Композиттер және композиттік материалдар өндірісі

Қарапайым түрде КОМПОЗИТТЕР немесе ҚҰРАМАЛЫ МАТЕРИАЛДАР — әртүрлі физикалық немесе химиялық қасиеттері бар екі немесе бірнеше материалдардан тұратын материалдар, бірақ олар біріктірілген кезде құрамдас материалдардан өзгеше материалға айналады. Құрамдас материалдар құрылымда бөлек және айқын болып қала беретінін атап өтуіміз керек. Композиттік материалды өндірудегі мақсат оның құрамдастарынан жоғары және әрбір құрамдас бөліктің қажетті қасиеттерін біріктіретін өнімді алу болып табылады. Мысал ретінде; беріктік, төмен салмақ немесе төмен баға композицияны жобалау мен өндірудің мотиваторы болуы мүмкін. Біз ұсынатын композиттердің түрі - бөлшектермен күшейтілген композиттер, талшықты арматураланған композиттер, соның ішінде керамикалық матрицалық / полимерлі-матрицалық / металл матрицалық / көміртегі-көміртекті / гибридті композиттер, құрылымдық және ламинатталған және сэндвич құрылымды композиттер және нанокомпозиттер.

 

Біз композициялық материал өндірісінде қолданатын дайындау әдістері: пультрузия, препрег өндірісі процестері, талшықты кеңейтілген орналастыру, жіпті орамдау, талшықты арнайы орналастыру, шыны талшықты бүріккіш төсеу процесі, түйіршіктеу, ланксид процесі, z-түйреу.
Көптеген композициялық материалдар екі фазадан тұрады, матрица, ол үздіксіз және басқа фазаны қоршайды; және матрицамен қоршалған дисперсті фаза.
Сізге осы жерді басу ұсыныладыAGS-TECH Inc. композиттер мен композиттік материалдар өндірісінің схемалық иллюстрацияларын ЖҮКТЕП АЛЫҢЫЗ.
Бұл төменде ұсынатын ақпаратты жақсырақ түсінуге көмектеседі. 

 

• БӨЛШЕКШІЛЕРГЕН КҮШІНДЕНГЕН КОМПОЗИТТЕР : Бұл санат екі түрден тұрады: ірі бөлшектерді құрайтын композиттер және дисперсиямен күшейтілген композиттер. Бұрынғы түрінде бөлшектер мен матрицалық әрекеттесулерді атомдық немесе молекулалық деңгейде өңдеу мүмкін емес. Оның орнына континуум механикасы жарамды. Екінші жағынан, дисперсиямен күшейтілген композиттерде бөлшектер әдетте ондаған нанометрлік диапазондарда әлдеқайда аз болады. Ірі бөлшектердің композициясының мысалы ретінде толтырғыштар қосылған полимерлер жатады. Толтырғыштар материалдың қасиеттерін жақсартады және полимер көлемінің бір бөлігін үнемді материалмен алмастыруы мүмкін. Екі фазаның көлемдік үлесі композиттің әрекетіне әсер етеді. Ірі бөлшектердің композиттері металдар, полимерлер және керамикамен бірге қолданылады. CERMETS керамикалық/металл композиттерінің мысалдары болып табылады. Біздің ең көп таралған кермет - цементтелген карбид. Ол кобальт немесе никель сияқты металдың матрицасындағы вольфрам карбиді бөлшектері сияқты отқа төзімді карбидті керамикадан тұрады. Бұл карбидті композиттер шыңдалған болат үшін кескіш құрал ретінде кеңінен қолданылады. Қатты карбид бөлшектері кесу әрекетіне жауап береді және олардың беріктігі иілгіш металл матрицасы арқылы жақсарады. Осылайша біз екі материалдың артықшылықтарын бір композицияда аламыз. Біз қолданатын үлкен бөлшектер композициясының тағы бір кең таралған мысалы - жоғары созуға, қаттылыққа, жыртылуға және тозуға төзімді композицияны алу үшін вулканизацияланған резеңкемен араласқан көміртекті қара бөлшектер. Дисперсиямен күшейтілген композицияның мысалы ретінде өте қатты және инертті материалдың ұсақ бөлшектерінің біркелкі дисперсиясы арқылы нығайтылған және шыңдалған металдар мен металл қорытпаларын келтіруге болады. Алюминий металл матрицасына өте кішкентай алюминий оксидінің үлпектерін қосқанда біз жоғары температураға төзімділігі жоғары агломерацияланған алюминий ұнтағын аламыз. 

 

• ЖАЛШЫҚТЫ ҚҰМЫРАТТЫЛҒАН КОМПОЗИТТЕР : Композиттердің бұл санаты шын мәнінде ең маңызды болып табылады. Қол жеткізу мақсаты - салмақ бірлігіндегі жоғары беріктік пен қаттылық. Бұл композиттердегі талшықтың құрамы, ұзындығы, бағыты және концентрациясы осы материалдардың қасиеттері мен пайдалылығын анықтауда маңызды болып табылады. Біз қолданатын талшықтардың үш тобы бар: мұртшалар, талшықтар және сымдар. МҰРТТЫ - өте жұқа және ұзын монокристалдар. Олар ең берік материалдардың бірі болып табылады. Кейбір мысал мұрт материалдары графит, кремний нитриді, алюминий оксиді болып табылады.  FIBERS екінші жағынан негізінен полимерлер немесе керамика болып табылады және поликристалды немесе аморфты күйде. Үшінші топ - салыстырмалы түрде үлкен диаметрі бар және жиі болаттан немесе вольфрамнан тұратын жұқа сымдар. Сыммен күшейтілген композиттің мысалы ретінде резеңке ішіне болат сым кіретін автомобиль шиналары болып табылады. Матрицалық материалға байланысты бізде келесі композиттер бар:
ПОЛИМЕР-МАТРИКАЛЫҚ КОМПОЗИТТЕР: Бұлар полимер шайырынан және арматуралық ингредиент ретінде талшықтардан жасалған. Шыны талшықты арматураланған полимер (GFRP) композиттері деп аталатын олардың ішкі тобы полимер матрицасында үздіксіз немесе үзіліссіз шыны талшықтарды қамтиды. Шыны жоғары беріктік береді, ол үнемді, талшықтарға оңай дайындалады және химиялық инертті. Кемшіліктері олардың шектеулі қаттылығы мен қаттылығы болып табылады, қызмет көрсету температурасы 200 – 300 C-ге дейін ғана. Шыны талшық автомобиль корпустары мен көлік құралдарына, теңіз көлігінің корпустарына, сақтау контейнерлеріне жарамды. Олар шектеулі қаттылыққа байланысты аэроғарыштық және көпір жасау үшін жарамсыз. Басқа кіші топ көміртекті талшықты күшейтілген полимер (CFRP) композиті деп аталады. Мұнда көміртегі полимер матрицасында біздің талшық материалымыз болып табылады. Көміртек өзінің жоғары меншікті модулі мен беріктігімен және оларды жоғары температурада ұстап тұру қабілетімен танымал. Көміртекті талшықтар бізге стандартты, аралық, жоғары және өте жоғары созылу модульдерін ұсына алады. Сонымен қатар, көміртекті талшықтар әртүрлі физикалық және механикалық сипаттамалар ұсынады, сондықтан әртүрлі тапсырыс бойынша бейімделген инженерлік қолданбалар үшін қолайлы. CFRP композиттерін спорттық және ойын-сауық жабдықтарын, қысымды ыдыстарды және аэроғарыштық құрылымдық компоненттерді өндіру үшін қарастыруға болады. Дегенмен, тағы бір кіші топ, Арамид талшықтарымен күшейтілген полимер композиттері де беріктігі мен модулі жоғары материалдар болып табылады. Олардың күші мен салмақ арақатынасы өте жоғары. Арамид талшықтары KEVLAR және NOMEX сауда атауларымен де белгілі. Кернеу жағдайында олар басқа полимерлі талшықты материалдарға қарағанда жақсы жұмыс істейді, бірақ олар қысылуда әлсіз. Арамид талшықтары қатты, соққыға төзімді, сусымалы және шаршауға төзімді, жоғары температурада тұрақты, күшті қышқылдар мен негіздерден басқа химиялық инертті. Арамид талшықтары спорттық тауарларда, оқ өткізбейтін кеудешелерде, шиналарда, арқандарда, талшықты-оптикалық кабель қаптамаларында кеңінен қолданылады. Басқа талшықты күшейтетін материалдар бар, бірақ олар аз дәрежеде қолданылады. Бұл негізінен бор, кремний карбиді, алюминий оксиді. Екінші жағынан, полимерлі матрицалық материал да маңызды. Ол композиттің максималды қызмет көрсету температурасын анықтайды, өйткені полимердің әдетте балқу және ыдырау температурасы төмен болады. Полимерлі матрица ретінде полиэфирлер мен винил эфирлері кеңінен қолданылады. Шайырлар да қолданылады және олар тамаша ылғалға төзімділік пен механикалық қасиеттерге ие. Мысалы, полиимидті шайырды Цельсий бойынша 230 градусқа дейін пайдалануға болады. 
МЕТАЛДЫҚ-МАТРИЦАЛЫҚ КОМПОЗИТТЕР: Бұл материалдарда иілгіш металл матрицасын қолданамыз және қызмет көрсету температурасы әдетте олардың құрамдас бөліктерінен жоғары. Полимерлі матрицалық композиттермен салыстырғанда, олар жоғары жұмыс температурасына ие болуы мүмкін, жанбайтын және органикалық сұйықтықтарға жақсы ыдырауға төзімді болуы мүмкін. Дегенмен олар қымбатырақ. Арматура материалдары, мысалы, сақиналар, бөлшектер, үздіксіз және үзіліссіз талшықтар; және мыс, алюминий, магний, титан, суперқорытпалар сияқты матрицалық материалдар жиі қолданылады. Қолданбаларға мысал ретінде алюминий тотығымен және көміртекті талшықтармен нығайтылған алюминий қорытпасынан жасалған қозғалтқыш компоненттері табылады. 
КЕРАМИКАЛЫҚ-МАТРИКАЛЫҚ КОМПОЗИТТЕР: Керамикалық материалдар өте жақсы жоғары температура сенімділігімен танымал. Дегенмен, олар өте сынғыш және сыну беріктігі үшін төмен мәндерге ие. Бір керамиканың бөлшектерін, талшықтарын немесе мұрттарын басқасының матрицасына ендіру арқылы біз сынуға төзімділігі жоғары композиттерге қол жеткізе аламыз. Бұл ендірілген материалдар, негізінен, жарықшақтардың ұштарын бұру немесе жарықтар беттерінде көпір құру сияқты кейбір механизмдер арқылы матрица ішінде жарықтардың таралуын тежейді. Мысал ретінде, SiC мұрттарымен нығайтылған алюминий тотығы қатты металл қорытпаларын өңдеу үшін кескіш құрал ретінде пайдаланылады. Бұл цементтелген карбидтермен салыстырғанда жақсы көрсеткіштерді көрсете алады.  
КӨМІРТЕКТІК КОМПОЗИТТЕР: Арматура да, матрица да көміртек. Олардың жоғары созылу модульдері мен беріктігі 2000 C-ден жоғары жоғары температурада, сусымалыға төзімділік, жоғары сынуға төзімділік, төмен жылу кеңею коэффициенттері, жоғары жылу өткізгіштік. Бұл қасиеттер оларды термиялық соққыға төзімділікті қажет ететін қолданбалар үшін тамаша етеді. Көміртек-көміртекті композиттердің әлсіздігі оның жоғары температурада тотығуға осалдығы болып табылады. Қолданудың әдеттегі мысалдары ыстық престеу қалыптары, турбиналық қозғалтқыштың жетілдірілген компоненттерін жасау болып табылады. 
ГИБРИДТІ КОМПОЗИТТЕР: талшықтардың екі немесе одан да көп түрлері бір матрицада араласады. Осылайша, қасиеттер жиынтығы бар жаңа материалды бейімдеуге болады. Мысал ретінде көміртекті де, шыны талшықтарды да полимерлі шайырға қосуды келтіруге болады. Көміртекті талшықтар төмен тығыздықтың қаттылығы мен беріктігін қамтамасыз етеді, бірақ қымбат. Екінші жағынан, шыны арзан, бірақ көміртекті талшықтардың қаттылығы жоқ. Шыны-көміртекті гибридті композит күшті және қаттырақ және оны төмен бағамен жасауға болады.
Талшықты арматураланған композиттерді өңдеу : Бір бағытта бағытталған талшықтары біркелкі бөлінген үздіксіз талшықты арматураланған пластмассалар үшін біз келесі әдістерді қолданамыз.
ПУЛЬТРУСИЯ: Үздіксіз ұзындықтағы және тұрақты қимадағы шыбықтар, арқалықтар және түтіктер дайындалады. Үздіксіз талшықтар термореактивті шайырмен сіңдірілген және оларды қажетті пішінге келтіру үшін болат қалып арқылы тартылады. Содан кейін олар соңғы пішінге жету үшін дәл өңделген өңдеуден өтеді. Кептіргіш қалып қыздырылғандықтан, ол шайыр матрицасын емдейді. Тартқыштар матрица арқылы материалды тартады. Енгізілген қуыс өзектерді пайдалана отырып, біз түтіктер мен қуыс геометрияларды аламыз. Пультрузия әдісі автоматтандырылған және бізге жоғары өндіріс қарқынын ұсынады. Кез келген ұзындықтағы өнімді шығаруға болады. 
ПРЕПРЕГ ӨНДІРУ ПРОЦЕСІ : Препрег - ішінара қатып қалған полимерлі шайырмен алдын ала сіңдірілген үздіксіз талшықты арматура. Ол құрылымдық қосымшалар үшін кеңінен қолданылады. Материал таспа түрінде келеді және таспа түрінде жеткізіледі. Өндіруші оны тікелей қалыпқа келтіреді және ешқандай шайыр қоспай-ақ толық емдейді. Препрегтер бөлме температурасында қатаю реакцияларына ұшырайтындықтан, олар 0 C немесе одан төмен температурада сақталады. Қолданғаннан кейін қалған таспалар төмен температурада сақталады. Термопластикалық және термореактивті шайырлар қолданылады және көміртегі, арамид және шыныдан жасалған арматуралық талшықтар жиі кездеседі. Препрегтерді пайдалану үшін алдымен тасымалдаушының тірек қағазы алынады, содан кейін дайындық таспаны аспаптық бетке төсеу арқылы жүзеге асырылады (төлеу процесі). Қажетті қалыңдықты алу үшін бірнеше қабатты төсеуге болады. Жиі қолданылатын тәжірибе - көлденең немесе бұрыштық ламинат жасау үшін талшық бағытын ауыстыру. Соңында қатайту үшін жылу мен қысым қолданылады. Қолмен өңдеу де, автоматтандырылған процестер де препрегтерді кесу және төсеу үшін қолданылады.
ЖІБІЛІК ОРАМАСЫ: Үздіксіз күшейтетін талшықтар қуыс  және әдетте циклдік пішінді ұстану үшін алдын ала анықталған үлгіде дәл орналасады. Талшықтар алдымен шайыр ваннасынан өтеді, содан кейін автоматтандырылған жүйе арқылы оправкаға оралады. Орамды бірнеше рет қайталағаннан кейін қалаған қалыңдықтар алынады және қатайту бөлме температурасында немесе пештің ішінде орындалады. Енді оправка алынып, өнім бұзылады. Жіпті орау талшықтарды айналмалы, бұрандалы және полярлық үлгілерде орау арқылы өте жоғары беріктік пен салмақ қатынасын ұсына алады. Құбырлар, резервуарлар, қаптамалар осы әдіспен жасалады. 

 

• ҚҰРЫЛЫМДЫҚ КОМПОЗИТТЕР: Әдетте олар біртекті және композиттік материалдардан тұрады. Сондықтан олардың қасиеттері құрамдас материалдармен және оның элементтерінің геометриялық дизайнымен анықталады. Міне негізгі түрлері:
ЛАМИНАРЛЫ КОМПОЗИТТЕР: Бұл құрылымдық материалдар екі өлшемді парақтардан немесе жоғары беріктігі жоғары бағыттар бойынша панельдерден жасалған. Қабаттар қабаттасып, бір-біріне цементтеледі. Екі перпендикуляр осьте жоғары беріктік бағыттарын ауыстыра отырып, екі өлшемді жазықтықта екі бағытта да жоғары беріктігі бар композитті аламыз. Қабаттардың бұрыштарын реттеу арқылы қалаған бағытта беріктігі бар композитті жасауға болады. Заманауи шаңғы осылай жасалады. 
СЕНДВИЧ ПАНЕЛЛЕР: Бұл құрылымдық композиттер жеңіл, бірақ соған қарамастан жоғары қаттылық пен беріктікке ие. Сэндвич-панельдер алюминий қорытпалары, талшықты арматураланған пластмасса немесе болат сияқты қатты және берік материалдан жасалған екі сыртқы парақтан және сыртқы парақтар арасындағы өзектен тұрады. Өзек жеңіл болуы керек және көп жағдайда икемділік модулі төмен болуы керек. Танымал негізгі материалдар - қатты полимерлі көбік, ағаш және бал ұялары. Сэндвич-панельдер құрылыс индустриясында шатыр материалы, еден немесе қабырға материалы ретінде, сондай-ақ аэроғарыш өнеркәсібінде кеңінен қолданылады.  

 

• НАНОКОМПОЗИТТЕР: Бұл жаңа материалдар матрицаға енгізілген наноөлшемді бөлшектер бөлшектерінен тұрады. Нанокомпозиттерді пайдалана отырып, біз резеңке қасиеттерін өзгеріссіз сақтай отырып, ауаның өтуіне өте жақсы кедергі болатын резеңке материалдарды өндіре аламыз.