Όλα για το σύνθετο

Τα πιο απλά ανάλογα ενός σύνθετου υλικού που έρχονται στο μυαλό για έναν αρχάριο είναι η βάφλα ζαχαροπλαστικής και το κόντρα πλακέ ξύλου. Στην πρώτη περίπτωση, μια κρεμώδης γέμιση βρίσκεται ανάμεσα στα κέικ με διχτυωτές προεξοχές. Η δεύτερη επιλογή είναι κάθετα διατεταγμένα στρώματα ινών, τα οποία είναι εμποτισμένα με μια συγκολλητική σύνθεση.

Το σύνθετο είναι ένας συνδυασμός στρωμάτων ανόμοιων και διαφορετικών τύπων υλικών που διαφέρουν σε μια σειρά από φυσικές, τεχνολογικές και μηχανικές ιδιότητες. Μία από τις κύριες απαιτήσεις είναι η ουδετερότητα, η οποία παρέχεται από μια σημαντική ομοιότητα στις χημικές ιδιότητες των στρωμάτων που χρησιμοποιούνται. Οι τεχνολογικές και μηχανικές, καθώς και ορισμένες φυσικές ιδιότητες του προκύπτοντος σύνθετου υλικού διαφέρουν από τις ανάλογες αρχικές παραμέτρους καθενός από τα στρώματα ξεχωριστά.

Υπάρχουν μόνο δύο τύποι ενδιάμεσων στρωμάτων σε ένα σύνθετο υλικό: μια μήτρα με κελιά και ένα υλικό πλήρωσης. Το απλούστερο κατασκευαστικό ανάλογο ενός σύνθετου υλικού είναι το οπλισμένο σκυρόδεμα, που σχηματίζεται από ένα χαλύβδινο πλαίσιο, ο χώρος μέσα στον οποίο (και εν μέρει έξω από αυτό) γεμίζει με έκχυση σκυροδέματος, το οποίο σκληρύνθηκε και απέκτησε αντοχή μέσα σε ένα μήνα από την ημερομηνία έκχυσης του διαλύματος σκυροδέματος .

Δομικά, τα σύνθετα υλικά είναι ινώδης, σκληρυμένος με διασπορά, μερικώς σκληρυμένος (δεν πρέπει να συγχέεται με τη μερική σκλήρυνση, που αναφέρεται με την έννοια κάποιας βελτίωσης στις παραμέτρους της σύνθεσης) και νανομετρική.

Παραδείγματα σύνθετων υλικών.

• Χαρτί σφραγίδας για χρήματα και έγγραφα που περιέχουν συνθετικές τρίχες που αυξάνουν την αντοχή σε εφελκυσμό και την τριβή. Είναι επίσης ένας από τους πολλούς δείκτες πλαστού εισιτηρίου.
• Τούβλα από πηλό με άχυρο. Το πλίθινο τούβλο αποκτά κάποια αντίσταση στο ράγισμα.
• Εποξειδική κόλλα με σκόνη μετάλλου ή ξύλου. Το τελευταίο εισάγεται στη σύνθεση για εξοικονόμηση εποξειδικής ρητίνης.
• Άνθρακα που σπάει σε κρούσεις πολλαπλών κατευθύνσεων. Δεν ραγίζει μόνο όταν οι κραδασμοί και οι δονήσεις συμπίπτουν στο διάνυσμα της πρόσκρουσής τους με την κατεύθυνση προς την οποία κινείται ο ποδηλάτης. Εάν χτυπήσετε ένα πλαίσιο ποδηλάτου άνθρακα επίπεδη σε οποιοδήποτε αντικείμενο, για παράδειγμα, σε έναν τσιμεντένιο στύλο, τότε οι ίνες άνθρακα θα σπάσουν σε θραύσματα.
• Triplex - στρώματα γυαλιού στην μπροστινή και πίσω προσωπίδα του αυτοκινήτου, που συγκρατούνται μεταξύ τους από στρώματα σελιλόιντ. Σε περίπτωση ατυχήματος, αποκλείεται η διασπορά μεγάλου αριθμού σφηνοειδών θραυσμάτων, με αποτέλεσμα συχνά την απώλεια της όρασης του οδηγού που εμπλέκεται σε ατύχημα.

Ετσι, Το θωρακισμένο γυαλί για αστυνομικά και στρατιωτικά οχήματα είναι κατασκευασμένο από τρία ή περισσότερα στρώματα σκληρυμένου γυαλιού - μπορεί να τρυπηθεί μόνο με σφαίρες ή οβίδες που διαπερνούν θωράκιση. Το θωρακισμένο γυαλί ανήκει σε πολυστρωματικά σύνθετα υλικά. Η ποικιλία των εξελίξεων που διατίθενται σήμερα χωρίζει το σύνθετο υλικό σε δεκάδες τύπους και ποικιλίες, καθένα από τα οποία έχει μεγάλη ζήτηση στην αγορά για υπηρεσίες κατασκευής και επισκευής.

Ετσι, υπάρχουν καθρέφτες, γέμιση, χαλαζία και άλλα σύνθετα υλικά σχεδιασμένα για συγκεκριμένες εφαρμογές. Τα χαρακτηριστικά καθενός από αυτά τα είδη διαφέρουν μεταξύ τους. Για παράδειγμα, τα νανοσύνθετα και τα μικροσύνθετα χωρίς πολυμερή δεν καίγονται.Απανθρακώνονται μόνο όταν θερμαίνονται σε τουλάχιστον εκατοντάδες βαθμούς Κελσίου, γεγονός που απλοποιεί τη χρήση τους σε θερμοκρασίες ασυνήθιστες για τις συνθήκες δωματίου.

Τα σύνθετα υλικά κατασκευάζονται σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα. Αρχικά, το συστατικό της μήτρας εφαρμόζεται στις ενισχυτικές ίνες, στη συνέχεια σχηματίζονται κορδέλες του ενισχυτικού συστατικού και η ίδια η μήτρα χρησιμοποιώντας ένα καλούπι συμπίεσης. Το προκύπτον υλικό συμπιέζεται προς τα έξω, συντήκεται και εφαρμόζεται μια πρόσθετη επίστρωση στις ίνες. Περαιτέρω, το σχηματισμένο δευτερεύον υλικό (το επόμενο στάδιο) αποστέλλεται για εκ νέου συμπίεση, περνά το στάδιο της εφαρμογής της μήτρας με τη μορφή ψεκασμού με τη βοήθεια πλάσματος. Το τρίτο πάτημα - στύψιμο - είναι το τελικό στάδιο. Έτσι, η συμπίεση (πρεσάρισμα) πραγματοποιείται τουλάχιστον τρεις φορές.

Τα φυσικά σύνθετα υλικά είναι ελαφριά, ανθεκτικά και τελευταίας τεχνολογίας. Χρησιμοποιούνται κυρίως για αεροσκάφη, συμπεριλαμβανομένων αεροπλάνων και πυραύλων. Τα μη πολύπλοκα σύνθετα δημιουργούνται από την ίδια τη φύση, για παράδειγμα, δακτύλιοι δέντρων από ξύλο, φλοιός. Τα φυσικά σύνθετα υλικά που δημιουργούνται από τον άνθρωπο είναι τα τούβλα από πηλό, τα οποία περιέχουν άμμο, μπλοκ τσιμέντου-άμμου με προσθήκη πριονιδιού και άλλα.

Το Fiberglass αναγνωρίζεται ως μία από τις κλασικές σύνθετες ίνες. Είναι μια πλαστική σύνθετη ταινία που κολλάει σε κάθε είδους επιφάνειες. Αυτή η μήτρα συγκρατεί τα νήματα από υαλοβάμβακα στη θέση τους. Χάρη στα νημάτια γυαλιού που πιέζονται με αυτόν τον τρόπο, εξασφαλίζεται η αντοχή αυτού του υλικού. Το πλαστικό είναι εγγενώς μαλακό και εύκαμπτο, ενώ το γυαλί είναι σκληρό και εύθραυστο.

Συνδυάζοντας αυτές τις ιδιότητες, είναι δυνατό να ληφθεί ένα πολύ εύκαμπτο και ταυτόχρονα συμπαγές υλικό, στο οποίο το πλαστικό και το γυαλί αλληλοσυμπληρώνονται. Το σύνθετο υλικό χρησιμοποιείται για την κατασκευή αμαξώματος για αυτοκίνητα και μηχανοκίνητα σκάφη. Το σύνθετο γυαλί δεν σκουριάζει ούτε οξειδώνεται.

Πιο σύγχρονα οικοδομικά υλικά που εμφανίστηκαν πολύ αργότερα περιέχουν μέταλλο, κεραμικά ή/και πολυμερή ως κύρια ουσία. Η ταξινόμηση αυτών των υλικών λαμβάνει επίσης υπόψη τα μη μεταλλικά πρόσθετα, όπως τα ροκανίδια ή τη σκόνη. Σύνθετο ξύλο ενισχυμένο με πλαστικό, ή σύνθετη σανίδα (και φύλλο υλικού κατασκευασμένο από τα ίδια συστατικά), χρησιμοποιείται στην κατασκευή επίπλων και στο δάπεδο βεράντας ή καταστρώματος.

Το ξύλο, θρυμματισμένο και αναμεμειγμένο με ένα πολυμερές λιωμένο σε μαλακή κατάσταση, χρησιμοποιείται ως σκληρυμένο κάλυμμα καταστρώματος, στο οποίο μπορείτε να περπατήσετε και ακόμη και να μετακινήσετε έπιπλα: η ξύλινη πλαστική σανίδα ή φύλλο δεν θα σπάσει ούτε θα ραγίσει, καθώς είναι ένα συμπαγές υλικό.

MDF - κουτί ή συμπαγές προφίλ, που δεν χρησιμοποιεί συνθετική ρητίνη ή πλαστικό, αλλά αποκλειστικά ρητίνες φυσικής προέλευσης. Ξύλο θρυμματισμένο σε ροκανίδια και σκόνη εμποτίζεται με αυτή την ουσία και στη συνέχεια περνά από τα στάδια πυροσυσσωμάτωσης και συμπίεσης στον φούρνο. Τα κοινά προϊόντα που κατασκευάζονται από MDF είναι οι πόρτες υψηλής ποιότητας και το laminate. Κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης και της σκλήρυνσης της ρητίνης, πολυμερίζονται - σχηματίζεται ένα φυσικό πολυμερές στο οποίο διαλύεται η σκόνη ξύλου (και διανέμονται ροκανίδια).

Το απλούστερο παράδειγμα είναι ένα κράμα αλουμινίου ή μαγνησίου ενισχυμένο με ανθρακονήματα. Αλλά το αλουμίνιο μπορεί να συμπληρωθεί με καρβίδιο του πυριτίου και η σύνθεση χαλκού-νικελίου μπορεί να συμπληρωθεί με γραφένιο, έναν υποτύπο ινών άνθρακα.Τα σύνθετα υλικά με μεταλλική μήτρα είναι ισχυρά, έχουν αποδεκτή ακαμψία για την επίλυση των περισσότερων προβλημάτων, ανθεκτικά στη φθορά, ανθεκτικά στην οξείδωση και έχουν σχετική ελαφρότητα σε σύγκριση με όλα τα μεταλλικά προϊόντα.

Είναι ακριβά και δύσκολα στην επεξεργασία. Για παράδειγμα, τα στοιχεία εμβόλου για κινητήρες εσωτερικής καύσης ντίζελ είναι κατασκευασμένα από σύγχρονα σύνθετα υλικά. Η σύνθετη επένδυση για την πρόσοψη είναι κατασκευασμένη από φύλλο αλουμινίου, μεταξύ των στρωμάτων της οποίας χύνεται πλαστικό. Η χρώση βοηθά να δώσει ένα διαφορετικό χρώμα σε ένα τέτοιο φινίρισμα.

Αντί για μέταλλο, το κύριο υλικό στο σύνθετο κεραμικό, όπως μπορείτε να μαντέψετε, είναι τα κεραμικά. Για παράδειγμα, ως στοιχείο αυτό χρησιμοποιείται γυαλί που περιέχει βόριο, κατασκευασμένο με βάση πυριτικά εγκλείσματα. Χρησιμεύει ως δευτερεύον συστατικό μήτρας και είναι ενισχυμένο με ανθρακονήματα ή κεραμικά εγκλείσματα, στον ρόλο των οποίων χρησιμοποιείται καρβίδιο του πυριτίου. Το κεραμικό σύνθετο επιτρέπει, για παράδειγμα, να αντιμετωπίσει την ευθραυστότητα των στερεών κεραμικών, δημιουργώντας μια χαρακτηριστική ενίσχυση για την αντιμετώπιση του φαινομένου του σπασίματος.

Το σύνθετο άνθρακα-καρβιδίου είναι ένα από τα πιο απαιτητικά προϊόντα στην αγορά για σύνθετα υλικά., η οποία καθιστά δυνατή τη λήψη μιας σύνθεσης που υπερτερεί των ανθρακονημάτων και των σύνθετων ως προς τα χαρακτηριστικά αντοχής της και δείκτη της αξιοπιστίας των τεμαχίων που κατασκευάζονται από μια τέτοια ουσία. Ένα τέτοιο σύνθετο χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, στην παραγωγή εξαρτημάτων για ένα σύστημα πέδησης και συμπλέκτη αυτοκινήτου.

Σήμερα, η ανάπτυξη πιο σύγχρονων υλικών δεν σταματά, τα οποία θα αντικαθιστούσαν εκείνα που έχουν ήδη διεισδύσει στην αγορά, η οποία έχει δεκάδες χιλιάδες τύπους προϊόντων που κατασκευάζονται από αυτά. Ετσι, Οι διαστάσεις των ενισχυτικών ινών στη νανοτεχνολογία είναι 1000 φορές μικρότερες από τους μακρύτερους προκατόχους τους. Ένα από τα υλικά του μέλλοντος είναι οι νανοσωλήνες άνθρακα, από τους οποίους, για παράδειγμα, κατασκευάζονται μπαστούνια χόκεϊ. Σε αυτό το παράδειγμα, η ίνα νανοάνθρακα είναι επικαλυμμένη με ένα σύνθετο υλικό νικελίου-κοβαλτίου. Αυτό το μπαστούνι είναι σχεδόν τρεις φορές πιο ανθεκτικό και κατά το ένα πέμπτο πιο χωρίς τσακίσματα χωρίς ρωγμές από ένα παρόμοιο προϊόν από κράμα χάλυβα.

Τα σύνθετα υλικά που έχουν σκληρυνθεί με διασπορά ταξινομούνται ως νανοϋλικά στα οποία το μήκος των κύριων ινών φτάνει σε μια τιμή 100 nm. Αλλά τα τελευταία χρόνια, δέκα νανοσωματίδια έχουν συρρικνωθεί σε μήκος στα 10 nm - μια παρόμοια προσέγγιση χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, σε ημιαγωγούς και αγωγούς που σχηματίζουν έναν κρύσταλλο μικροεπεξεργαστή, μικροελεγκτή ή μικροκυκλώματα που σχηματίζουν μια ηλεκτρονική μνήμη. Σε σύνθετες δοκούς και πάνελ εφαρμόζονται αυστηρά καθορισμένα πρότυπα: για παράδειγμα, η ακαμψία (μέτρο του Young) πρέπει να είναι τουλάχιστον 130 gigapascal, τα υλικά πρέπει να αντέχουν στη φθορά κόπωσης και να είναι σταθερά διαστάσεων. Στόχος είναι να λυθούν όλα αυτά τα προβλήματα ταυτόχρονα. Μειονεκτήματα - υψηλό κόστος λόγω του αυξημένου φόρτου έντασης γνώσης στην ανάπτυξη, υλοποίηση και πρακτική εφαρμογή αυτών των υλικών.

Η ρωσική αγορά για την παραγωγή CM αποτελεί μόνο το 3% των εξαγωγικών προμηθειών σε παγκόσμιο επίπεδο. Αυτό οφείλεται στην έλλειψη ενιαίων κανονιστικών εγγράφων που απλοποιούν την παραγωγή σύνθετων οικοδομικών υλικών, και μέχρι πρόσφατα το 90% των πρώτων υλών για την παραγωγή εισάγονταν.

Ετσι, η παραγωγή πλαστικού ενισχυμένου με ανθρακονήματα στη Ρωσία μόλις άρχισε να αναπτύσσεται, ενώ, για παράδειγμα, η Κίνα είναι ένας από τους κορυφαίους κατασκευαστές σύνθετων υλικών. Νέα υλικά, στη δημιουργία των οποίων συμμετείχαν και Ρώσοι επιστήμονες, βασίζονται κυρίως στη χρήση νανοσωματιδίων.

Τα σύνθετα υλικά χρησιμοποιούνται στην κατασκευή αεροσκαφών για την παραγωγή ορισμένων εξαρτημάτων κινητήρα και φέρουσες κατασκευές αεροσκαφών. Οι διαστημικές βιομηχανίες τους χρησιμοποιούν για την παραγωγή φέρουσας και επένδυσης κατασκευών για πυραύλους και δορυφόρους, οι οποίοι παρουσιάζουν ισχυρή θέρμανση όταν εισέρχονται σε τροχιά. Η αυτοκινητοβιομηχανία χρησιμοποιεί σύνθετα υλικά για αμάξωμα και προφυλακτήρες. Η βιομηχανία εξόρυξης χρησιμοποιεί CM ως υλικό για τρυπάνια. Η πολιτική μηχανική χρησιμοποιεί CM για την κατασκευή στοιχείων για γέφυρες και άλλες πολυώροφα κατασκευές.

Η κύρια προϋπόθεση σε διάφορους κλάδους της μηχανολογίας είναι η ελάφρυνση του νεκρού βάρους των αυτοκινήτων και του ειδικού εξοπλισμού, όλων των ειδών οχημάτων: έως και το 70% των εξαρτημάτων είναι μη μεταλλικό υλικό. Ένα αυτοεπιπεδούμενο δάπεδο (δάπεδα έκχυσης), καθώς και σκάλες έκχυσης, περιλαμβάνει τη χρήση ενός σύνθετου υλικού, στο οποίο, πριν αντιδράσει με τον αέρα, υπάρχει μια ημι-υγρή, πιθανώς σιροπιασμένη ουσία. Είναι εύκολο να εφαρμοστεί ένα τέτοιο σύνθετο στο υποδάπεδο από σκυρόδεμα χρησιμοποιώντας εποξειδική κόλλα στην οποία διαλύεται το κύριο υλικό πλήρωσης.

Ο υπολογισμός της σκοπιμότητας χρήσης CM βασίζεται στην πιο σημαντική παράμετρο - την αποτελεσματικότητα της χρήσης κατάλληλων τεχνολογιών. Οι μεταλλικές και οι μη μεταλλικές μήτρες για την κατασκευή ενός πιο σύνθετου σύνθετου υλικού μπορούν να συνδυαστούν με διαφορετική σειρά. Για παράδειγμα, ένα ελαστικό ποδηλάτου, σε ένα διάδρομο του οποίου χρησιμοποιούνται πολλά στρώματα ενισχυτικών ινών: νάιλον, κέβλαρ, λεπτό χαλύβδινο σύρμα και σύνθετο, που καθιστούν δυνατή την αύξηση του αριθμού των γραμμών προστασίας. Χάρη σε αυτές τις τεχνολογίες, οι ποδηλάτες δεν «αρπάζουν» αγκάθια και κομμάτια γυαλιού, σύρμα, κινούμενοι στην άκρη του δρόμου χωρίς άσφαλτο, χωματόδρομους και βραχώδεις δρόμους.

Ένα τέτοιο ελαστικό θα πάει ούτε ένα, αλλά όχι λιγότερο από είκοσι χιλιάδες χιλιόμετρα πριν φθαρεί τόσο πολύ που τα τρυπήματα του θα γίνουν ωστόσο συχνό φαινόμενο. Ο υπολογισμός του κόστους ενός τέτοιου ελαστικού, στο οποίο αυτή η τιμή μπορεί να αυξηθεί 10 φορές ή περισσότερο, σας επιτρέπει να επωφεληθείτε από μια μικρή γενική μείωση της τιμής, χωρίς να αλλάξετε παρόμοια ελαστικά έως και 10 φορές (αυτός ο παράγοντας θεωρείται ως χρόνος που δαπανάται σε χειρισμούς επισκευής) - όταν περνάτε όλα αυτά τα ίδια 20.000 km με τα ίδια ελαστικά.

Σε αυτή την περίπτωση, τα ελαστικά ποδηλάτου είναι ένα είδος πολυσύνθετου υλικού, όπου χρησιμοποιούνται πολλά στρώματα ενίσχυσης (μήτρες) και όχι ένα. Ο υπολογισμός της παραγωγής ενός συγκεκριμένου τύπου σύνθετου υλικού βασίζεται στη μορφή με την οποία χρησιμοποιείται. Τα ενισχυτικά εγκλείσματα χρησιμοποιούνται ως νήματα, ταινίες, λεπτό ύφασμα, ινώδες ή σχοινί. Η ποσότητα του σκληρυντικού στο υλικό κατ' όγκο και κατά βάρος είναι 30-80%, ανάλογα με τον σκοπό ενός συγκεκριμένου τύπου σύνθετου υλικού.