Вытворчасць кампазітаў і кампазітных матэрыялаў

Прасцей кажучы, КАМПАЗІТЫ або КАМПАЗІТНЫЯ МАТЭРЫЯЛЫ - гэта матэрыялы, якія складаюцца з двух або некалькіх матэрыялаў з рознымі фізічнымі або хімічнымі ўласцівасцямі, але ў спалучэнні яны становяцца матэрыялам, які адрозніваецца ад складовых матэрыялаў. Мы павінны адзначыць, што складовыя матэрыялы застаюцца асобнымі і адрознымі ў структуры. Мэта вытворчасці кампазітнага матэрыялу - атрымаць прадукт, які пераўзыходзіць яго кампаненты і спалучае жаданыя характарыстыкі кожнага кампанента. У якасці прыкладу; трываласць, малая вага або нізкая цана могуць быць матывацыяй распрацоўкі і вытворчасці кампазіта. Тыпы кампазітаў, якія мы прапануем, - гэта армаваныя часціцамі кампазіты, армаваныя валокнамі кампазіты, уключаючы кампазіты з керамічнай матрыцай / палімернай матрыцай / металічнай матрыцай / вуглярод-вуглярод / гібрыдныя кампазіты, структурныя і ламінаваныя і сэндвіч-структураваныя кампазіты і нанакампазіты.

 

Метады вырабу, якія мы выкарыстоўваем у вытворчасці кампазітных матэрыялаў: пултрузія, працэсы вытворчасці прэпрэгаў, перадавое размяшчэнне валокнаў, намотка нітак, спецыяльнае размяшчэнне валокнаў, працэс распылення шкловалакна, тафтынг, працэс ланксіду, z-пінінг.
Многія кампазітныя матэрыялы складаюцца з дзвюх фаз, матрыцы, якая з'яўляецца суцэльнай і акружае іншую фазу; і дысперсная фаза, акружаная матрыцай.
Мы рэкамендуем вам націснуць тут, кабСПАМПУЙЦЕ нашы схематычныя ілюстрацыі вытворчасці кампазітаў і кампазітных матэрыялаў кампаніяй AGS-TECH Inc.
Гэта дапаможа вам лепш зразумець інфармацыю, якую мы даем вам ніжэй. 

 

• КАМПАЗІТЫ, УЗМОЎЛЕНЫЯ ЧАСЦІЦАМІ: гэтая катэгорыя складаецца з двух тыпаў: кампазіты з буйнымі часціцамі і кампазіты, умацаваныя дысперсіяй. У першым тыпе ўзаемадзеянне часціцы і матрыцы нельга разглядаць на атамным або малекулярным узроўні. Замест гэтага дзейнічае механіка кантынууму. З іншага боку, у дысперсійна-ўмацаваных кампазітах часціцы звычайна значна меншыя ў дыяпазоне дзесяткаў нанаметраў. Прыкладам кампазіта з буйнымі часціцамі з'яўляюцца палімеры з даданнем напаўняльнікаў. Напаўняльнікі паляпшаюць ўласцівасці матэрыялу і могуць замяніць частку палімернага аб'ёму больш эканамічным матэрыялам. Аб'ёмныя долі дзвюх фаз уплываюць на паводзіны кампазіта. Кампазіты з буйнымі часціцамі выкарыстоўваюцца з металамі, палімерамі і керамікай. CERMETS з'яўляюцца прыкладамі керамічных / металічных кампазітаў. Самая распаўсюджаная ў нас металакераміка - гэта карбід. Ён складаецца з вогнетрывалай карбіднай керамікі, напрыклад, часціц карбіду вальфраму, у матрыцы з металу, напрыклад кобальту або нікеля. Гэтыя карбідныя кампазіты шырока выкарыстоўваюцца ў якасці рэжучага інструмента для загартаванай сталі. Часціцы цвёрдага сплаву адказваюць за дзеянне рэзкі, а іх трываласць павышаецца пластычнай металічнай матрыцай. Такім чынам мы атрымліваем перавагі абодвух матэрыялаў у адным кампазіце. Іншым распаўсюджаным прыкладам кампазіта з буйнымі часціцамі, які мы выкарыстоўваем, з'яўляюцца часціцы сажы, змешаныя з вулканізаванай гумай для атрымання кампазіта з высокай трываласцю на разрыў, трываласцю, устойлівасцю да разрыву і ізаляцыі. Прыкладам дысперсійна ўмацаванага кампазіта з'яўляюцца металы і металічныя сплавы, умацаваныя і загартаваныя раўнамернай дысперсіяй дробных часціц вельмі цвёрдага і інэртнага матэрыялу. Калі да металічнай алюмініевай матрыцы дадаваць вельмі дробныя шматкі аксіду алюмінію, мы атрымліваем спечаны алюмініевы парашок, які мае павышаную трываласць пры высокіх тэмпературах. 

 

• КАМПАЗІТЫ, АРМУВАНЫЯ ВАЛОКНАМ: гэтая катэгорыя кампазітаў насамрэч самая важная. Мэта, якую трэба дасягнуць, - высокая трываласць і калянасць на адзінку вагі. Склад валакна, даўжыня, арыентацыя і канцэнтрацыя ў гэтых кампазітах маюць вырашальнае значэнне для вызначэння ўласцівасцей і карыснасці гэтых матэрыялаў. Ёсць тры групы валокнаў, якія мы выкарыстоўваем: вусы, валокны і правады. ВУСЫ — вельмі тонкія і доўгія монакрышталі. Яны з'яўляюцца аднымі з самых трывалых матэрыялаў. Некаторыя прыклады матэрыялаў для вусоў - графіт, нітрыд крэмнія, аксід алюмінія.  ВАЛАКНА з іншага боку ў асноўным складаюцца з палімераў або керамікі і знаходзяцца ў полікрышталічным або аморфным стане. Трэцяя група - гэта тонкія правады, якія маюць адносна вялікі дыяметр і складаюцца часта са сталі або вальфраму. Прыклад армаванага дротам кампазіта - гэта аўтамабільныя шыны, унутры якіх гума змяшчае сталёвы дрот. У залежнасці ад матэрыялу матрыцы мы маем наступныя кампазіты:
ПАЛІМЕРНА-МАТРЫЧНЫЯ КАМПАЗІТЫ: яны зроблены з палімернай смалы і валокнаў у якасці ўзмацняльніка. Падгрупа такіх кампазітаў, якія называюцца армаванымі шкловалакном палімерамі (GFRP), змяшчае бесперапынныя або перарывістыя шкляныя валокны ў палімернай матрыцы. Шкло забяспечвае высокую трываласць, яно эканамічнае, лёгка ператвараецца ў валакна і хімічна інэртнае. Недахопам з'яўляецца іх абмежаваная калянасць і калянасць, тэмпература эксплуатацыі толькі да 200 - 300 па Цэльсіі. Шкловалакно падыходзіць для кузаваў аўтамабіляў і транспартнага абсталявання, кузаваў марскіх транспартных сродкаў, кантэйнераў для захоўвання. З-за абмежаванай калянасці яны не падыходзяць ні для касманаўтыкі, ні для стварэння мастоў. Іншая падгрупа называецца кампазітам з вугляроднага валакна з палімера (CFRP). Тут вуглярод - гэта наш валаконны матэрыял у палімернай матрыцы. Вуглярод вядомы сваім высокім удзельным модулем і трываласцю, а таксама здольнасцю падтрымліваць іх пры высокіх тэмпературах. Вугляродныя валокны могуць прапанаваць нам стандартныя, прамежкавыя, высокія і звышвысокія модулі трываласці на расцяжэнне. Акрамя таго, вугляродныя валакна прапануюць розныя фізічныя і механічныя характарыстыкі і, такім чынам, падыходзяць для розных індывідуальных інжынерных прыкладанняў. Кампазіты CFRP можна разглядаць для вытворчасці спартыўнага і рэкрэацыйнага абсталявання, сасудаў пад ціскам і аэракасмічных структурных кампанентаў. Яшчэ адна падгрупа, армаваныя арамідным валакном палімерныя кампазіты, таксама з'яўляюцца высокатрывалымі і модульнымі матэрыяламі. Іх суадносіны трываласці і вагі надзвычай высокія. Арамідныя валакна таксама вядомыя пад гандлёвымі назвамі KEVLAR і NOMEX. Пры расцяжэнні яны працуюць лепш, чым іншыя матэрыялы з палімернага валакна, але яны слабыя пры сціску. Арамідныя валакна трывалыя, ударатрывалыя, устойлівыя да паўзучасці і стомленасці, устойлівыя пры высокіх тэмпературах, хімічна інертныя, за выключэннем моцных кіслот і шчолачаў. Арамідныя валакна шырока выкарыстоўваюцца ў спартыўных таварах, бронекамізэльках, шынах, вяроўках, абалонках валаконна-аптычных кабеляў. Іншыя армавальныя матэрыялы існуюць, але выкарыстоўваюцца ў меншай ступені. У асноўным гэта бор, карбід крэмнію, аксід алюмінія. Матэрыял палімернай матрыцы з другога боку таксама мае вырашальнае значэнне. Ён вызначае максімальную тэмпературу эксплуатацыі кампазіта, паколькі палімер звычайна мае больш нізкую тэмпературу плаўлення і дэградацыі. У якасці палімернай матрыцы шырока выкарыстоўваюцца поліэфіры і вінілавыя эфіры. Таксама выкарыстоўваюцца смалы, якія валодаюць выдатнай вільгацятрываласцю і механічнымі ўласцівасцямі. Напрыклад, поліімідную смалу можна выкарыстоўваць пры тэмпературы да 230 градусаў Цэльсія. 
МЕТАЛІЧНА-МАТРЫЧНЫЯ КАМПАЗІТЫ: у гэтых матэрыялах мы выкарыстоўваем пластычную металічную матрыцу, а працоўныя тэмпературы, як правіла, вышэйшыя, чым іх складовыя кампаненты. У параўнанні з кампазітамі з палімернай матрыцай, яны могуць мець больш высокія працоўныя тэмпературы, быць негаручымі і могуць мець лепшую ўстойлівасць да дэградацыі ад арганічных вадкасцей. Аднак яны каштуюць даражэй. Армавальныя матэрыялы, такія як вусы, часціцы, бесперапынныя і перарывістыя валакна; і матрычныя матэрыялы, такія як медзь, алюміній, магній, тытан, суперсплавы ў цяперашні час шырока выкарыстоўваюцца. Прыкладамі прымянення з'яўляюцца кампаненты рухавікоў, вырабленыя з матрыцы з алюмініевага сплаву, армаванай аксідам алюмінія і вугляроднымі валокнамі. 
КЕРАМІЧНА-МАТРЫЧНЫЯ КАМПАЗІТЫ: Керамічныя матэрыялы вядомыя сваёй надзвычай добрай надзейнасцю пры высокіх тэмпературах. Аднак яны вельмі далікатныя і маюць нізкія паказчыкі стойкасці да разбурэння. Убудоўваючы часціцы, валакна або вусы адной керамікі ў матрыцу іншай, мы можам атрымаць кампазіты з больш высокай устойлівасцю да разбурэння. Гэтыя ўбудаваныя матэрыялы ў асноўным стрымліваюць распаўсюджванне расколін унутры матрыцы з дапамогай некаторых механізмаў, такіх як адхіленне кончыкаў расколін або ўтварэнне мастоў праз твары расколін. У якасці прыкладу, аксід алюмінію, які ўмацаваны вусамі SiC, выкарыстоўваецца ў якасці ўставак для рэжучага інструмента для апрацоўкі цвёрдых металічных сплаваў. Яны могуць паказаць лепшыя характарыстыкі ў параўнанні з карбідамі.  
ВУГЛЯРОД-ВУГЛЯРОДНЫЯ КОМПАЗИТЫ: І армаванне, і матрыца з'яўляюцца вугляроднымі. Яны валодаюць высокімі модулямі расцяжэння і трываласцю пры высокіх тэмпературах вышэй за 2000 градусаў па Цэльсію, устойлівасцю да паўзучасці, высокай трываласцю на разрыў, нізкім каэфіцыентам цеплавога пашырэння, высокай цеплаправоднасцю. Гэтыя ўласцівасці робяць іх ідэальнымі для прыкладанняў, якія патрабуюць устойлівасці да тэрмічнага ўдару. Аднак недахопам вугляродна-вугляродных кампазітаў з'яўляецца іх уразлівасць да акіслення пры высокіх тэмпературах. Тыповыя прыклады выкарыстання - прэс-формы гарачага прэсавання, вытворчасць сучасных кампанентаў турбінных рухавікоў. 
ГІБРЫДНЫЯ КАМПАЗІТЫ: два ці больш розных тыпаў валокнаў змешаны ў адной матрыцы. Такім чынам можна стварыць новы матэрыял з камбінацыяй уласцівасцяў. Прыкладам з'яўляецца тое, калі і вугляродныя, і шкляныя валакна ўключаны ў палімерную смалу. Вугляродныя валакна забяспечваюць калянасць і трываласць нізкай шчыльнасці, але каштуюць дорага. З іншага боку, шкло недарагое, але яму не хапае калянасці вугляродных валокнаў. Шкловугляродны гібрыдны кампазіт больш трывалы і цвёрды, і яго можна вырабляць па меншай цане.
АПРАЦОЎКА ВАЛОКНАВЫХ КАМПАЗІТАЎ: Для суцэльных армаваных валокнамі пластыкаў з раўнамерна размеркаванымі валокнамі, арыентаванымі ў адным кірунку, мы выкарыстоўваем наступныя метады.
PULTRUSION: стрыжні, бэлькі і трубы бесперапыннай даўжыні і пастаяннага папярочнага перасеку вырабляюцца. Ровінгі з бесперапыннага валакна прасякнуты тэрмарэактыўнай смалой і працягнуты праз сталёвую фільеру, каб надаць ім жаданую форму. Затым яны праходзяць праз прэцызійную машыну для отвержденія, каб дасягнуць канчатковай формы. Паколькі штамп для отвержденія награваецца, ён отверждает смаляную матрыцу. Цягнікі выцягваюць матэрыял праз штампы. З дапамогай устаўленых полых стрыжняў мы можам атрымаць трубы і полыя формы. Метад пултрузіі аўтаматызаваны і прапануе нам высокую прадукцыйнасць. Магчыма выраб вырабу любой даўжыні. 
ПРАЦЭС ВЫТВОРЧАСЦІ ПРЕПРЭГА: Прэпрэг - гэта арматура з бесперапыннага валакна, папярэдне прасякнутая часткова отвержденной палімернай смалой. Ён шырока выкарыстоўваецца для канструкцый. Матэрыял пастаўляецца ў выглядзе стужкі і пастаўляецца ў выглядзе стужкі. Вытворца фармуе яго непасрэдна і цалкам отверждает без неабходнасці дабаўлення смалы. Паколькі прэпрэгі падвяргаюцца рэакцыі отвержденія пры пакаёвых тэмпературах, іх захоўваюць пры тэмпературы 0 па Цэльсіі або ніжэй. Пасля выкарыстання рэшткі стужак захоўваюцца пры нізкіх тэмпературах. Выкарыстоўваюцца тэрмапластычныя і термореактивные смалы, а армавальныя валакна з вугляроду, араміду і шкла з'яўляюцца агульнымі. Для выкарыстання прэпрэгаў спачатку выдаляюць паперу-носьбіт, а потым вырабляюць стужку прэпрэгаў на апрацаваную паверхню (працэс кладкі). Для атрымання жаданай таўшчыні можна накласці некалькі слаёў. Частай практыкай з'яўляецца чаргаванне арыентацыі валокнаў для атрымання папярочнага або вуглавога ламінату. Нарэшце, цяпло і ціск прымяняюцца для отвержденія. Як ручная апрацоўка, так і аўтаматызаваныя працэсы выкарыстоўваюцца для рэзкі препрегов і кладкі.
НАМАТКА НІТКІ: бесперапынныя армавальныя валакна дакладна размешчаны ў загадзя вызначаным шаблоне, каб прытрымлівацца полай  і звычайна цыклічнай формы. Валакна спачатку праходзяць праз смаляную ванну, а затым аўтаматызаванай сістэмай намотваюцца на апраўку. Пасля некалькіх паўтораў намотвання дасягаецца жаданая таўшчыня, і зацвярдзенне праводзіцца альбо пры пакаёвай тэмпературы, альбо ў печы. Цяпер апраўку здымаюць, а выраб здымаюць з формы. Намотка ніткі можа прапанаваць вельмі высокія суадносіны трываласці і вагі за кошт намоткі валокнаў па акружнасці, спіралі і палярнай схеме. Трубы, рэзервуары, кажухі вырабляюцца па гэтай тэхналогіі. 

 

• СТРУКТУРНЫЯ КАМПАЗІТЫ: звычайна яны складаюцца як з аднародных, так і з кампазітных матэрыялаў. Такім чынам, уласцівасці іх вызначаюцца складовымі матэрыяламі і геаметрычным дызайнам іх элементаў. Вось асноўныя тыпы:
ЛАМІНАРНЫЯ КАМПАЗІТЫ: Гэтыя канструкцыйныя матэрыялы зроблены з двухмерных лістоў або панэляў з пераважнай высокай трываласцю. Пласты ўкладваюцца і змацоўваюцца паміж сабой. Чаргуючы напрамкі высокай трываласці ў дзвюх перпендыкулярных восях, мы атрымліваем кампазіт, які валодае высокай трываласцю ў абодвух напрамках у двухмернай плоскасці. Рэгулюючы куты слаёў, можна вырабіць кампазіт з трываласцю ў жаданых напрамках. Сучасныя лыжы вырабляюцца такім чынам. 
СЭНДВІЧ-ПАНЭЛІ: Гэтыя канструкцыйныя кампазітныя матэрыялы лёгкія, але пры гэтым валодаюць высокай калянасцю і трываласцю. Сэндвіч-панэлі складаюцца з двух вонкавых лістоў, вырабленых з цвёрдага і трывалага матэрыялу, напрыклад, алюмініевых сплаваў, пластыка, армаванага валакном або сталі, і стрыжня паміж вонкавымі лістамі. Ядро павінна быць лёгкім і часцей за ўсё мець нізкі модуль пругкасці. Папулярнымі асноўнымі матэрыяламі з'яўляюцца цвёрдыя пенапалімеры, дрэва і соты. Сэндвіч-панэлі шырока выкарыстоўваюцца ў будаўнічай індустрыі ў якасці дахавага матэрыялу, матэрыялу для падлогі або сцен, а таксама ў аэракасмічнай прамысловасці.  

 

• НАНАКАМПАЗІТЫ: гэтыя новыя матэрыялы складаюцца з нанапамерных часціц, убудаваных у матрыцу. Выкарыстоўваючы нанакампазіты, мы можам вырабляць гумовыя матэрыялы, якія з'яўляюцца вельмі добрымі бар'ерамі для пранікнення паветра, захоўваючы пры гэтым іх гумовыя ўласцівасці нязменнымі.