Всичко за композита

Най-простите аналози на композит, които идват на ум за начинаещ, са сладкарски вафли и дървен шперплат. В първия случай между тортите с мрежести издатини се намира кремообразен пълнеж. Вторият вариант е перпендикулярно разположени слоеве от влакна, които са импрегнирани с лепилен състав.

Композитът е комбинация от слоеве от различни и различни видове материали, които се различават по редица физични, технологични и механични свойства. Едно от основните изисквания е неутралността, осигурена от значително сходство в химичните свойства на използваните слоеве. Технологичните и механичните, както и редица физични свойства на получения композит се различават от аналогичните изходни параметри на всеки от слоевете поотделно.

Има само два вида междинни слоеве в композитен материал: матрица с клетки и пълнител. Най-простият конструктивен аналог на композита е стоманобетон, оформен от стоманена рамка, пространството вътре в която (и отчасти извън нея) е запълнено с изливане на бетон, който се втвърдява и придобива здравина в рамките на един месец от датата на изливане на бетоновия разтвор .

Конструктивно композитните материали са влакнест, дисперсно втвърден, частично втвърден (да не се бърка с частично втвърдяване, споменато в смисъл на известно подобрение в параметрите на състава) и нанометрични.

Примери за композитни материали.

• Печатна хартия за пари и документи, съдържащи синтетични косми, които увеличават якостта на опън и абразия. Те са и един от многото индикатори за фалшиви билети.
• Глинени тухли с включена слама. Кирпичовата тухла придобива известна устойчивост на напукване.
• Епоксидно лепило с метален или дървен прах. Последният се въвежда в състава, за да се спести епоксидна смола.
• Въглерод, който се счупва при многопосочни удари. Той не се напуква само когато ударите и вибрациите съвпадат във вектора на тяхното въздействие с посоката, в която се движи велосипедистът. Ако ударите въглеродна рамка на велосипед плоска върху някакъв предмет, например бетонен стълб, тогава въглеродните влакна ще се разпаднат на фрагменти.
• Триплекс - слоеве стъкло на предните и задните козирки на автомобила, задържани заедно от слоеве целулоид. В случай на произшествие се изключва разпръскването на голям брой клиновидни фрагменти, което често води до загуба на зрението на водача, участвал в инцидент.

Така, бронирано стъкло за полицейски и военни превозни средства е изработено от три или повече слоя закалено стъкло - може да се пробие само с бронебойни куршуми или снаряди. Бронираното стъкло принадлежи към ламинираните композитни материали. Разнообразието от разработки, налични днес, разделя композитния материал на десетки видове и разновидности, всеки от които е в голямо търсене на пазара за строителни и ремонтни услуги.

Така, има огледални, пълнежни, кварцови и други композитни материали, предназначени за специфични приложения. Характеристиките на всеки от тези видове се различават една от друга. Например, безполимерните нано- и микрокомпозити не горят.Те се овъгляват само при нагряване до поне стотици градуса по Целзий, което опростява използването им при температури, необичайни за стайните условия.

Композитните материали се произвеждат по следната схема. Първо, матричният компонент се нанася върху подсилващите влакна, след това се оформят ленти от подсилващата съставка и самата матрица с помощта на пресова форма. Полученият материал се пресова, синтерова и се нанася допълнително покритие върху влакната. Освен това образуваният вторичен материал (следващият етап) се изпраща за повторно пресоване, преминава етапа на нанасяне на матрицата под формата на пръскане с помощта на плазма. Третото натискане - изстискване - е последният етап. По този начин компресирането (натискането) се извършва най-малко три пъти.

Естествените композитни материали са леки, издръжливи и най-съвременни. Те се използват главно за самолети, включително самолети и ракети. Несложните композити са създадени от самата природа, например дървесни пръстени от дърво, кора. Естествените композитни материали, създадени от човека, са глинени тухли, които съдържат пясък, циментово-пясъчни блокове с добавка на дървени стърготини и др.

Фибростъклото е признато за едно от класическите композитни влакна. Това е пластмасова композитна лента, която се залепва за всякакви повърхности. Тази матрица държи нишките от фибростъкло на място. Благодарение на пресованите по този начин стъклени нишки се осигурява здравината на този материал. Пластмасата по своята същност е мека и гъвкава, докато стъклото е твърдо и крехко.

Чрез комбиниране на тези свойства е възможно да се получи много гъвкав и в същото време твърд материал, в който пластмасата и стъклото се допълват взаимно. Композитът се използва за производството на каросерии за автомобили и моторни лодки. Стъкленият композит не ръждясва и не се окислява.

По-модерните строителни материали, които се появиха много по-късно, съдържат метал, керамика и/или полимер като основно вещество. Класификацията на тези материали също взема предвид неметалните добавки, като дървесни стърготини или прах. Композитната дървесина, подсилена с пластмаса, или композитната плоскост (и листов материал, изработен от същите съставки), се използва в производството на мебели и подови настилки на веранди или палуби.

Дървото, натрошено и смесено с полимер, разтопен до меко състояние, се използва като втвърдено покритие на палубата, по което можете да ходите и дори да премествате мебели: дървена пластмасова дъска или лист няма да се счупи или напука, тъй като е твърд материал.

MDF - кутия или масивен профил, който не използва синтетична смола или пластмаса, а изключително смоли от естествен произход. Дървесината, натрошена на стърготини и прах, се импрегнира с това вещество и след това преминава през етапите на синтероване и пресоване в пещта. Често срещаните продукти, произведени от MDF са висококачествени врати и ламинат. По време на синтероването и втвърдяването на смолата те се полимеризират - образува се естествен полимер, в който се разтваря дървесен прах (и се разпределят стърготини).

Най-простият пример е алуминиева или магнезиева сплав, подсилена с въглеродни влакна. Но алуминият може да бъде допълнен със силициев карбид, а медно-никеловият състав може да бъде допълнен с графен, подтип въглеродни влакна.Композитните материали с метална матрица са здрави, имат приемлива твърдост за решаване на повечето проблеми, устойчиви на износване, устойчиви на окисляване и имат относителна лекота в сравнение с изцяло металните продукти.

Те са скъпи и трудни за обработка. Например, буталните елементи за дизелови двигатели с вътрешно горене са направени от съвременни композити. Композитният сайдинг за фасадата е изработен от алуминиев лист, между слоевете на който се излива пластмаса. Оцветяването помага да се придаде различен цвят на такъв завършек.

Вместо метал, основният материал в керамичния композит, както се досещате, е керамиката. Например, като този елемент се използва стъкло, съдържащо бор, направено на базата на силикатни включвания. Той служи като вторичен матричен компонент и е подсилен с въглеродни влакна или керамични включвания, в ролята на които се използва силициев карбид. Керамичният композит позволява например да се справи с крехкостта на твърдата керамика, създавайки характерна армировка за преодоляване на явлението напукване на прегъване.

Въглеродно-карбидният композит е един от най-търсените продукти на пазара за композитни материали., което дава възможност да се получи състав, който изпреварва въглеродните влакна и композита по отношение на якостните си характеристики и показател за надеждността на заготовките, изработени от такова вещество. Такъв композит се използва например при производството на части за автомобилна спирачна и съединителна система.

Днес не спира развитието на по-модерни материали, които биха заменили вече навлезлите на пазара, който има десетки хиляди видове продукти, произведени от тях. Така, размерите на подсилващите влакна в нанотехнологиите са 1000 пъти по-малки от техните по-дълги предшественици. Един от материалите на бъдещето са въглеродните нанотръби, от които се правят например хокейни пръчки. В този пример нановъглеродното влакно е покрито с никел-кобалтов композитен материал. Тази бухалка е почти три пъти по-издръжлива и една пета по-без пречупвания без напукване от подобен продукт, изработен от стоманена сплав.

Дисперсионно втвърдените композитни материали се класифицират като наноматериали, при които дължината на основните влакна е доведена до стойност от 100 nm. Но през последните години десет наночастици се свиха на дължина до 10 nm – подобен подход се използва например в полупроводниците и проводниците, които образуват кристал на микропроцесор, микроконтролер или микросхеми, които образуват електронна памет. За композитните греди и панели се прилагат строго определени стандарти: например твърдостта (модулът на Янг) трябва да бъде най-малко 130 гигапаскала, материалите трябва да издържат на износване от умора и да са стабилни на размерите. Целта е всички тези проблеми да бъдат решени едновременно. Недостатъци - висока цена поради повишеното интензивно натоварване при разработването, внедряването и практическото приложение на тези материали.

Руският пазар за производство на CM представлява само 3% от експортните доставки на световно ниво. Това се дължи на липсата на единни регулаторни документи, които опростяват производството на композитни строителни материали, а доскоро 90% от суровините за производство бяха вносни.

Така, производството на пластмаса, подсилена с въглеродни влакна в Русия, току-що започна да се развива, докато, например, Китай е един от водещите производители на композитни материали. Нови материали, в чието създаване участваха и руски учени, се основават главно на използването на наночастици.

Композитните материали се използват в самолетостроенето за производството на някои компоненти на двигатели и носещи конструкции на самолети. Космическата индустрия ги използва за производството на носещи и облицовъчни конструкции за ракети и спътници, които изпитват силно нагряване при влизане в орбита. Автомобилната индустрия използва композитни материали за каросерия и брони. Минната индустрия използва CM като материал за бормашини. Гражданското строителство използва CM за изграждане на елементи за мостове и други високи конструкции.

Основната предпоставка в различните отрасли на машиностроенето е облекчаването на собственото тегло на автомобили и специално оборудване, всички видове превозни средства: до 70% от компонентите са неметални материали. Саморазливният под (наливни подове), както и изливащите стълби, включва използването на композит, в който, преди да реагира с въздуха, има полутечно, вероятно сиропирано вещество. Лесно е да се приложи такъв композит върху бетонния под с помощта на епоксидно лепило, в което основният пълнител е разтворен.

Изчисляването на възможността за използване на CM се основава на най-важния параметър - ефективността на използването на подходящи технологии. Металните и неметалните матрици при производството на по-сложен композит могат да се комбинират в различна последователност. Като пример, велосипедна гума, в бягаща пътека на която се използват няколко слоя подсилващи влакна: найлон, кевлар, тънка стоманена тел и смес, които позволяват да се увеличи броят на защитните линии. Благодарение на тези технологии велосипедистите не „грабват“ тръни и парчета стъкло, тел, движейки се покрай пътя без асфалт, черни пътища и каменисти пътища.

Такава гума ще измине не един, а не по-малко от двадесет хиляди километра, преди да се износи толкова много, че пробиванията й все пак ще станат често явление. Изчисляването на цената на една такава гума, при която тази цена може да се увеличи 10 пъти или повече, ви позволява да се възползвате от малко общо намаление на цената, без да сменяте подобни гуми до 10 пъти (този фактор се счита за прекарано време при ремонтни манипулации) - при преминаване на всички тези същите 20 000 км на едни и същи гуми.

В този случай гумите за велосипеди са вид мултикомпозит, където се използват няколко слоя за подобряване (матрица), а не един. Изчисляването на производството на определен вид композитен материал се основава на формата, в която се използва. Подсилващите включвания се използват като нишки, ленти, тънка тъкан, влакнест или въжен компонент. Количеството втвърдител в материала по обем и тегло е 30-80%, в зависимост от предназначението на даден вид композит.