Composites & Composite Material Fabrikatioun

Einfach definéiert, COMPOSITES oder COMPOSITE MATERIALS si Materialien déi aus zwee oder multiple Materialien mat verschiddene physikaleschen oder chemeschen Eegeschafte besteet, awer wann se kombinéiert ginn, ginn se e Material dat anescht ass wéi d'Bestanddeelsmaterialien. Mir mussen drop hiweisen datt d'Bestanddeelsmaterialien separat an ënnerscheed bleiwen an der Struktur. D'Zil bei der Fabrikatioun vun engem Kompositmaterial ass e Produkt ze kréien dat superior ass wéi seng Bestanddeeler an déi gewënschte Feature vun all Bestanddeel kombinéiert. Als Beispill; Stäerkt, niddereg Gewiicht oder méi niddrege Präis kann de Motivator hannert engem Komposit designen a produzéieren. D'Zort vu Kompositen, déi mir ubidden, sinn Partikel-verstäerkt Kompositen, Glasfaser-verstäerkt Kompositen abegraff Keramik-Matrix / Polymer-Matrix / Metall-Matrix / Kuelestoff-Kuelestoff / Hybrid Kompositen, strukturell & laminéiert & Sandwich-strukturéiert Kompositen an Nanokomposite.

 

D'Fabrikatiounstechniken déi mir an der Kompositmaterial Fabrikatioun ofsetzen sinn: Pultrusioun, Prepreg Produktiounsprozesser, fortgeschratt Faserplazéierung, Filamentwindung, ugepasste Faserplazéierung, Glasfaser Spray Lay-up Prozess, Tufting, Lanxidprozess, Z-Pinning.
Vill Kompositmaterial besteet aus zwou Phasen, der Matrix, déi kontinuéierlech ass an déi aner Phase ëmginn; an déi verspreet Phase déi vun der Matrix ëmgi ass.
Mir recommandéieren dass Dir hei klickt firEroflueden eis schematesch Illustratioune vu Composites a Composite Material Manufacturing vun AGS-TECH Inc.
Dëst hëlleft Iech d'Informatioun besser ze verstoen déi mir Iech hei ënnen ubidden. 

 

• PARTIKEL-REINFORCED COMPOSITES : Dës Kategorie besteet aus zwou Zorte: Grousspartikel-Kompositen a Dispersioun-verstäerkt Composite. Am fréieren Typ kënnen d'Partikel-Matrix-Interaktiounen net um atomeschen oder molekulare Niveau behandelt ginn. Amplaz ass d'Kontinuummechanik valabel. Op der anerer Säit, an Dispersioun-verstäerkt Komposit Partikel sinn allgemeng vill méi kleng an Zénger vun Nanometer Beräicher. E Beispill vu grousse Partikelkomposit ass Polymeren, zu deenen Fëllstoffer bäigefüügt goufen. D'Filler verbesseren d'Eegeschafte vum Material a kënnen e puer vum Polymervolumen mat engem méi ekonomeschen Material ersetzen. D'Volumenfraktioune vun den zwou Phasen beaflossen d'Behuele vum Komposit. Grouss Partikelkomposite gi mat Metaller, Polymeren a Keramik benotzt. D'CERMETS si Beispiller vu Keramik / Metallkompositen. Eis stäerkste gemeinsam Cermet ass Zement Carbide. Et besteet aus refractaire Carbide Keramik wéi Wolfram Carbide Partikelen an enger Matrix vun engem Metal wéi Kobalt oder Néckel. Dës Karbidkomposite gi wäit benotzt als Schneidinstrumenter fir gehärte Stahl. Déi haart Karbidpartikele si verantwortlech fir d'Schneidaktioun an hir Zähegkeet gëtt vun der duktiler Metallmatrix verbessert. Sou kréien mir d'Virdeeler vu béide Materialien an engem eenzege Komposit. En anert allgemeng Beispill vun engem grousse Partikelkomposit, dee mir benotzen, ass Kueleschwarz Partikele gemëscht mat vulkaniséierte Gummi fir e Komposit mat héijer Spannkraaft, Zähegkeet, Tréine- a Abrasiounsbeständegkeet ze kréien. E Beispill vun enger Dispersioun-verstäerkt Komposit ass Metaller a Metalllegierungen verstäerkt an gehärt duerch d'uniform Dispersioun vu feine Partikelen vun engem ganz hart an inert Material. Wann ganz kleng Aluminiumoxidflakelen un d'Aluminiummetallmatrix bäigefüügt ginn, kréie mir gesintert Aluminiumpulver deen eng verstäerkte Héichtemperaturstäerkt huet. 

 

• FIBER-REINFORCED COMPOSITES : Dës Kategorie vu Composites ass tatsächlech déi wichtegst. D'Zil ze erreechen ass héich Kraaft a Steifheit pro Eenheet Gewiicht. D'Faserkompositioun, d'Längt, d'Orientéierung an d'Konzentratioun an dëse Kompositen ass kritesch fir d'Eegeschafte an d'Nëtzlechkeet vun dëse Materialien ze bestëmmen. Et ginn dräi Gruppe vu Faseren déi mir benotzen: Whiskers, Faseren an Drot. WHISKERS si ganz dënn a laang Eenkristallen. Si gehéieren zu de stäerkste Materialien. E puer Beispiller vu Whiskermaterialien si Grafit, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid.  FIBERS op der anerer Säit si meeschtens Polymer oder Keramik a sinn am polykristalleschen oder amorphen Zoustand. Déi drëtt Grupp ass fein WIRES déi relativ grouss Duerchmiesser hunn an dacks aus Stol oder Wolfram besteet. E Beispill vun Drot verstäerkt Komposit ass Autospneuen déi Stahldrot a Gummi integréiert. Ofhängeg vum Matrixmaterial hu mir déi folgend Kompositen:
POLYMER-MATRIX COMPOSITES: Dës ginn aus engem Polymerharz a Faseren als Verstäerkungsbestanddeel gemaach. Eng Ënnergrupp vun dësen genannt Glasfaser-Verstäerkte Polymer (GFRP) Composites enthalen kontinuéierlech oder diskontinuéierlech Glasfaser an enger Polymermatrix. Glas bitt héich Kraaft, et ass ekonomesch, einfach ze fabrizéiert a Faseren, an ass chemesch inert. D'Nodeeler sinn hir limitéiert Steifheit a Steifheit, Servicetemperaturen sinn nëmme bis 200 - 300 Grad Celsius. Fiberglass ass gëeegent fir Autoskierper an Transportausrüstung, Marine Gefierkierper, Lagerbehälter. Si sinn net gëeegent fir Raumfaart a Brécke maachen wéinst limitéierter Steifheet. Déi aner Ënnergrupp gëtt Carbon Fiber-Reinforced Polymer (CFRP) Composite genannt. Hei ass Kuelestoff eist Fasermaterial an der Polymermatrix. Kuelestoff ass bekannt fir säin héije spezifesche Modulus a Kraaft a seng Fäegkeet fir dës bei héijen Temperaturen z'erhalen. Kuelestofffaser kënnen eis Standard-, Mëttel-, Héich- an Ultrahéich Spannmodule ubidden. Ausserdeem bidden Kuelestofffaser verschidde physesch a mechanesch Charakteristiken an dofir gëeegent fir verschidde personaliséiert Ingenieursapplikatiounen. CFRP Composites kënne considéréiert ginn fir Sport- a Fräizäitausrüstung, Drockbehälter a Raumfaartstrukturkomponenten ze fabrizéieren. Awer eng aner Ënnergrupp, d'Aramid Fiber-Verstäerkt Polymer Composites sinn och héichstäerkt a modulus Materialien. Hir Kraaft a Gewiichtsverhältnisser sinn aussergewéinlech héich. Aramid Faseren sinn och bekannt duerch Handelsnumm KEVLAR an NOMEX. Ënner Spannung si se besser wéi aner Polymerfasermaterialien, awer si si schwaach an der Kompressioun. Aramid Faseren sinn haart, Schlagbeständeg, Kreep- a Middegkeet-resistent, stabil bei héijen Temperaturen, chemesch inert ausser géint staark Säuren a Basen. Aramid Faseren gi wäit an Sportartikelen, Kugelfest Weste, Pneuen, Seeler, Glasfaserkabelsheeten benotzt. Aner Faserverstäerkungsmaterialien existéieren awer ginn a mannerem Grad benotzt. Dëst sinn Bor, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid haaptsächlech. D'Polymer Matrixmaterial op der anerer Säit ass och kritesch. Et bestëmmt déi maximal Servicetemperatur vum Komposit well de Polymer allgemeng eng méi niddereg Schmelz- an Degradatiounstemperatur huet. Polyester a Vinylester gi wäit als Polymermatrix benotzt. Resins ginn och benotzt a si hunn exzellent Feuchtigkeitbeständegkeet a mechanesch Eegeschaften. Zum Beispill kann Polyimidharz bis zu ongeféier 230 Grad Celsius benotzt ginn. 
METAL-MATRIX COMPOSITES: An dëse Materialien benotze mir eng duktil Metallmatrix an d'Servicetemperature si meeschtens méi héich wéi hir Bestanddeeler. Wann Dir mat Polymer-Matrix-Komposite vergläicht, kënnen dës méi héich Operatiounstemperaturen hunn, net brennbar sinn, a kënne besser Ofbauresistenz géint organesch Flëssegkeeten hunn. Allerdéngs si méi deier. Verstäerkungsmaterialien wéi Whiskers, Partikelen, kontinuéierlech an diskontinuéierlech Faseren; a Matrixmaterialien wéi Kupfer, Aluminium, Magnesium, Titan, Superlegierungen ginn allgemeng benotzt. Beispill Uwendunge sinn Motorkomponenten aus Aluminiumlegierungsmatrix verstäerkt mat Aluminiumoxid a Kuelestofffaser. 
CERAMIC-MATRIX COMPOSITES: Keramikmaterialien si bekannt fir hir aussergewéinlech gutt Héichtemperatur Zouverlässegkeet. Wéi och ëmmer, si si ganz brécheg an hunn niddereg Wäerter fir Frakturzähegkeet. Andeems Dir Partikelen, Faseren oder Whiskers vun enger Keramik an d'Matrix vun engem aneren anzebezéien, kënne mir Komposite mat méi héijer Frakturzähegkeet erreechen. Dës embedded Materialien hemmen grondsätzlech d'Verbreedung vu Rëss an der Matrix duerch e puer Mechanismen wéi d'Ofdreiwung vun de Rëssspëtzen oder d'Form vun Brécke iwwer Rëss Gesiichter. Als Beispill ginn Alumina, déi mat SiC Whiskers verstäerkt sinn, als Schneidinstrument Inserts fir d'Maschinn vun hart Metalllegierungen benotzt. Dës kënne besser Leeschtunge verroden am Verglach mat Zementkarbiden.  
CARBON-CARBON COMPOSITES: Souwuel d'Verstäerkung wéi och d'Matrix si Kuelestoff. Si hunn héich tensile Moduli a Stäerkten bei héijen Temperaturen iwwer 2000 Centigrade, Kreep Resistenz, héich Fraktur Zähegkeet, niddereg thermesch Expansioun Koeffizienten, héich thermesch Leit. Dës Eegeschafte maachen se ideal fir Uwendungen déi thermesch Schockresistenz erfuerderen. D'Schwächheet vu Kuelestoff-Kuelestoff-Kompositen ass awer seng Schwachstelle géint Oxidatioun bei héijen Temperaturen. Typesch Beispiller vun der Notzung sinn waarm-pressende Schimmel, fortgeschratt turbinemotor Komponente Fabrikatioun. 
HYBRID COMPOSITES: Zwee oder méi verschidden Aarte vu Faseren ginn an enger eenzeger Matrix gemëscht. Sou kann een en neit Material mat enger Kombinatioun vun Eegeschafte personaliséieren. E Beispill ass wa béid Kuelestoff a Glasfaser an e Polymerharz agebaut ginn. Kuelestofffaser bidden niddereg Dicht Steifheit a Kraaft awer sinn deier. D'Glas op der anerer Säit ass preiswert awer feelt d'Steifheit vu Kuelestofffasern. De Glas-Kuelestoff Hybrid Komposit ass méi staark a méi haart a kann zu méi niddrege Käschten hiergestallt ginn.
VERWERKING VUN FIBER-VERSTÄRKTE KOMPOSITETEN: Fir kontinuéierlech faserverstäerkt Plastik mat eenheetlech verdeelt Faseren, déi an déiselwecht Richtung orientéiert sinn, benotze mir déi folgend Techniken.
PULTRUSION: Staang, Trägere a Réier vu kontinuéierlech Längt a konstante Querschnëtt ginn hiergestallt. Kontinuéierlech Faser-Rovinge gi mat engem Thermosetharz imprägnéiert a ginn duerch e Stahlstéier gezunn fir se an eng gewënscht Form ze preforméieren. Als nächst gi se duerch e präzis machinéierten Aushärtstierf fir seng definitiv Form z'erreechen. Zënter datt den Aushärtstierf erhëtzt ass, heelt et d'Harzmatrix. Pullers zéien d'Material duerch d'Stären. Mat agebaute huel Käre kënne mir Réier an huel Geometrien kréien. D'Pultrusiounsmethod ass automatiséiert a bitt eis héich Produktiounsraten. All Längt vum Produkt ass méiglech ze produzéieren. 
PREPREG PRODUCTION PROCESS: Prepreg ass eng kontinuéierlech Faserverstäerkung virimpregnéiert mat engem deelweis gehärte Polymerharz. Et gëtt vill fir strukturell Uwendungen benotzt. D'Material kënnt a Bandform a gëtt als Band verschéckt. Den Hiersteller formt et direkt a geheelt et komplett ouni de Besoin fir en Harz ze addéieren. Zënter Prepregs Aushärtungsreaktiounen bei Raumtemperaturen ënnerhalen, gi se bei 0 Grad oder méi niddereg Temperaturen gelagert. Nom Gebrauch ginn déi verbleiwen Bänner bei niddregen Temperaturen zréck gelagert. Thermoplastesch an thermohärtend Harz gi benotzt a Verstäerkungsfaser vu Kuelestoff, Aramid a Glas sinn heefeg. Fir Prepregs ze benotzen, gëtt d'Träger-Backpapier fir d'éischt geläscht an dann gëtt d'Fabrikatioun duerchgefouert andeems de Prepreg-Band op eng beaarbecht Uewerfläch geluecht gëtt (de Lay-up-Prozess). Verschidde Schichten kënne geluecht ginn fir déi gewënscht Dicke ze kréien. Heefeg Praxis ass d'Faser Orientéierung ofwiesselnd fir e Cross-Ply oder Wénkel-Ply Laminat ze produzéieren. Schlussendlech gi Hëtzt an Drock fir Aushärten applizéiert. Béid Handveraarbechtung wéi och automatiséiert Prozesser gi benotzt fir Prepregs a Lay-up ze schneiden.
FILAMENT WINDING: Kontinuéierlech Verstäerkungsfaser si präzis an engem virbestëmmten Muster positionéiert fir eng huel  an normalerweis cyclindirical Form ze verfollegen. D'Faseren ginn fir d'éischt duerch e Harzbad a ginn dann duerch en automatiséierte System op e Dorn gewéckelt. No e puer WicklungsWiederholungen ginn déi gewënscht Dicke kritt an d'Aushärtung gëtt entweder bei Raumtemperatur oder an engem Uewen gemaach. Elo gëtt de Stamm ofgeschaaft an d'Produkt gëtt ofgeschaaft. Filament Wicklung kann ganz héich Stäerkt-zu-Gewiicht Verhältnisser ubidden andeems d'Faseren a circumferential, spiralesch a polare Mustere wandert. Pipes, Panzer, casings sinn mat dëser Technik hiergestallt. 

 

• STRUKTURELL KOMPOSITÉIEREN : Allgemeng besteet dës aus homogenen a Kompositmaterialien. Dofir ginn d'Eegeschafte vun dësen duerch d'Materialien an de geometreschen Design vun hiren Elementer bestëmmt. Hei sinn déi Haaptarten:
LAMINAR COMPOSITES: Dës strukturell Materialien sinn aus zweedimensional Blieder oder Paneele mat bevorzugten Héichstäerkt Richtungen gemaach. Schichten gi gestapelt an zesummen zementéiert. Duerch d'Ofwiesselung vun den Héichstäerktrichtungen an den zwou senkrechte Achsen, kréie mir e Komposit, deen Héichstäerkt a béid Richtungen am zweedimensionalen Plang huet. Duerch Upassung vun de Wénkel vun de Schichten kann een e Komposit mat Kraaft an de bevorzugten Richtungen fabrizéiert. Modern Ski gëtt op dës Manéier hiergestallt. 
SANDWICH PANELEN: Dës strukturell Komposite si liicht awer hunn awer héich Steifheit a Kraaft. Sandwich Paneele besteet aus zwee baussenzege Blieder aus engem steife a staarke Material wéi Aluminiumlegierungen, Glasfaserverstäerkte Plastik oder Stahl an e Kär tëscht de baussenzege Blieder. De Kär muss liicht sinn a meeschtens e klengen Elastizitéitsmodul hunn. Populär Kärmaterialien sinn steife Polymerschaume, Holz an Hunneg. Sandwich Paneele gi wäit an der Bauindustrie als Dachmaterial, Buedem oder Mauermaterial benotzt, an och an der Raumfaartindustrie.  

 

• NANOCOMPOSITES : Dës nei Materialien besteet aus nanosized Partikelen, déi an enger Matrix agebonne sinn. Mat Nanokomposite kënne mir Gummimaterialien fabrizéieren déi ganz gutt Barrièren fir d'Loftpenetratioun sinn, wärend hir Gummieigenschaften onverännert behalen.