает выброс вредных веществ (в настоящее время это приоритет при строительстве современных автомобилей).

Опциональные кожух двигателя и кожух двигателя из углеродного волокна в Audi R8 V10 стоит 18 510 злотых (фото Мариуша Змысловского)

Согласно договоренностям Европейского Союза в отношении автомобилей водоизмещением до 3,5 тонн автомобильные компании должны восстановить и переработать 95% из материалов, используемых в производстве автомобилей, к 2015 году.Это еще один аргумент в пользу использования композитных материалов в очень широком диапазоне.

Источник: Oczoś K. E. «Свойства волокнистых композитов, применение, обращение с отходами». Научно-технический ежемесячник «Механик». Нет. 7/2008 • Р. ТЭТИ: Обработка композитных материалов. Анна. CIRP, 51 (2002) • О. ШТАУСС: Kohlenstofffaserversta¨rkte Kunststoffe (CFK). Unschlagbar leicht und stable. Industrie-Anzeiger, 128 (2006) • Новости дизайна в Польше: алюминиевые конструкции будут конкурировать с композитными пластиками.№ 2, 2008 г. • Э. АБЕЛЕ, М. КРЕЙС, М. ВЕЙГОЛЬД: Trendbericht: Stand der Zerspanungstechnik im Leichtbau. Mit Leichtigkeit zu ho¨herer Leistung. Werkstatt u. Betrieb, 140 (2007) 7/8 • Д. БИРКЕТТ: Полимеры в движении. Educ. Chem., 44 (2007) 11 • B. KUTTKAT: Leichtgewichte sind gefragt. Машиненмаркт, 113 (2007)

.

Композитные пломбы - характеристики, достоинства, недостатки

Композитные пломбы - краткое описание

Композитное наполнение - один из видов пломб, набирающий популярность в последние годы. Композитная пломба изготовлена ​​из искусственных материалов. Композитные материалы, которые используются для заполнения полостей в зубах, можно подобрать по цвету в соответствии с цветом зубного ряда, поэтому они выглядят очень естественно.Благодаря возможности выбора цвета композита, этот материал используется при лечении зубов, расположенных как в задней части челюсти, так и в передней части. Композиты - это пломбы так называемого светоотверждаемый. Это значит, что их готовят в специальных тюбиках с консистенцией, похожей на лепку из пластилина или пластилина. Поместив такой материал в дефект пациента, стоматолог облучает зуб специальной полимеризационной лампой, в результате чего композит затвердевает.Ученые постоянно исследуют композитные пломбы, благодаря которым стоматологи теперь могут выбирать из множества типов композитов с различными свойствами. Химически отверждаемые композиты, изготовленные в трубках, также часто используются в стоматологии. В одной пробирке находится жидкость, а в другой - порошок. Содержимое обеих тюбиков смешивается и образовавшаяся масса заполняет полость в зубе. Под воздействием химической реакции между компонентами обоих веществ масса затвердевает и надолго защищает просверленное отверстие в зубе.Однако этот тип композитов используется гораздо реже, поскольку он не дает эстетического вида, столь же удовлетворительного, как композиты светового отверждения. Выбирая композитные пломбы, помните, что они не защищают зубы на всю жизнь. Композиты следует заменять в среднем каждые 5-6 лет, хотя их срок службы оценивается примерно в 10 лет. Эти виды начинок также обесцвечиваются, особенно в случае частого употребления кофе, чая или курения табачных изделий.

Чем цементные наполнители отличаются от других наполнителей? Проверить: Цементные пломбы - чем они отличаются от других зубных пломб?

Композитные пломбы - курс лечения

Процесс удаления кариеса и пломбирования полости состоит из нескольких этапов, которые можно представить следующим образом:

  1. анестезия пациента - в настоящее время в большинстве случаев стоматолог предлагает пациенту возможность обезболивания перед сверлением.Самая распространенная анестезия при лечении кариеса - местная анестезия. Очень редко используется общая анестезия или так называемая анестезия. & ldquo; глупый Джонни ". Анестезия чаще всего вводится путем инъекций. Анестезия начинает действовать через несколько минут после укола. Примерно через два часа после процедуры анестезия перестает действовать, и речевой аппарат возвращается в полную работоспособность;
  2. очистка зуба от кариеса, остатков пищи, слюны - с помощью специальных сверл стоматолог удаляет пораженные кариесом ткани зуба.Также он избавляется от остатков пищи и слюны. Этот этап является ключевым в лечении зубов. Если удаление кариеса произведено неаккуратно, велика вероятность рецидива кариозного поражения, что может иметь гораздо более тяжелые и трудно поддающиеся лечению последствия;
  3. нанесение тонального крема - на этом этапе стоматолог кладет на дно глубокой полости материал, задача которого - изолировать пульпу зуба от композитной пломбы. Если стоматолог не установит прокладку, это может привести к давлению пломбы на пульпу, что очень неудобно для пациента.В случае небольших и средних полостей наносить грунтовку не требуется;
  4. установка пломбы - на этом этапе стоматолог накладывает на пациента композитную пломбу. Сначала на зуб наносится ортофосфорная кислота - специальный синий гель, который выдавливается из шприца. Этот гель подготавливает поверхность зуба к сцеплению с композитом. Затем дантист смывает гель с зуба. Если гель попадет на язык пациента, последствий нет.Пациент почувствует только горьковато-кислый вкус препарата. Дантист сушит полость с помощью воздуходувки и смазывает ее специальной жидкостью, которая называется связкой. Эта жидкость подвергается воздействию лампы для полимеризации, которая затвердевает. Затем стоматолог накладывает соответствующую пломбу, обычно в несколько слоев. Каждый слой выставляется отдельно, чтобы он должным образом затвердел;
  5. согласование пломбы с прикусом пациента - в самом конце стоматолог оценивает, не слишком ли высока композитная пломба, не выступает ли она над стержнем зуба, и подстраивает ее под прикус пациента.

Как предотвратить кариес? Читайте: Разрушение зуба и его профилактика

Композитные пломбы - преимущества

Композитные пломбы используются очень часто, потому что они имеют множество преимуществ, указанных стоматологами. К наиболее часто упоминаемым преимуществам относятся:

  1. высокая герметичность композитов - композиты очень плотно прилегают к зубам, что значительно снижает риск попадания остатков пищи в герметичные полости;
  2. высокая стойкость - композиты очень прочные и устойчивы к повреждениям.Однако следует помнить, что они хорошо работают в небольших полостях;
  3. высокая эстетичность композитов - соответствие композитов цвету зубных рядов является одним из наиболее часто упоминаемых преимуществ. После процедуры зубы выглядят естественно, а пломбы практически не видны.
  4. композиты - очень безопасные материалы;
  5. при формировании пломбы стоматолог сохраняет значительную часть здоровой ткани зуба - существенным преимуществом композитов является отсутствие необходимости удалять большую часть зуба под нанесенный материал.
  6. умеренная стоимость - композиты не самые дешевые пломбы, но и не самые дорогие материалы.

Какие пломбы используются в современной стоматологии? Проверка: печать

Композитные пломбы - недостатки

Несмотря на многочисленные достоинства, у композитных пломб есть и недостатки. К наиболее часто указываемым недостаткам композитных пломб можно отнести:

  1. восприимчивость к красителям и обесцвечиванию - хотя композиты соответствуют цвету их собственных зубов, они подвержены изменению этого цвета.Композиты меняют цвет в результате частого употребления кофе или чая, а также после курения табачных изделий;
  2. долговечность композитов - композитные пломбы, к сожалению, не очень прочны. Следует помнить, что композитные уплотнители следует заменять в среднем каждые 5-6 лет. Их стойкость должна составлять до 10 лет, но откладывать до последнего момента лучше не стоит;
  3. они плохо работают в больших полостях - в случае действительно обширных полостей композиты - не лучший выбор.Если полость действительно велика, композитное уплотнение может сломаться, особенно при употреблении твердой пищи, такой как орехи или сухари.

Кто должен особенно заботиться о зубах, чтобы избежать кариеса? Взгляните: кариес - кто особенно подвержен риску?

Композитные пломбы - цена

Цены на композитные пломбы сильно различаются. Стоимость лечения зависит от глубины и степени дефекта, используемой подложки и применяемой анестезии.В случае незначительных потерь цены колеблются от 80 до 150 злотых. За композитную пломбу среднего размера придется заплатить около 90-200 злотых. С другой стороны, заполнение больших полостей композитом может стоить от 100 до 350 злотых.

Композитные пломбы и бондинг

Композитные пломбы также используются в т.н. склеивание. Бондинг - это метод реконструкции поверхности зубов, в котором используются композитные смолы и явление адгезии.Форму коронки зуба обычно определяют за одно посещение стоматологического кабинета. Показанием к склеиванию являются, например, сколы, сколы или сломанные зубы. Особенно это касается тех зубов, которые больше всего подвержены повреждению или истиранию, то есть верхних медиальных резцов. Если у пациента есть фрагмент сломанного зуба, стоматолог может приклеить его к коронке зуба. При отсутствии этого фрагмента стоматолог наращивает сломанный зуб из композитного материала.Бондинг позволяет выровнять линию зубов, сгладить их поверхность и уменьшить изменение цвета. Эта процедура значительно улучшает эстетику улыбки пациента. Процедура бондинга начинается с аккуратного матирования зуба дрелью или абразивным диском. Затем стоматолог протравливает эмаль кислотой. На подготовленный зуб наносится композитная смола, которую врач освещает полимеризационной лампой. Если требуется дальнейшая реставрация, стоматолог наложит еще один слой композитного материала того же цвета, что и зубы.

Хотите узнать больше о бондинге и реставрации зубов? Обязательно прочтите: Реконструкция зуба - композит, лечение корневых каналов, стекловолокно

Контент medonet.pl предназначен для улучшения, а не замены контактов между пользователем веб-сайта и его врачом. Сайт предназначен только для информационных и образовательных целей. Прежде чем следовать специальным знаниям, в частности медицинским советам, содержащимся на нашем веб-сайте, вы должны проконсультироваться с врачом.Администратор не несет никаких последствий, возникших в результате использования информации, содержащейся на Сайте.

  • Поляки рассказали, как заботятся о своем здоровье. 400 тысяч человек заполнили анкету Medonet

    Национальный тест здоровья поляков - (по имеющимся данным) крупнейшее исследование, посвященное проблемам здоровья, в польском Интернете.Более 400 ...

  • Спальная подушка - виды, наполнение подушек.Как выбрать подушку для сна и когда ее заменить?

    Планируя спальню, в которой мы сможем комфортно спать и отдыхать, мы уделяем самое большое внимание выбору правильного матраса. Между тем многое зависит ...

    Ивона Шадковска
  • Цементные пломбы - чем они отличаются от других зубных пломб?

    Стоматологический цемент - один из основных материалов, выполняющих функцию заполнения полостей в зубах.В настоящее время цементы чаще всего используются в качестве ...

    Марлена Костынская
  • Композитные виниры

    Виниры - это тип накладок на зубы, которые помогают решить возможные проблемы, связанные с недостатками окклюзии.Когда есть проблема с обесцвечиванием, ...

  • Проверьте свое здоровье.Пройти тест

    Оцените свои знания о женских недугах. Узнайте, какие из них наиболее распространены, и воспользуйтесь нашими профилактическими советами.

  • Проверьте свою сексуальную жизнь.Пройди тест.

    Сексологи подчеркивают, что успешная сексуальная жизнь в отношениях - это очень ценный опыт, который цементирует их и не позволяет скучать и стереотипам закрасться. А как ...

  • Заполнение полостей - характеристики, виды, цены

    Заполнение полостей - одно из основных направлений деятельности стоматолога в своем стоматологическом кабинете.Кариесы чаще всего являются следствием необработанного ...

    Моника Василонек
  • Что спрятано в наших зубах - пломбы из амальгамы

    Амальгамные пломбы, также называемые зубными амальгамами или серебряными пломбами, представляют собой сплав, состоящий в основном из серебра и ртути, а также олова и...

  • Амальгамы - для чего они нужны и когда их использовать

    Амальгамы - это название группы металлических сплавов, основным ингредиентом которых является ртуть.Они образуются при растворении других металлов в ртути.

  • Тюлень

    Зубная пломба - это материал, заполняющий ткань зуба, постоянное пломбирование полости, образовавшейся в зубе в результате кариеса и его стоматологического лечения.Вт ...

.

Что такое композит? - Вдохновения и советы

Перейти к следующим абзацам:

Что такое композит?

Хотя композит ассоциируется с современностью, самые старые материалы этого типа были созданы много веков назад. Одним из самых известных представителей является знаменитый китайский лак, из которого изготавливали мебель и посуду - он был известен уже пятьсот лет до нашей эры!

Другой не менее популярный композит, который вы найдете на страницах истории, - это дамасская сталь, из которой были сделаны лучшие средневековые образцы холодного оружия.Что связывает бумажно-полимерный материал с металлическим сплавом? Что такое композитные материалы?

Характеристики композита основаны на предположении, что это смесь двух или более компонентов - отсюда и его название. Структура такой комбинации неоднородна, а это значит, что обычно (но не всегда) ингредиенты можно распознать невооруженным глазом.

Идея композитного материала состоит в том, чтобы суммировать лучшие характеристики компонентов. Удачный композит - это комбинация, которая характеризуется лучшими параметрами, чем каждое из исходных веществ в отдельности.

Композит - одно из важнейших достижений материаловедения. Бесценным преимуществом этой группы материалов является сочетание свойств, которых нет в натуральном сырье. В первую очередь речь идет об очень высокой прочности, которая идет рука об руку с малым весом и оптимизированной плотностью. Натуральные материалы обычно сочетают в себе прочность и значительный вес, тогда как легкость и низкая плотность являются характеристиками хрупкого или легко биоразлагаемого сырья.

Составная конструкция

Согласно предположениям, которые следуют из основного определения, композит - это искусственный материал, который содержит как минимум два компонента с разными физико-химическими свойствами .

Структура композита неоднородна - на поперечном срезе видны слои, которые профессиональные инженеры называют фазами. Важной особенностью структуры композиционного материала является равномерное распределение всех составляющих веществ по всему объему.

Простейший композит - это материал, состоящий из двух фаз. Более глубокий заглубленный слой, как правило, служит арматурой и отличается высокими прочностными характеристиками по массе. Внешняя фаза играет роль матрицы , поэтому к ее наиболее распространенным преимуществам относятся устойчивость к погодным условиям и незначительным механическим повреждениям, таким как царапины, вмятины или истирание. Самыми популярными видами матриц являются полимерные, керамические и металлические материалы.

Среди специалистов в области материаловедения бытует мнение, что все типы веществ можно комбинировать друг с другом. Можно не только создавать смесь материалов одной категории, но, прежде всего, скрещивать разные компоненты. Композит может быть изготовлен, среди прочего, из материалов органического происхождения (дерево, стекло, полимеры), металлов или керамики.

Создать простой композит настолько легко, что многие из этих задач можно поручить правильно запрограммированному компьютеру.Однако материалы, на которые мы возлагаем самые высокие ожидания, часто требуют целой команды инженеров, которые долго думают над лучшим решением и тестируют перспективные концепции. Чтобы композит хорошо выполнял свои функции, входящие в него материалы должны соответствовать нескольким условиям.

Прежде всего, компоненты должны быть физико-химически совместимыми, а значит, и совместимыми. Также важно, чтобы их синергия основывалась на ключевых преимуществах отдельных фаз.Это означает, что материалы не должны терять своих положительных свойств в результате соединения с другими.

Самая сложная проблема для инженеров, проектирующих композиты, - это создать соединение, которое позволит максимально использовать параметры компонентов.

Свойства композитов

Преобразование определенных параметров чрезвычайно затруднено из-за разнообразия составляющих веществ, из которых сделаны целевые композитные материалы.Характеристики этих материалов как группы сводятся к выявлению наиболее важных правил.

Свойства композитов должны быть, по крайней мере, суммой свойств составляющих материалов. Этот принцип записан инженерами в виде уравнения, которое в некотором смысле противоречит известным правилам математики: A + B = K - или 2 + 2 = 6 [2].

Это означает, что композит не только суммирует свойства компонентов, но и, в лучшем случае, приобретает совершенно новые благоприятные параметры, которых нет ни в одной из фаз по отдельности.

Какими характеристиками должен обладать композит, обычно зависит от предполагаемого использования. Универсальным преимуществом является долговечность конструкции, а также устойчивость поверхностной фазы к механическим повреждениям, например царапинам, истиранию или вмятинам. Некоторые смеси способны выдерживать огромные нагрузки, другие выдерживают влагу или высокие температуры. Широкий спектр применения композиционных материалов требует разнообразия их свойств.

Виды композитов

Бесчисленное количество композитных материалов делятся в первую очередь по типу армирования и матрицы, но после такой обильной дозы специальных знаний пора приступить к делу - узнать о самых популярных типах композитов! В этом отрывке из статьи мы более подробно рассмотрим материалы, с которыми вы можете сталкиваться ежедневно, особенно в своем собственном доме.Потом обсудим их применение.

К наиболее популярным композитным материалам относятся:

  • фанера,
  • плита OSB,
  • плита МДФ,
  • ламинат,
  • Композитная плита
  • ,
  • минеральный ламинат,
  • бетон,
  • Стеклокерамический материал.

Виды композитов

Композиты на древесной основе составляют самую большую группу вышеперечисленных материалов - использование этого вида материалов наиболее распространено при строительстве и обустройстве жилых домов. Бетон также очень популярен из-за своей универсальности. В свою очередь, уникальные свойства стекла как компонента композиционных материалов позволяют использовать этот вид смесей для специальных задач.

Композиты - используйте дома

Какие композитные материалы стоит использовать? Мы собрали для вас небольшую информацию о наиболее важных свойствах вышеупомянутых материалов и их основных применениях в быту.

Фанера, OSB и МДФ - мебель и др.

Это наиболее часто используемые древесные материалы. Фанера, или фанера, представляет собой материал, полученный путем склеивания слоев древесины сосны, ольхи или березы. Главное достоинство фанеры в том, что ее легко моделировать при высоких температурах, поэтому из нее можно делать мебель интересной геометрии.

Немного шире применение плит OSB и MDF. Первый из них отличается прочностью и может быть использован для строительных работ - подробнее читайте в статье Плиты OSB - виды и применение. С другой стороны, МДФ имеет множество форм, поэтому его чаще всего используют для оформления интерьеров. Если вы ищете интересное и современное вдохновение, обратите внимание на 3D-панели МДФ.

Панели перекрытия - функциональная классика

Панели отличаются не только разнообразием эстетики. Этот многослойный материал также впечатляет своими прочностными характеристиками. Почему выбирают ламинатные панели? Хотя они выглядят как необработанное дерево, на самом деле они созданы на основе комбинации нескольких композитов.

Сердцевина панели обычно состоит из МДФ или ХДФ (повышенной твердости) на сплаве целлюлозно-смолистой основе. Поверхность защищена минеральным ламинатом, устойчивым к механическим повреждениям.

Композитная доска - терраса и сад

Это современное решение, которое чаще всего используется при обустройстве садов и террас. Материал из дерева и полимера отличается устойчивостью к влаге и биоразложению. - не требует пропитки и прост в уходе.Узнайте, почему стоит выбрать композитную террасную доску и выберите идеальную модель.

Минеральный ламинат - современные раковины

Мы уже упоминали этот тип композитов в контексте панелей, но у минеральных ламинатов есть много других применений. Этот тип подключения устойчив к влаге и разного рода механическим повреждениям, поэтому отлично подходит для использования на кухне. Иногда из минерального ламината делают столешницы, но обычно из него делают гранитные раковины.

Комбинация прочного минерала с эпоксидной смолой отличается не только отличными прочностными характеристиками, но и выдающимися эстетическими качествами. Мойка с отделкой под камень - идеальное дополнение к любому оформлению - как классическому, так и современному.

Мойка ising из композитного материала, 1 чаша, с крылом для сушки, черный
Мойка из композитного материала, 1 чаша, с крылом для сушки белого цвета

Бетон - универсальный строительный материал

Бетон - это материал, состоящий в основном из заполнителя и цемента.Этот «искусственный камень» был известен еще в древности. Композит можно дополнительно армировать стальной арматурой - такой тип конструкции называется железобетонной или сокращенно железобетонной. Это универсальный строительный материал, который в основном используется для строительных работ.

Стеклокерамика - индукционные плиты

Стеклокерамический композит - это материал, чрезвычайно устойчивый к нагреванию и тепловым ударам, поэтому он идеально подходит для производства индукционных плит. Быстрый нагрев поверхности не приведет к растрескиванию материала. В свою очередь, добавка минералов увеличивает устойчивость к механическим повреждениям, связанным с весом сосудов.

.

Физические основы материаловедения 9000 1 Физические основы материаловедения

Физические основы материаловедения

Введение

Содержание
1. В чем важность материаловедения?
Материалы - это основной материал, с которым приходится иметь дело инженерам любой специальности, в том числе тем, кто участвует в производстве материалов, их исследованиях и строительстве. и пользуйся. Никакой технический прогресс невозможен без постоянного улучшения материалов и создания новых.Мона без преувеличение, чтобы сказать, что материалы всегда были "узким местом" технического и цивилизационного развития, и наиболее развитые страны мира также являются лидерами в разработке и производстве и использование новых материалов. Поэтому очень важно каждый инженер имеет базовые знания о том, что в настоящее время доступно материалов и понимать их поведение в рабочих условиях, так как это позволяет рационально выбирать и применять материалы.
2. Какие основные типы используемых материалов? в технологии?
К основным материалам относятся металлы и их сплавы, керамика, пластмассы и композиты краски, лаки, эмали и клеи.
3. Дайте краткое описание металлов и сплавов
Металлы - самый важный материал, потому что они являются основным строительный материал машин, конструкций и транспортных средств. В них много силы и нежности, а некоторым из них тоже очень много высокая температура плавления. Используются чистые металлы редко, а чаще всего используются их сплавы, из которых они постоянно, т. е. Наиболее популярны сплавы на основе железа. Ноги металлы обладают лучшими прочностными свойствами, а также присадки к сплавам и термообработка, им можно придать требуемые свойства (например,термостойкие, нержавеющие, магнитные и др.). К другим металлам относятся: медь, алюминий, титан, магний, олово, цинк, овца, которые нашли наибольшее применение как в чистом виде и в сплавах. Металлы можно разделить на разные металлы группы в зависимости от их свойств, например, легкие или тяжелые, легкие, средне- или тугоплавкие, неблагородные, благородные или драгоценный и т. д.
4. Дайте краткую характеристику керамических материалов
Керамику производят из мелких минеральных зерен путем формования и обжига при высоких температурах, а в последнее время - путем варки и распыления.Керамические материалы можно разделить на разные группы, такие как фарфор, порелит, фаянс, керамогранит, огнеупор, электроизоляция, строительная керамика (кирпич, плитка, плитка, клинкер, декоративная и сантехническая керамика), пористые и сосудистые изделия, а также тиски (цемент и гипс). Он классифицируется как керамика. школа тоже. В последнее время все большее значение приобретает возьмем новые материалы, называемые керметами (это металлокерамический спек), которые используются, например, для изготовления инструментов и лопастей турбины.
5.Дайте краткое описание
полимеров. Полимеры - это материалы, которые возникают в результате комбинации очень много одинаковых или разных простых молекул, состоящих в основном из атомов углерода и водорода, но, возможно, из атомов хлора, кремния, фтора и серы. Полимеры называются также с пластиками или пластиками. Полимеры делятся для термопластов, реактопластов и эластомеров. Микн термопласты после перегревается и легко деформируется, в процессе полимеризации термореактивные материалы необратимо затвердевают и становятся хрупкими и они не могут быть отформованы в таком состоянии, а эластомеры показывают емкость после большой деформации при комнатной температуре до моментальный возврат к первоначальному виду (это каучуки: натуральный и синтетический).

Полимеры не обладают очень высокой механической прочностью. и термические, но они в целом устойчивы к погодным условиям и химические, обладают хорошими изоляционными свойствами и легко применяются сформированный. Эти свойства заставили полимеры найти большие применение в технике и для производства товаров повседневного спроса использовать.

6. Что такое агломераты?
Агломераты - это изделия или готовые изделия, полученные методами порошковой металлургии, т.е. прессованием и спеканием. Основное преимущество порошковой металлургии в том, что она позволяет агломераты невозможно получить другими способами, напримерпсевдо-ноги (Контакты W-Cu), металлы графит-металл или алмаз-металл, металлокерамика, а также пористые материалы (например, подшипники скольжения, фильтры) и другие.
7. Что такое композиты?
Композиты - это материалы, состоящие из двух или более фазы со свойствами, недостижимыми ни в одном другом материале. Вниз самые известные композиты включают железо - бетон, асбест, армированное стекло с металлической сеткой, спеченные карбиды, металлокерамика и другие. Разделяем композиты на части усиленные (дисперсия) и зубчики (беспозвоночные).Они, в свою очередь, делятся на усиленные неразъемными и неразъемными швами. При составлении композитов возможны различные комбинации. Например, металлическая, полимерная, керамическая матрица, и частицы или волокна могут быть металлическими, интерметаллическими, керамическими, углеродными (графитовыми), полимерными или сложной структуры (например, барсучий борсик). Композиты позволяют получать легкие, прочные и гибкие конструкции. Они также представляют собой стойкие материалы (например, лопатки газовых турбин) и инструменты (например, карбиды спеченный).
8. Что мы подразумеваем под структурой материи?
Строение материалов можно рассматривать в различных аспектах. С одной стороны, мы называем структуры так, как устроены атомы. или частицы, например аморфные (аморфные) или кристаллические, с учетом дефектов, с другой - взаимное расположение и дисперсия различных зерен (кристалл). В первом случае это о кристаллической структуре, которую можно проанализировать дифракционными методами с использованием рентгеновских лучей, электронов и нейтронов, в последних имеется широкий диапазон методы исследования, начиная с наблюдения "невооруженным глазом" (макроструктура), а при больших увеличениях с помощью оптического (микроструктура) или электронного микроскопа (субмикроструктура).

Металлы обычно имеют кристаллическую структуру, некоторые сплавы могут быть получены в аморфной форме (металлическое стекло). Хотя многие керамические материалы имеют кристаллическую структуру, межатомные связи неметаллические, что означает, что они очень хрупкие (например, Al 2 O 3 , SiO 2 ). Многие керамики и полимеры имеют аморфную структуру. Их свойства отличаются от свойств кристаллических материалов. Поликристаллическая (зернистая) структура типична для большинства металлов, многих керамических материалов и некоторых полимеров.Зерна могут различная кристаллографическая ориентация, размер и форма, что существенно влияет на свойства материала. Структура может быть однофазной или, чаще, многофазной. Свойства будут зависеть не только от процентной доли отдельных фаз, но также от степени их дисперсности и формы зерен.

9. Какие методы производства металлических материалов?
Методы производства металлических материалов очень разные. они различаются в зависимости от типа материала, но всегда оказывают значительное влияние на структуру, а значит, и на свойства.Большинство металлов получают путем литья в формы. Формы они могут придать металлу окончательную форму или они могут сформировать его так называемый слиток, предназначенный для горячей обработки пластмасс или холодно.

Структура и, следовательно, свойства в значительной степени зависят от метода формования и обычно более благоприятны после пластической обработки. не после литья.

Некоторое влияние оказывает также метод обработки пластика, который это может быть ковка, прессование, вытяжка, выдавливание, прокатка. Еще один способ получения металлов - порошковая металлургия. (т.п. прессование и спекание), имеющий множество преимуществ, а именно позволяет получать готовые элементы, крупногабаритные химическая и структурная однородность и не имеет себе равных для производства тугоплавких металлов (Pt, W, Mo). Методы гальваники и напыления, которые используются в основном для формирования поверхностных слоев, менее полезны.

10. Как образуются полимеры?
Существует множество способов придания полимерам формы. Большинство из них может быть сформирован под действием силы тяжести, литья под давлением или литья под давлением центробежный.Иногда применяется спекание. Помимо этого материала искусственные формуются прессованием, каландрованием (прокатка), токарная обработка и экструзия. Пластмассы широко используются для производства антикоррозионных покрытий, например, методом распыления или псевдоожиженного слоя.
11. Как формируется керамика?
В основном существует два метода формовки керамических материалов: заливка шликером (этот метод используется, например, в в случае производства фарфора) или прессование, когда исходный материал - пластик (например, при производстве кирпичей).Кроме того, используются экструзия и изостатическое прессование. и спекание под давлением. В случае стекла стекла дополнительно прокатываются, выдуваются, растягиваются, открываются и разливаются.
12. Как изготавливаются композиты?
Композиты изготавливаются методом литья, заливки, пропитки, прессования и спекания, а также взрывным соединением. Отверждение частиц обычно производят применяемыми методами. в порошковой металлургии - прессованием и спеканием.Однако для производства ребристых композитов прибл. гамма методов, адаптированных к специфике материалов, из которых они сделаны изготовлено.
13. Какая связь между методом изготовления и структурой? а свойства материалов?
Эти отношения очень важны. Например, в металлах Свойства продукта значительно улучшаются после обработки пластика. не после литья. Отливки крупнозернистые, сегрегация (дифференциация химического состава), наличие пузырьков газа и сократительных полостей, что снижает как прочность и пластичность.Холоднодеформированные металлы они обладают большей прочностью и меньшей пластичностью, чем горячая деформация. Есть общее правило, что чем он больше мелкозернистый и однородный материал, более выгодный р его собственный. Многофазные материалы обычно имеют более высокую прочность, чем однофазные. Металлическое стекло имеет очень высокую прочность, но мало склонно. В случае полимеров также существует четкая взаимосвязь между структурой и свойством: термопласты имеют цепную структуру. а структура термореактивных материалов является результатом пространственной сшивки линейные молекулы смолы.
14. Каковы внешние влияющие факторы? на собственность материала?
Факторы, влияющие на свойства материала, включают:
  1. метод нагружения (статический, динамический, переменный, с точки зрения упругости или пластической деформации),
  2. температура (с повышением температуры свойства снижаются прочность, но пластичность увеличивается, при понижении увеличивается склонны к хрупкому разрушению),
  3. атмосфера (обычно кислородсодержащая атмосфера разрушительна для металлов и полимеров; некоторые металлы имеют тенденцию к абсорбция газа, из-за чего они становятся хрупкими),
  4. коррозия (металлы могут вызывать коррозию газа при высоких температуры в атмосфере, содержащей кислород и серу; они также могут разъедать в солевых и кислотных растворах.Операция стресса может ускорить этот процесс. Кроме того, керамика подвержена коррозии при контакте с другой керамикой в ​​таком состоянии. жидкость, например улей),
  5. радиационное повреждение (материал, подвергшийся воздействию частицы высоких энергий (например, нейтроны в реакторах) погибают разрушение проявляется снижением выносливости и увеличением хрупкость, вздутие и растрескивание).
.

Пластмассы, армированные волокном | PortalNarzedzi.pl

Композит - это материал, полученный путем объединения двух или более материалов, один из которых является связующим, а другой выполняет армирующую роль и представлен в гранулированной, волокнистой или слоистой форме. Результатом является комбинация свойств (особенно механических), невозможная при использовании одного исходного материала.

Суть армирования волокном
Огромным преимуществом армированных волокном композитов является то, что пользователь может разработать материал, соответствующий его потребностям, благодаря использованию соответствующих волокон в исходном материале.По этой причине композиты нашли широкое применение в современной технике, и ожидается их дальнейшее динамичное развитие.

У каждого типа волокна есть свои преимущества и недостатки. Например, углеродные волокна обладают прочностью на разрыв и легкими, тогда как арамидные волокна легкие, но имеют относительно меньшую прочность на сжатие, стеклянные волокна имеют хорошие прочностные свойства, но больший вес, чем другие. При выборе волокон также следует учитывать их химические, электрические, диэлектрические свойства и цену.

Композиты состоят из матрицы и расположенного в ней второго компонента с гораздо более высокими прочностными характеристиками, называемого армированием. Композиты представляют собой комбинацию двух или более отдельных, не растворяющихся фаз, каждая из которых соответствует разному основному составляющему материалу. В том числе используются композитные материалы. в электромеханической, авиационной, судостроительной отраслях и т. д.

Матрица композита очень часто представляет собой полимер, но также может быть и металлом (например,титан, алюминий, медь) или керамика (например, оксид алюминия). Упомянутые материалы значительно различаются по свойствам, таким как предел прочности на разрыв, жесткость, вязкость разрушения, температура использования и, прежде всего, они имеют разный удельный вес. Наиболее распространенными матрицами являются полимеры из-за их небольшого удельного веса и простоты формования. Здесь используются все легко пластифицируемые термопласты и реактопласты вместе с эластомерами и суспензиями. В случае термопластов в основном используются полипропилен (PP) и полиамид (PA), помимо поликарбоната (PC), полистирола (PS) и полиэтилена (PE).Из-за очень хороших механических и электрических свойств и очень благоприятных сшивающих свойств в случае термореактивных пластиков используются, в частности, эпоксидные (EP) смолы, а также полиэфирные, силиконовые или винилэфирные смолы. Однако, независимо от материала, матрица выполняет следующие функции в композите: она прилипает к арматуре, обеспечивает передачу напряжений на волокна, определяет химические и термические свойства композита, придает изделиям желаемую форму и хорошо связывается с арматурой.Поскольку некоторые волокна очень дороги, иногда используется комбинация двух или более типов волокон в одной композиции, что позволяет получить очень хорошие свойства.

Армирование может быть в виде порошка или волокон. Его добавляют в композит в больших количествах. Обычно он действует только физически на матрицу. Армирование улучшает прочность, жесткость и твердость композитов и часто снижает стоимость исходного материала (особенно это касается порошковых наполнителей).Кроме того, в зависимости от структуры композита также могут быть улучшены другие свойства, например, тепловая и электрическая проводимость, термостойкость и сопротивление истиранию. Армирующий эффект волокон и механические свойства композита определяются, с одной стороны, длиной, диаметром и химической структурой волокон, а с другой стороны, их количеством и положением.

Композиты можно классифицировать по типу и форме упрочняющей фазы (композитное армирование) и типу матрицы. По происхождению композита мы можем различать искусственные (искусственные) композиты и природные композиты, напримердревесина. Что касается армирования, мы можем различать волокнистые композиты, порошковые и пористые твердые тела или пены. Армированные волокном композиты можно разделить на непрерывные и короткие (разрезанные) волокна, и, в зависимости от направления расположения волокон, они могут быть армированы параллельными или непараллельными волокнами, матами, тканями, плетениями и т. Д. Отдельный тип композитов представляет собой ламинат, то есть слоистый композит, армированный слоями бумаги, дерева, тканей, а матрица изготовлена ​​из синтетической смолы.Также используются ламинаты типа

«соты» или сэндвич-композиты с металлической матрицей. Композиты можно классифицировать по типу волокнистого материала (металл, керамика, углерод, полимер) или матрицы (металл, керамика, углерод, пластмассы).

В зависимости от формы армирования мы получаем порошковые или волокнистые композиты. Волокна могут быть непрерывными, однонаправленными или однонаправленными, а также иметь произвольное распределение.Свойства композита будут зависеть от типа арматуры, ее формы и расположения. Композиты, армированные порошками или случайно распределенными рублеными волокнами, обладают одинаковыми свойствами во всех направлениях. С другой стороны, композиты, армированные непрерывным волокном или ориентированным рубленым волокном, имеют более высокие прочностные свойства вдоль волокон, чем в поперечном направлении.

Пластмассы, армированные стекловолокном
Пластмассы, армированные стекловолокном, в основном состоят из полиэфирных или эпоксидных, дуропластических смол и стекловолокна.Одинарные стекловолокна (более тонкие) трудно использовать, поэтому их используют в виде прядей, а также тканых, матов или нетканых материалов. При производстве лепных украшений пластик становится текучим, а затем затвердевает.
Свойства пластиков, армированных стекловолокном, зависят от используемой смолы и типа стекловолокна, их содержания в общем объеме и распределения. Прочность увеличивается с увеличением содержания волокон и их ориентации в одном направлении.

Пластмассы, армированные углеродным волокном
Детали из пластика, армированные углеродным волокном, состоят из волокон высокой твердости и температурной стабильности, определяющих вязкость, на основе углерода (армирующих компонентов), встроенных в жесткий, устойчивый к низким температурам основной материал. Таким образом, различные углеродные волокна можно комбинировать с различными возможными исходными полимерными материалами.Таким образом получается большое количество комбинаций материалов, некоторые из которых имеют значительно разные свойства. Эти материалы обычно называют пластиками, армированными углеродным волокном. Чтобы максимально эффективно использовать выгодный профиль свойств, углеродные волокна используются в виде непрерывных волокон с объемным содержанием 50-65%.

Пластмассы, армированные углеродным волокном, в основном используются в авиации (например, вертикальные элементы оперения, ребра жесткости, тормозные диски) или в машиностроении, где стремятся уменьшить инерцию массы или хорошее демпфирование (детали машин с высокой динамикой).Еще одна область применения этих материалов - производство товаров для спорта и отдыха.

Детали, формованные литьем под давлением, армированные длинными волокнами
В последнее время были предприняты многочисленные попытки заменить технологию армирования стеклянными матами путем армирования длинноволокнистыми термопластами непосредственно в процессе обработки путем впрыскивания длинноволокнистых материалов. армированные пластмассы или путем прямого смешивания. По сравнению с классическим процессом армирования стекломата, инъекция шнеков гранул, армированных длинными волокнами, намного проще, поскольку исключает резку, укладку и нагревание матов.Пластмассы, армированные длинными волокнами, обрабатываются методом литья под давлением для производства компонентов с улучшенными механическими свойствами. Это возможно благодаря разработке специальных шнеков с подходящей геометрией (не разрушающих волокна), соответствующих обратных клапанов, а также горячих форсунок и систем. Развитие метода прямого смешения на термопластавтоматах продиктовано, прежде всего, экономическими соображениями. Основная цель этой технологии - дополнить (или заменить) процесс литья под давлением пластиков, армированных длинными волокнами.В настоящее время этот процесс приобретает все большее значение, поскольку дает переработчикам возможность выработать индивидуальные формы сотрудничества с клиентом. Производство может более гибко реагировать на изменения, используя технологию инъекционного смешения.

В процессе прямого смешивания полимерные носители и армирующие волокна (например, рубленое стекловолокно) подают непосредственно в машину для литья под давлением, где происходит смешивание и композитный материал подается в полость формы.Это позволяет переработчикам регулировать состав смеси (например, процентное содержание волокон и длину) в точном соответствии с конкретными техническими требованиями к конкретному продукту. Таким образом, очень длинные волокна могут значительно улучшить характеристики конечного продукта.

Метод прямого микширования значительно расширяет возможности процессоров. Иногда, однако, оказывается, что одного армирования длинными волокнами недостаточно, особенно в случае сильно нагруженных компонентов.В этом случае следует дополнительно укрепить наиболее напряженные участки, введя армирующую ткань. Техника изготовления, переноски и размещения таких вставок в пресс-форме постоянно совершенствуется. Решающим преимуществом этого одностадийного процесса является значительное снижение термического снятия напряжения обрабатываемого материала. Во многих случаях это единственный метод обработки термочувствительных материалов и компонентов. Современные строительные материалы должны быть прочными и долговечными, а также обеспечивать максимальную свободу в дизайне.Пластмассы, армированные волокном, являются хорошим ответом на эти вызовы.

Экологические аспекты использования армированных волокном пластиков

Одной из значительных проблем, связанных с охраной окружающей среды, является сбор и сортировка твердых пластиковых отходов, которые в большинстве случаев не разлагаются в короткие сроки. промежуток времени. Пластиковые отходы также являются обременительными из-за того, что они занимают большой объем с относительно небольшой массовой долей в общем балансе отходов.Защита окружающей среды от пластиковых отходов заключается, среди прочего, в по совершенствованию процессов их ликвидации. Полимер или материал должны быть пригодными для вторичной переработки или саморазлагаемыми, а в худшем случае их можно удалить с минимальными затратами. Поэтому в последние годы внимание уделяется экологически чистым, разлагаемым и биоразлагаемым натуральным полимерам и их смесям, которые являются альтернативой пластмассам.

Биодеградация - это процесс разрушения материала, вызванный действием ферментов и / или живых организмов, среди которых наиболее важную роль играют микроорганизмы (грибы, плесень и бактерии) из-за их распространенности, скорости размножения и разнообразия видов. разновидность.Это сложный и многоступенчатый процесс, который начинается с измельчения полимерного материала и ослабления его когезионной способности. Биоразложение связано с разрушением полимерной цепи, то есть уменьшением молекулярной массы. Разрыв химических связей в цепи происходит из-за атаки ферментов по механизму окисления или гидролиза. На второй стадии процесса происходит минерализация, которая превращает полимер в биомассу, минералы, соли, воду и такие газы, как диоксид углерода, метан и азот.Существует ряд факторов, которые делают растительные волокна экологической альтернативой стекловолокну и синтетическим волокнам при производстве армированных пластиков - их легкая доступность и возможность возобновления, низкая цена, низкая плотность и относительно хорошие механические свойства. Механические свойства доказывают, что растительные волокна (особенно лен, джут, конопля, сизаль) могут конкурировать со стекловолокном с точки зрения прочности и модуля с точки зрения плотности. Большинство натуральных волокон имеют пористую структуру, что может способствовать их насыщению смолами.Эта пористая структура также является причиной повышенного водопоглощения

5.

Натуральные волокна разлагаются УФ-излучением, кислотами и щелочами. Поэтому пластмассы, армированные натуральными волокнами, можно обрабатывать такими методами, как: 1- и 2-шнековая экструзия, каландрирование, смешивание и прессование, нанесение покрытия, литье под давлением, ручное ламинирование, раствор с пониженным и избыточным давлением.
Одним из наиболее простых способов получения такого материала является метод ручного ламинирования, который выполняется путем наложения армирующих матов или тканей на простую одностороннюю форму и пропитывания их композицией смолы, напримеркистью. Это дешевый и простой метод, потому что готовый продукт создается без использования высоких температур и давления. Напротив, в процессе жидкостной экструзии жидкие смолы вдавливаются в замкнутое пространство, заполненное сухим усилителем. После заполнения смолой ламинат отверждается до получения твердого материала с оптимальными свойствами.
На протяжении многих лет термопластичные композиционные материалы (в основном полиэтилен и полипропилен), наполненные органическими материалами, напримердревесная мука или лигнин-целлюлозные волокна. Однако чаще всего натуральные волокна используются для усиления термореактивных полимеров из полиэфирных, эпоксидных, фенольных и меламино-фенольных смол. Таким материалом является, например, композит, выпускаемый с 1974 года, из которого впервые были изготовлены трубы с намоткой из сизаля и эпоксидной смолы.

Растительные натуральные волокна используются в качестве наполнителей для термо- и реактопластов в композитах, используемых в автомобильной, мебельной и строительной отраслях.Во многих странах волокна стеблей различных растений (сизаль, агава, кокос, подсолнечник, сахарный тростник или ветви деревьев) используются для усиления пластмасс и цемента и являются дешевыми, легкими и прочными строительными материалами.

Ценность натуральных волокон ценится в автомобильной промышленности. В 1994 году была описана возможность изготовления различных деталей автомобилей из полимеров, армированных льняным волокном, вместо стекла (например, накладки тормозов или сцепления, бамперы). Интерьер автомобиля из льна (с небольшим количеством полимера) имеет много преимуществ перед коврами из синтетического волокна, напримерсоздает благоприятный микроклимат с надлежащей влажностью, без вредных веществ и неприятных запахов, лучше приглушает звуки и поглощает вибрации. Замена стекловолокна натуральным волокном меньшей плотности позволяет снизить вес готового продукта до 30%. Если принять во внимание цену и доступность различных типов вторичных или отработанных волокон, оказывается, что растительные волокна могут быть дешевой и удобной добавкой к армирующим волокнам, используемым до сих пор в полимерных композитах.

.

Кевлар / Арамид - композиты и их свойства | преимущества и недостатки

Композиты арамид / кевлар

Арамид / Кевлар - материал с уникальными свойствами. Хотя его часто сравнивают с углеродным волокном, между этими двумя материалами есть много важных различий.

Арамид и карбон различаются не только по цвету - арамид желтый, а углеродное волокно черный, различаются в основном по свойствам и назначению - дополняют друг друга различные потребности промышленных секторов.

О композитах из углеродного волокна и их свойствах мы писали ранее в статье - Композиты из углеродного волокна .

В этой статье мы обсудим свойств арамидных композитов, а также преимуществ и недостатков арамидных композитов и практических примеров использования арамида / кевлара в различных отраслях промышленности и конечных продуктах.

История арамида

Арамид - это группа материалов с разными торговыми наименованиями.
Первой компанией, открывшей арамидный материал, была компания Dupont, которая в середине 1960-х назвала его под собственным названием - Кевлар. Этот материал поступил в продажу в 1973 году.

Арамид был изобретен химиком польского происхождения - Стефанией Кволек.

Арамид был изобретен химиком польского происхождения Стефанией Кволек в поисках легкого материала для усиления, используемого в шинах. Она искала материал, который должен был быть легче и прочнее, чем обычно используемый нейлон.

Со временем другие производители начали производить арамид с немного другими параметрами, но с теми же основными общими характеристиками, такими как, среди прочего, исключительно высокая устойчивость к ударам и трению.

Торговые наименования арамида , продаваемые различными производителями : Kevlar и Nomex , используемые компанией Dupont, Twaron и Technora , используемые японскими Teijin, Arawin , используемые корейским производителем Toray, Kolon , используемые корейским производителем Heracron и некоторыми менее известными названиями арамидов, производимых в основном китайскими производителями.

В настоящее время Кевлар является наиболее известным материалом, используемым в производстве арамидных композитов, , поэтому в оставшейся части статьи мы будем часто попеременно использовать названия арамид / кевлар.

Арамид - это материал с чрезвычайно высокой устойчивостью к порезам, часто используемый при производстве защитной одежды

.

Независимо от того, говорим ли мы о кевларе, твароне или номексе, каждый из этих материалов , арамид и обладают уникальными свойствами, такими как чрезвычайно высокая устойчивость к внезапным ударам и трению, устойчивость к высоким температурам и небольшой собственный вес .Эти свойства широко используются в таких отраслях, как военная, авиационная, шинная промышленность, производство защитной одежды и перчаток, автоспорт, водные виды спорта и многие другие отрасли. Палитра приложений потрясающая и продолжает расти.

На следующем видео показано производство каяков из арамида / кевлара:

Каковы свойства арамида / кевлара?

Такие арамиды, как кевлар, номекс, а также любой строительный материал имеют как достоинства, так и недостатки.Ниже мы перечислим наиболее важные свойства арамидных композитов, то есть арамидных тканей, пропитанных смолой.

Преимущества арамидных композитов

Высокая стойкость к ударам и разрушению.

Арамид - это материал с чрезвычайно высокой ударопрочностью , он не ломается под воздействием удара - он поглощает удар. Он обычно используется при производстве бронежилетов, корпусов лодок, байдарок и в качестве противоосколочных покрытий для военной техники.

Композитный материал, состоящий из 100% арамида, имеет примерно в 5 раз большую ударную вязкость, чем композит, сделанный из углеродного волокна (испытание на удар падающим весом). Арамиды обязаны своей ударопрочностью или сопротивлением выстрелам из оружейных снарядов длинным цепочкам атомов, из которых они состоят.
Эти свойства используются, прежде всего, в вооруженной промышленности при производстве бронежилетов и крышек баллистических танков.

Арамид / кевлар обычно используется в производстве бронежилетов.

Пуленепробиваемые жилеты состоят из нескольких десятков слоев арамида, обычно разделенных керамической пластиной. Противоосколочные кожухи, используемые в бронетехнике, такой как танк US M1, изготовлены из стальных - арамидных - стальных конструкций, устойчивых к противотанковым снарядам диаметром до 700 мм. Что немаловажно, как для солдата в бронежилете, так и для экипажа танка арамид значительно поглощает удары, возникающие при попадании пули.

Примером использования кевлара также является Apache Boeing AH-64 - базовый ударный вертолет в США. Главный и стабилизирующий винты изготовлены из кевлара. Задача кевлара - защитить винты вертолета от снарядов диаметром до 23 мм.

Желтые области «показывают», из какого материала сделано кевларовое сиденье вертолета.

Высокая ударопрочность также широко используется в лодках и каяках.Все лодки, участвующие в ежегодных кругосветных круизах Volvo Ocean Race, имеют корпус из арамида, и почти все высокопроизводительные каяки для водных видов спорта имеют корпус из арамидных или арамидно-углеродных тканей.

Кевлар защищает корпус каяка от ударов камней и корней

Еще одно практическое применение кевлара - раллийные автомобили, в которых внутренние колесные арки и пластина под двигателем изготовлены из этого материала.Кевлар защищает ключевые механические элементы раллийного автомобиля от ударов, например, камней.

Низкая собственная плотность / небольшой вес

Арамидные волокна - одно из самых легких волокон, используемых при производстве композитов. Использование арамидных тканей в композитах позволяет не только повысить стойкость композита к ударам и трению, но и значительно снизить вес композитного элемента.

Композиты из арамида примерно на 20% легче, чем композитов из углеродного волокна, считающихся очень легкими.

Арамидные волокна имеют плотность ~ 1,45 г / см 3 и композит из арамидной эпоксидной смолы имеет плотность ~ 1,3 г / см 3 . При расчетах использовалась плотность эпоксидной смолы с отвердителем ~ 1,1 г / см 3 и новейшая технология производства композитов - метод препрега в автоклаве.

Для сравнения, углеродные волокна , считающиеся одними из самых легких, имеют плотность для углеродного композита и эпоксидной смолы на уровне 1.55 г / см 3 .

Другими словами, арамидный композит примерно на 20% легче, чем композит из углеродного волокна.

Как соотносится вес арамидного композита с металлами?
Плотность арамидного композита 1,3 г / см 3 , плотность алюминия 2,7 г / см 3 , титана 4,5 г / см 3 и стали 7,9 г / см 3 .
Иными словами, арамидный композит примерно в 2 раза легче алюминия, 3.В 4 раза легче титана и в 6 раз легче стали.

Умеренная жесткость - устраняет разрыв между стеклом и углеродным волокном

Арамидный композит является жестким материалом, он превосходит по жесткости стекловолоконный композит, но значительно уступает в этом отношении композитам из углеродного волокна.

Существует много типов углеродных и арамидных волокон - например, со стандартным модулем, со средним модулем или с высоким модулем, которые значительно различаются по жесткости, цене и устойчивости к повреждению композита.

Приведенные ниже данные показывают жесткость различных волокон для стекла, углерода и арамида. Модуль Юнга измеряется вдоль волокна.

Жесткость различных композитных волокон:

  • Стеклоткани - от 72 ГПа (стандартные стеклоткани E) до 87 ГПа (ткани с повышенной S - прочностью стекла).
  • Ткани из углеродного волокна - от 230 ГПа (стандартные волокна, используемые при производстве композитов, например, Toray T300) до 590 ГПа (сверхвысокомодульные волокна HM - например,Toray M60J).
  • Арамид - от 96 ГПа (стандартные арамидные ткани, используемые в композитах - например, кевлар 129) до - 186 ГПа (арамидные ткани, используемые в аэрокосмической промышленности - например, кевлар 149)

Для простоты можно предположить, что арамидных композитов , изготовленных из стандартных тканей , примерно на 30-40% жестче, чем стеклянные композиты , но значительно уступают углеродным композитам и имеют примерно половину жесткости, чем углеродные композиты. .

Низкое тепловое расширение

Арамиды очень термостойкие с практически нулевым, слегка отрицательным коэффициентом теплового расширения. Тепловое расширение арамида составляет (-2,4 x 10-6 / ° C).

Непроводящий

Арамид - изолятор и не проводит электричество.

Хорошая стойкость к истиранию, порез

Композиты арамид / кевлар обычно используются в элементах, подверженных трению, например, таких каккожухи двигателя раллийных автомобилей.

В горнодобывающей промышленности, например в угольной, арамид обычно используется для усиления резиновых конвейерных лент путем небольшого добавления арамидных волокон. По заявлению производителя кевлара, это увеличивает прочность на трение транспортных ремней примерно на 50-70%.
Эти свойства используются не только в композитных материалах, но и в рабочей одежде, такой как перчатки, которые обладают повышенной устойчивостью к порезам благодаря использованию арамидных тканей, таких как Twaron или Kevlar.

Гашение вибрации

Ценным свойством арамидных композитов является высокая демпфирующая сила и устойчивость к вибрации, которые используются в компонентах, подверженных вибрации, таких как компоненты самолетов.

Арамидные винты для вертолетов снижают вибрацию и обеспечивают баллистическую защиту от снарядов до 23 мм

Низкая относительная электрическая проницаемость

Арамидный композит имеет низкую относительную электрическую проницаемость - ~ 3.85 (10 ГГц) . Это обеспечивает хорошую передачу сигнала антенн через защитные крышки / купола из арамида / кевлара. Обычно такие экраны используются для защиты военных антенн, установленных на самолетах. Они обеспечивают как хорошее пропускание антенного сигнала, так и защищают антенны от повреждений.

Для сравнения, защитные купола из стеклоткани E имеют относительную электрическую проницаемость 6,1 (10 ГГц), то есть примерно на 60% ниже коэффициент пропускания антенного сигнала по сравнению с арамидными экранами.

Арамид используется для производства военных радиолокационных покрытий, обеспечивающих баллистическую защиту

Помимо арамида, кварцевые волокна также используются в производстве антенных экранов, которые также имеют низкую относительную электрическую проницаемость 3,78 (10 ГГц).

Можно использовать одновременно с другими типами тканей.

Арамидные волокна могут использоваться в углеродных и стеклянных композитах, изменяя их параметры по своему усмотрению, что дает большие возможности производителям композитных изделий.

В случае композитов из углеродного волокна для повышения их ударной вязкости добавляют несколько слоев арамида или используют гибридные ткани, в которых 50% волокон составляют арамид и 50% углерод.

Гибридные ткани - т.е. кевлар-углерод сочетают в себе лучшие параметры обоих материалов. Углеродное волокно.
Другим практическим примером является, например, использование нескольких слоев арамидной / кевларовой ткани в просверленных местах для увеличения сопротивления участков, ослабленных сверлением, и снижения риска сколов композита во время работы, вибраций на буровой.

Дефекты арамидных композитов

Влагопоглощение - гигроскопично

Арамидные волокна гигроскопичны и впитывают относительно много влаги ( до 6% от его веса), поэтому арамидные композиты должны быть должным образом защищены - чаще всего лаком для ограничения поглощения влаги.

Часто для повышения стойкости верхних слоев арамидных композитов к влаге и микротрещинам в качестве верхних слоев используют 1 слой стеклоткани, что дополнительно обеспечивает адгезию лаков, что облегчает ремонт лакового покрытия.

Дополнительно для композитов, контактирующих с водой, используются разновидности арамида с пониженной впитывающей способностью, такие как, например, Kevlar 149 или Armos.

Любопытно - впитывающая способность стандартных арамидных тканей настолько высока, что в сочетании со свойствами, защищающими от огня / ожогов, этот материал используется во время огненных шоу, в которых его пропитывают парафином.С одной стороны, впитывающая способность арамида приводит к тому, что парафин должным образом пропитывается, что обеспечивает длительное время горения пламени, с другой стороны, этот материал не разлагается во время горения и устойчив к высоким температурам.

Сложная обработка и обработка

Арамидные / кевларовые волокна трудно разрезать , поэтому производство композитов с использованием арамидных тканей требует больших усилий. Трудно разрезать как сухие арамидные ткани, так и готовый арамидный композит, сделанный из арамидных тканей и, например,эпоксидные смолы.

Для раскроя сухих тканей часто используют лазерную резку или мелкую раскройку специальных ножниц, приспособленных для раскроя арамида. Водная резка или специальные фрезы с твердосплавным или алмазным покрытием используются для резки готовых арамидных композитов. При резке фрезами края композита, как правило, остаются слегка неровными.

Раскрой арамидных тканей - сложная задача - для этого используются либо специальные ножницы, либо лазерная резка.

При производстве арамидных композитов часто вносятся изменения на этапе проектирования, а инструменты (формы) регулируются для уменьшения длины полотна. линия резки после извлечения из формы.Иногда на линии кроя также используются слои гибридных тканей, то есть углеродное волокно (50%) с арамидом / кевларом (50%), что упрощает резку композита.

Арамидные волокна прилипают хуже, чем стеклянные или углеродные волокна, и их труднее фильтровать через смолу , поэтому для производства композитов рекомендуется использовать арамидные эпоксидные смолы, которые обладают более прочными связующими свойствами для последующих слоев арамидных тканей.

Разложение под действием УФ-лучей

Арамидные волокна не очень устойчивы к УФ-излучению.
УФ-излучение (солнце) разрушает арамидные волокна, поэтому арамидные композиты следует защищать лаком или слоем защитного материала, например, полиэфирным покрытием на арамидных веревках.

Высокие материальные затраты.

Арамид - дорогой материал, его цена аналогична цене углеродного волокна , поэтому этот материал используется только в особых приложениях, где требуется сопротивление трению / ударам выше среднего и, в то же время, небольшой вес. конечного продукта важно.Стоимость 1м2 готового препрега плотностью 200 грамм / м2 2 для производства композита составляет около 150 злотых.

Низкая прочность на сжатие

Арамидные волокна имеют более низкую прочность на сжатие, чем стекловолокно и углеродных волокон, поэтому для элементов, подверженных высокому давлению, используются гибридные ткани - комбинация углеродного волокна и арамида.

Практическое применение арамида

Возможности практического применения арамида огромны.Вот список практических примеров изделий из арамида / кевлара.

Использование арамида / кевлара в композитах - арамидные композиты:

  • Бронежилеты.
  • Аэродинамические детали для автоспорта, подверженные трению / ударам - например, колесные арки, пластина под двигателем.
  • Фюзеляжи самолетов (часто гибриды углерод-кевлар), пропеллеры, обшивка.
  • Багажные отделения для чемоданов в самолетах.
  • Крышки / купола спутниковых антенн, устанавливаемых на военные самолеты.
  • Доски для серфинга.
  • Байдарки.
  • Корпуса кораблей.
  • Баллоны для сжиженного нефтяного газа - на 70% легче стали и диаметрально безопаснее для ударов, чем баллоны из стекловолокна - например, баллоны производства компании Low8.

Использование сухой ткани из арамида / кевлара:

Сводка

Арамид / кевлар занимает первое место среди композитных материалов с точки зрения сопротивления удару, трению и порезам - ни один другой композитный материал не имеет лучших характеристик в этом отношении.

Арамид также является одним из самых легких доступных композитных волокон - арамидных композитов примерно на 20% легче углеродных композитов.

В то же время у него есть свои недостатки, такие как сложность обработки и обработки материала и влагопоглощение.

Мы надеемся, что знание преимуществ и недостатков, представленных в этой статье, позволит инженерам и дизайнерам лучше понять этот материал и правильно его использовать - таким образом, чтобы воспользоваться его преимуществами и устранить недостатки еще на этапе проектирования. Производство.

ПРОИЗВОДСТВО АРАМИДНЫХ КОМПОЗИТОВ

Dexcraft производит арамидных композитов, таких как баллистические жилеты (пуленепробиваемые жилеты), детали кузова раллийных автомобилей, арамидные листы и другие ударопрочные композиты.

Вы ищете производителя изделий из кевлара / арамида?
Перейти на страницу: производство композитов кевлар / арамид.

.

Смотрите также