Kompozitlər və Kompozit Materiallar İstehsalı

Sadəcə olaraq, KOMPOZİTLƏR və ya KOMPOZİT MATERİALLAR müxtəlif fiziki və ya kimyəvi xassələrə malik iki və ya bir neçə materialdan ibarət materiallardır, lakin birləşdirildikdə, tərkib materiallarından fərqli bir materiala çevrilirlər. Qeyd etməliyik ki, tərkib materialları strukturda ayrı və fərqli olaraq qalır. Kompozit material istehsalında məqsəd onun tərkib hissələrindən üstün olan və hər bir komponentin arzu olunan xüsusiyyətlərini özündə birləşdirən məhsul əldə etməkdir. Nümunə olaraq; gücü, aşağı çəkisi və ya daha aşağı qiyməti kompozitin dizaynı və istehsalının motivatoru ola bilər. Təklif etdiyimiz kompozitlərin növü hissəciklərlə gücləndirilmiş kompozitlər, keramika-matris / polimer-matris / metal-matris / karbon-karbon / hibrid kompozitlər, struktur və laminatlı və sendviç strukturlu kompozitlər və nanokompozitlər daxil olmaqla, liflə gücləndirilmiş kompozitlərdir.

 

Kompozit material istehsalında tətbiq etdiyimiz istehsal üsulları bunlardır: Pultrusion, prepreg istehsal prosesləri, qabaqcıl lif yerləşdirmə, filament sarma, uyğunlaşdırılmış lif yerləşdirmə, fiberglas sprey lay-up prosesi, tufting, lanxide prosesi, z-pinning.
Bir çox kompozit materiallar iki fazadan ibarətdir, matris davamlıdır və digər fazanı əhatə edir; və matrislə əhatə olunmuş dispers faza.
Bura klikləməyinizi tövsiyə edirikAGS-TECH Inc. tərəfindən Kompozitlər və Kompozit Materiallar İstehsalının Sxematik İllüstrasiyalarımızı YÜKLƏYİN.
Bu, sizə aşağıda təqdim etdiyimiz məlumatları daha yaxşı başa düşməyə kömək edəcək. 

 

• HİSSƏLƏRİ MÜKƏMMƏTLƏNMİŞ KOMPOZİTLƏR : Bu kateqoriya iki növdən ibarətdir: Böyük hissəcikli kompozitlər və dispersiya ilə gücləndirilmiş kompozitlər. Əvvəlki tipdə hissəcik-matris qarşılıqlı təsirləri atom və ya molekulyar səviyyədə müalicə edilə bilməz. Bunun əvəzinə kontinuum mexanikası etibarlıdır. Digər tərəfdən, dispersiya ilə gücləndirilmiş kompozitlərdə hissəciklər ümumiyyətlə onlarla nanometr diapazonunda daha kiçikdir. Böyük hissəcikli kompozitlərə bir nümunə, doldurucuların əlavə edildiyi polimerlərdir. Doldurucular materialın xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırır və polimer həcminin bir hissəsini daha qənaətcil materialla əvəz edə bilər. İki fazanın həcm fraksiyaları kompozitin davranışına təsir göstərir. Böyük hissəcikli kompozitlər metallar, polimerlər və keramika ilə birlikdə istifadə olunur. CERMETS keramika/metal kompozitlərinin nümunələridir. Ən çox yayılmış sermetimiz sementlənmiş karbiddir. O, kobalt və ya nikel kimi bir metal matrisindəki volfram karbid hissəcikləri kimi odadavamlı karbid keramikadan ibarətdir. Bu karbid kompozitləri bərkimiş polad üçün kəsici alətlər kimi geniş istifadə olunur. Sərt karbid hissəcikləri kəsmə hərəkətindən məsuldur və onların möhkəmliyi çevik metal matrisi ilə gücləndirilir. Beləliklə, hər iki materialın üstünlüklərini bir kompozitdə əldə edirik. İstifadə etdiyimiz böyük hissəcikli kompozitin başqa bir ümumi nümunəsi yüksək dartılma gücü, möhkəmlik, yırtılma və aşınma müqavimətinə malik kompozit əldə etmək üçün vulkanlaşdırılmış rezinlə qarışdırılmış karbon qara hissəciklərdir. Dispersiya ilə gücləndirilmiş kompozitə misal olaraq, çox sərt və təsirsiz bir materialın incə hissəciklərinin vahid dispersiyası ilə gücləndirilmiş və bərkidilmiş metallar və metal ərintiləri ola bilər. Alüminium metal matrisinə çox kiçik alüminium oksidi lopaları əlavə edildikdə, yüksək temperaturda möhkəmliyə malik sinterlənmiş alüminium tozu əldə edirik. 

 

• LİFLƏ MÜKAFAT EDİLMİŞ KOMPOZİTLƏR: Kompozitlərin bu kateqoriyası əslində ən mühümdür. Məqsəd vahid çəkiyə görə yüksək güc və sərtlikdir. Bu kompozitlərdə lif tərkibi, uzunluğu, oriyentasiyası və konsentrasiyası bu materialların xüsusiyyətlərini və faydalılığını müəyyən etmək üçün çox vacibdir. İstifadə etdiyimiz liflərin üç qrupu var: bığlar, liflər və məftillər. BıĞLAR çox nazik və uzun tək kristallardır. Onlar ən güclü materiallardandır. Bəzi misal bığ materialları qrafit, silisium nitridi, alüminium oksiddir.  FIBERS digər tərəfdən əsasən polimerlər və ya keramikalardır və polikristal və ya amorf vəziyyətdədirlər. Üçüncü qrup, nisbətən böyük diametrlərə malik olan və tez-tez poladdan və ya volframdan ibarət olan incə naqillərdir. Tellə gücləndirilmiş kompozitə misal olaraq rezin içərisində polad məftil olan avtomobil şinləridir. Matris materialından asılı olaraq bizdə aşağıdakı kompozitlər var:
POLİMER-MATRİS KOMPOZİTLƏRİ: Bunlar polimer qatranından və möhkəmləndirici tərkib hissəsi kimi liflərdən hazırlanır. Şüşə Elyafla Gücləndirilmiş Polimer (GFRP) Kompozitləri adlanan bir alt qrup polimer matrisində davamlı və ya kəsilməyən şüşə lifləri ehtiva edir. Şüşə yüksək möhkəmlik təklif edir, qənaətcildir, liflərə asanlıqla hazırlanır və kimyəvi cəhətdən təsirsizdir. Dezavantajlar onların məhdud sərtliyi və sərtliyidir, xidmət temperaturu yalnız 200-300 C-yə qədərdir. Fiberglas avtomobil gövdələri və nəqliyyat avadanlığı, dəniz nəqliyyat vasitələrinin gövdələri, saxlama qabları üçün uyğundur. Onlar məhdud sərtliyə görə aerokosmik və ya körpü tikintisi üçün uyğun deyil. Digər alt qrup Karbon Fiberlə Gücləndirilmiş Polimer (CFRP) Kompozit adlanır. Burada karbon polimer matrisindəki lif materialımızdır. Karbon yüksək spesifik modulu və gücü və bunları yüksək temperaturda saxlamaq qabiliyyəti ilə tanınır. Karbon lifləri bizə standart, orta, yüksək və ultra yüksək gərginlik modulları təklif edə bilər. Bundan əlavə, karbon lifləri müxtəlif fiziki və mexaniki xüsusiyyətlər təklif edir və buna görə də müxtəlif xüsusi hazırlanmış mühəndislik tətbiqləri üçün uyğundur. CFRP kompozitləri idman və istirahət avadanlıqları, təzyiq gəmiləri və aerokosmik struktur komponentlərinin istehsalı üçün nəzərdə tutula bilər. Bununla belə, başqa bir alt qrup, Aramid Liflə Gücləndirilmiş Polimer Kompozitləri də yüksək möhkəmliyə və modullu materiallara aiddir. Onların gücü və çəki nisbəti olduqca yüksəkdir. Aramid lifləri KEVLAR və NOMEX ticarət adları ilə də tanınır. Gərginlik altında digər polimer lifli materiallardan daha yaxşı işləyirlər, lakin sıxılmada zəifdirlər. Aramid lifləri möhkəm, zərbəyə davamlıdır, sürünməyə və yorulmağa davamlıdır, yüksək temperaturda sabitdir, güclü turşu və əsaslara qarşı kimyəvi cəhətdən inertdir. Aramid lifləri idman mallarında, gülləkeçirməz jiletlərdə, şinlərdə, iplərdə, fiber optik kabel örtüklərində geniş istifadə olunur. Digər lif gücləndirici materiallar mövcuddur, lakin daha az dərəcədə istifadə olunur. Bunlar əsasən bor, silisium karbid, alüminium oksiddir. Digər tərəfdən polimer matris materialı da vacibdir. Bu, kompozitin maksimum xidmət temperaturunu təyin edir, çünki polimer ümumiyyətlə daha aşağı ərimə və parçalanma temperaturuna malikdir. Poliesterlər və vinil efirləri polimer matrisi kimi geniş istifadə olunur. Qatranlar da istifadə olunur və onlar əla nəmə davamlılıq və mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir. Məsələn, poliimid qatranı təxminən 230 dərəcə Selsiyə qədər istifadə edilə bilər. 
METAL-MATRİS KOMPOZİTLƏRİ: Bu materiallarda çevik metal matrisdən istifadə edirik və xidmət temperaturları ümumiyyətlə onların tərkib hissələrindən yüksəkdir. Polimer-matrisli kompozitlərlə müqayisədə bunlar daha yüksək işləmə temperaturlarına, yanmaz və üzvi mayelərə qarşı daha yaxşı deqradasiya müqavimətinə malik ola bilər. Bununla belə, onlar daha bahalıdır. Bığlar, hissəciklər, davamlı və kəsikli liflər kimi möhkəmləndirici materiallar; və mis, alüminium, maqnezium, titan, super ərintilər kimi matris materialları geniş istifadə olunur. Tətbiq nümunələri alüminium oksidi və karbon lifləri ilə gücləndirilmiş alüminium ərintisi matrisindən hazırlanmış mühərrik komponentləridir. 
KERAMİK-MATRİKS KOMPOZİTLƏRİ: Keramika materialları yüksək temperaturda yüksək etibarlılığı ilə tanınır. Bununla belə, onlar çox kövrəkdirlər və qırılma möhkəmliyi üçün aşağı qiymətlərə malikdirlər. Bir keramikanın hissəciklərini, liflərini və ya bığlarını digərinin matrisinə yerləşdirməklə biz daha yüksək qırılma möhkəmliyinə malik kompozitlər əldə edə bilirik. Bu daxil edilmiş materiallar, çatların uclarını əymək və ya çatlar üzərində körpülər yaratmaq kimi bəzi mexanizmlər vasitəsilə, əsasən, matrisin içərisində çatların yayılmasına mane olur. Nümunə olaraq, SiC bığları ilə gücləndirilmiş alüminium oksidləri sərt metal ərintilərinin emal edilməsi üçün kəsici alət əlavələri kimi istifadə olunur. Bunlar sementlənmiş karbidlərlə müqayisədə daha yaxşı performans göstərə bilər.  
KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ: Həm möhkəmləndirici, həm də matris karbondur. Onlar 2000 C-dən yuxarı yüksək temperaturda yüksək gərginlik modullarına və güclərə, sürünmə müqavimətinə, yüksək qırılma sərtliyinə, aşağı istilik genişlənmə əmsallarına, yüksək istilik keçiriciliyinə malikdir. Bu xüsusiyyətlər onları termal şok müqaviməti tələb edən tətbiqlər üçün ideal hala gətirir. Bununla belə, karbon-karbon kompozitlərinin zəifliyi onun yüksək temperaturda oksidləşməyə qarşı həssaslığıdır. İstifadəyə tipik nümunələr isti presləmə qəlibləri, təkmil turbin mühərrik komponentlərinin istehsalıdır. 
HİBRİD KOMPOZİTLER: İki və ya daha çox müxtəlif növ liflər bir matrisdə qarışdırılır. Beləliklə, yeni bir materialı xüsusiyyətlərin birləşməsinə uyğunlaşdırmaq olar. Buna misal olaraq həm karbon, həm də şüşə liflərin polimer qatranına daxil edilməsini göstərmək olar. Karbon lifləri aşağı sıxlıqlı sərtlik və möhkəmlik təmin edir, lakin bahalıdır. Digər tərəfdən şüşə ucuzdur, lakin karbon liflərinin sərtliyindən məhrumdur. Şüşə-karbon hibrid kompoziti daha güclü və sərtdir və daha aşağı qiymətə istehsal oluna bilər.
LİFLİ KOMPOZİTLƏRİN EMALI : Eyni istiqamətə yönəldilmiş lifləri bərabər paylanmış davamlı liflə gücləndirilmiş plastiklər üçün biz aşağıdakı üsullardan istifadə edirik.
ÇƏKİLMƏ: Davamlı uzunluqlu və sabit kəsikli çubuqlar, şüalar və borular istehsal olunur. Fasiləsiz liflər termoset qatranı ilə hopdurulur və onları istənilən formaya gətirmək üçün polad kalıp vasitəsilə çəkilir. Sonra, onlar son formasını əldə etmək üçün dəqiq işlənmiş bərkidici kalıpdan keçirlər. Müalicə üçün kalıp qızdırıldığı üçün qatran matrisini müalicə edir. Çəkicilər materialı kalıplardan çəkirlər. Daxil edilmiş içi boş nüvələrdən istifadə edərək, borular və içi boş həndəsələr əldə edə bilirik. Pultrusion üsulu avtomatlaşdırılmışdır və bizə yüksək istehsal dərəcələri təklif edir. İstənilən uzunluqda məhsul istehsal etmək mümkündür. 
PREPREG İSTEHSAL PROSESİ: Prepreg, qismən bərkimiş polimer qatranı ilə əvvəlcədən emprenye edilmiş davamlı lifli möhkəmləndiricidir. Struktur tətbiqlər üçün geniş istifadə olunur. Material lent şəklində gəlir və lent şəklində göndərilir. İstehsalçı onu birbaşa formalaşdırır və heç bir qatran əlavə etmədən tam müalicə edir. Prepreglər otaq temperaturunda müalicə reaksiyalarına məruz qaldıqları üçün onlar 0 C və ya daha aşağı temperaturda saxlanılır. İstifadədən sonra qalan lentlər aşağı temperaturda yenidən saxlanılır. Termoplastik və termosetting qatranları istifadə olunur və karbon, aramid və şüşənin möhkəmləndirici lifləri geniş yayılmışdır. Prepreglərdən istifadə etmək üçün əvvəlcə daşıyıcının arxa kağızı çıxarılır və sonra prepreq lentinin alətlə işlənmiş səthə çəkilməsi ilə istehsal aparılır (yatırma prosesi). İstədiyiniz qalınlığı əldə etmək üçün bir neçə qat qoyula bilər. Tez-tez tətbiq olunan təcrübə, çarpaz qatlı və ya bucaqlı laminat istehsal etmək üçün lif istiqamətini dəyişdirməkdir. Nəhayət, müalicə üçün istilik və təzyiq tətbiq olunur. Prepreglərin kəsilməsi və döşənməsi üçün həm əl emalından, həm də avtomatlaşdırılmış proseslərdən istifadə olunur.
FİLAMENT BARIMI: Davamlı möhkəmləndirici liflər boş  və adətən siklindirik formanı izləmək üçün əvvəlcədən müəyyən edilmiş nümunədə dəqiq şəkildə yerləşdirilir. Liflər əvvəlcə qatran banyosundan keçir və sonra avtomatlaşdırılmış sistem vasitəsilə mandrelə sarılır. Bir neçə bükmə təkrarından sonra istədiyiniz qalınlıqlar alınır və qurutma ya otaq temperaturunda, ya da soba içərisində aparılır. İndi mandrel çıxarılır və məhsul sökülür. Filament sarğı, lifləri çevrəvi, spiral və qütb naxışlarında bükməklə çox yüksək güc-çəki nisbətləri təklif edə bilər. Borular, çənlər, korpuslar bu texnika ilə hazırlanır. 

 

• STRUKTUR KOMPOZİTLƏR: Ümumiyyətlə bunlar həm homojen, həm də kompozit materiallardan ibarətdir. Buna görə də, bunların xassələri onun elementlərinin tərkib materialları və həndəsi dizaynı ilə müəyyən edilir. Əsas növlər bunlardır:
LAMİNAR KOMPOZİTLƏR: Bu struktur materiallar iki ölçülü təbəqələrdən və ya üstünlük verilən yüksək möhkəmlikli istiqamətlərə malik panellərdən hazırlanır. Laylar yığılır və birlikdə sementlənir. İki perpendikulyar oxda yüksək möhkəmlikli istiqamətləri dəyişdirərək, iki ölçülü müstəvidə hər iki istiqamətdə yüksək möhkəmliyə malik olan bir kompozit əldə edirik. Qatların bucaqlarını tənzimləməklə, üstünlük verilən istiqamətlərdə möhkəmliyə malik kompozit istehsal etmək olar. Müasir xizək bu şəkildə istehsal olunur. 
SENDVİÇ PANELLƏR: Bu struktur kompozitlər yüngüldür, lakin yüksək sərtliyə və möhkəmliyə malikdir. Sendviç panellər alüminium ərintiləri, liflə gücləndirilmiş plastik və ya polad kimi sərt və möhkəm materialdan hazırlanmış iki xarici təbəqədən və xarici təbəqələr arasında bir nüvədən ibarətdir. Əsas yüngül olmalıdır və çox vaxt aşağı elastiklik moduluna malikdir. Populyar əsas materiallar sərt polimer köpüklər, ağac və pətəklərdir. Sendviç panellər tikinti sənayesində dam örtüyü, döşəmə və ya divar materialı kimi, həmçinin aerokosmik sənayedə geniş istifadə olunur.  

 

• NANOKOMPOZİTLƏR: Bu yeni materiallar matrisə daxil edilmiş nanoölçülü hissəciklərdən ibarətdir. Nanokompozitlərdən istifadə etməklə biz rezin xassələrini dəyişməz saxlamaqla havanın keçməsinə çox yaxşı maneə olan rezin materialları istehsal edə bilərik.