Композитен материјал

Композитни материјали, скратено композити, се инженерни материјали направени од два или повеќе составни материјали со значително различни физички или хемиски својства кои остануваат одделно и посебно на макроскопско ниво во рамките на готовата структура.
1 Историја
Дрвото е природен композит од целулозни влакна во матрицата на лигнините. Најпримитивни вештачки композитни материјали биле сламата и калта, кои се комбинирале за формирање на тули за градење. Древниот процес на градење на тулите сè уште може да се види на слика на египетска гробница во Метрополитниот Музеј на уметноста. Најнапредните примери се вршат рутински на вселенско летало во тешки услови. Најмногу видливи апликациски насоки се во форма на челик и армиран агрегат Портланд цемент или бетониран асвалт. Оние композити кои се најблиску до нашата лична хигиена, формите на нашите тушеви и кади се изработени од фиберглас. Солидна површина, имитација на гранит и културан мермер, лавабо и работна маса се широко користени.
Композитите се направени од одделни материјали наведени како составни материјали. Постојат две категории на составните материјали: матрица и зајакнување. Потребно е барем по еден дел од секој тип. Материјалот од матрицата опкружува и поддржува материјали преку одржување на нивните релативни позиции. Засилувањето овозможува нивните специјални механички и физички својства да ги подобрат својствата на матрицата. A synergism дава материјални својства недостапни од поединечните составни материјали, додека широкиот спектар на матрицата и зајакнувањето на материјалите, им овозможува на дизајнерот на производот или структура да ја избери оптималната комбинација.
Инженерните композитни материјали мора да бидат обликувани по форма. Материјалот на матрицата може да се доведе до зајакнување пред или после засилениот материјал сместен во шуплив калап или врз површина со мувла. Матричниот материјал се топи, по што формата на делот главно е set. Во зависност од природата на матричниот материјал, ова топење може да се случи на различни начини како хемиска полимеризација или солидификација од растопената состојба.
Разновидноста на калапите може да се искористи во согласност со крајната стапка на дизајнерските барања. Главните фактори кои влијаат на методологијата е природата на избраната матрица и засилените материјали. Друг важен фактор е севкупниот квантитет на материјалот што треба да биде произведен. Големи количини може да бидат користени за да ги прифатат високите капитални трошоци за брзо и автоматизирано произбодство на технологија. Мали производствени количини се прилагодени со пониски капитални трошоци, но поголем труд и обработка на трошоците со соодветно помала стапка.
Повеќето комерцијално произведени композити користат полимерен матричен материјал често наречен смолно решение. Постојат многу различни полимери на располагање во зависност од почетните суровини и состојки. Постојат неколку различни категории , секоја со бројни варијации. Најчестите се познати како полиестер, винил естри, епоксидни, фенолни.
2 Методи на составување
Во главно, материјалите на засилувањето и на матрицата се комбинираат, компактираат и се носат во процес на составување. По процесот на составување, формата не калаповите е претежно одредена но сепак може да се деформира под одредена состојба во процесот. За термосетниот полимерен матричен материјал, процесот на составување е реакција која е предизвикана од додатокот на други топлински или хемисли реактанти како органски пероксиди. За термопластичен материјал со полимерна матријца, процесот на составуваер е зацврстување од составената состојба. За метално-матричен материјал како титанска фолија, процесот на составување е загревање на висок притисок на температури близу до точката на топење.
За повеќе метоти на составување, погодно е да се посочува на еден составен калап како долен и друг како долен. Долниот и горниот калап ги претставуваат различните страни на составуваниот панел, а не конфигурацијата на состаувањето во вселена. Во оваа конвенција, секогаш постои долен калап, а некогаш и горен. Конструкцијата на калапите започнува со нанесување на материјалите на долниот калап. Долниот и горниот калап се генерализирани изрази за посебни поими како машка и женска страна, а-страна и б-страна итн. Континуирани производствени процеси користат различна номенклатура.
Составениот производ е често посочен како панел. За посебни геометриски и материјални комбинации, тоа може да се посочи како распоредување. За одредени континуирани процеси, може да биде посочено како профил. Се додава со ролер на притисок, спрејна направа или рачно. Овој процес е генерално изведен на собна температура и на атмосферски притисок. Две варијации на отворено составување се Hand Layap и Spray-up.
3 Обликување со вакуум торба
Процесот со помош на двострани моделери ја формира површината на панелот. На долната страна е круто моделиран а на горниот дел од страната е флексибилна мембрана или вакуум кеса. Флексибилната мембрана може да биде еднократно направен силиконски материјал или екструдиран полимер филм. Потоа, вакуумот формира празнина. Овој процес може да се изврши во било кој амбиент или покачена температура со амбиентниот атмосферски притисок постапувајќи по вакуум кеса. Најекономичен начин е со користење на вентури вакуум и воздушен компресор или вакуум пумпа.
Вакуумската вреќа е една кеса направена од силна гумено-обложена ткаенина или полимер филм кој се користи за обврзница или ламинат материјали. Во некои апликации кесата го опфаќа целиот материјал, а во други апликации се користи калап за да формира едно лице на ламинат додека со единствено еднострана вреќичка се запечатува надворешната страна од лицето на ламинат со помош на калап. На отворениот крај е запечатена и воздухот е извлечен од вреќата преку брадавица со помош на вакуум пумпата. Како резултат на тоа, униформираниот притисок кој се приближува од една атмосфера, се применува на површината на објектот внатре во кеса, држејќи делови заедно додека лепило лекови. Целата торба може да се пласира во температурата под контрола на печката, масло бања или водена бања и нежно загреан да се забрза лекување.
Во трговски објекти дрвените вакуум кеси се користат за ламинат криви и неправилни форма поединости.
Вакуум зебло е широко се користат во композити индустрија, како и. ткаенина од јаглеродни влакна и стаклопластика, заедно со смоли и епоксиди се вообичаени материјали ламинатни заедно со вакуум торба операција.
Типично, полиуретан или винил материјали се користат за правење на вреќа, која обично е отворена на двата краја. Ова и дава пристап до парче, или парчиња да бидат залепени. А пластични прачка е поставен врз торба, кој потоа се здипли во текот на прачка. А пластични ракав со отворање во неа, е тогаш купени над прачка. Оваа постапка претставува печат на двата краја на кесата, кога вакуум е подготвена да се извлечат.
А "котури" се користи во кесата за парче се залепени за да се постават на. На котури има низа од мали прорези, исечете ја, за да им овозможи на воздух под него да бидат евакуирани. Во котури мора да имаат заоблени рабови и агли за да се спречи вакуум од распарчување торбата.
Кога закривен дел е да бидат залепени во вакуум кеса, важно е дека парчиња се лепат да се стави повеќе од една цврсто изграден форма, или да има воздух мочниот меур ставени во форма. Оваа воздух мочниот меур има пристап до "слободна воздух" надвор од торбата. Се користи да се создаде еднаков притисок во форма, спречувајќи го да бидат задушени
4 Производи
Композитните материјали се здобиле со популарност (и покрај нивната висока вредност)во подуктите со високи перформанси кои треба да бидат лесни,но сепак доволно цврсти да поднесат груби услови како воздухо-космички компоненти (опашки,крила,трупови на авиони,пропелери), бородви и тела набродови,скелиља на велосипеди и тркачки автомобили.Се користат и за јадици за риболов,резервари за складирање и палки за бејзбол.Новата Боинг 787 структура вклучуваќи ги крилата и трупот на авионот е составена главно од композити. Композитните материјали исто така стануваат почести иво областа на ортопедиската хирургија.
Јагленот композит е клучен материјал во денешното лансирање на возила и вселенски летала.Широко се користи во субстати на сончеви плочи, антена на рефлектори и потчинети вселенски летала. Исто така секористи во адаптери за товар, внатрешни структури и топлински штитови на лансирани возила.
Во 2007, Високо Мобилно Повеќенаменско Воено Возило на Тркала (ВМПВВТ) беше претставено од стран а на ТПИ Композити Инк и Армор акционерско друштво, првото воено возило со сите композити. Со користењето на композити возилото е полесно, дозвлуваќи поголема носивост. Во 2008, јаглеродни влакна и ДуПонт Кевалар (пет пати поцврсто од челик)беа комбинирани со подобрена смола за да направат воени транзит сандаци од ЕЦС Композити создаваќи 30% полесни сандаци со висока јачина
5 Tooling
Некои типови на материјалните алатки што се користат во производство на композитни структури вклучуваат инвар , челик , ал уминиум , засилена силиконска гума , никел и јаглеродни влакна. Изборот на материјалната алатка е типично врз основа , но не е ограничен , на коефициентот на топлинското ширење , очекуваниот број на циклуси , крајната точка на толеранција , саканата или потребната состојба на површината , метод на лек , температурната стаклена транзиција на материјалот е модулирана , метод на лиење , матрица , трошоци и различни други мислења.
6 Механика
Физичките својства на композитни материјали и генерално не изотропски (независно од насоката за применета сила)во природата, туку се обично ортотропски (различен во зависност од насоката на применетата сука или оптоварување)На пример,вкочанетост на сложен панел често ќе зависи од ориентацијата на применети сили и / или моменти. Панел-вкочанетост исто така зависи од дизајнот на панелот. На пример зајакнување на влакното и матрицата кои се употребени, методот на панел градење, термосет наспроти термопластични. Типови на ткаење и ориентација на оската на вланото кон применета сила.
Спротивно на тоа, изотропските материјали (на пример,алуминиум или челик)во станандардна кована, обично имаат иста вкочанетост без оглед на насоката на ориентацијата на променети сили и/или моменти
Односот меѓу силите/моментите и притисоците/curvatures за изотрпски материјал може да се опише со следниве материјали својства : Јанг Модул, смолкнување модул и односот на Поасон во релативно едноставни математички односи. За анизотопски материјал, потребно е математиката на вториот цел тензор и до 21 материјалниот имот константи. За посебен случајна ортогоналната изотопија, постојат три различни материјален имот константи за секоја Јанг модул, смолкнување модул и односот Поасон е-вкупно 9 константи за да се опише односот меѓу силите. моменти и притисоците/ curvatures.
Техники кои ги користат предностите на анизотропските својства на материјалите вклучуваат отвор и шпилка кај зголобовите (во природна мешавина како што е дрво).
7 Дополнителна литература
** Handbook of Polymer Composites for Engineers By Leonard Hollaway Published 1994 Woodhead Publishing
*