Производња композита и композитних материјала

Једноставно дефинисани, КОМПОЗИТИ или КОМПОЗИТНИ МАТЕРИЈАЛИ су материјали који се састоје од два или више материјала са различитим физичким или хемијским својствима, али када се комбинују они постају материјал који се разликује од саставних материјала. Морамо истаћи да саставни материјали остају одвојени и различити у структури. Циљ у производњи композитног материјала је да се добије производ који је супериорнији од његових састојака и комбинује жељене карактеристике сваког састојка. Као пример; снага, мала тежина или нижа цена могу бити мотиватор за пројектовање и производњу композита. Тип композита који нудимо су композити ојачани честицама, композити ојачани влакнима, укључујући керамичку матрицу / полимерну матрицу / металну матрицу / угљеник-угљеник / хибридне композите, структурне и ламиниране и сендвич структуриране композите и нанокомпозите.

_цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_

Технике производње које примењујемо у производњи композитних материјала су: пултрузија, процеси производње препрега, напредно постављање влакана, намотавање филамента, прилагођено постављање влакана, процес распршивања стаклопластике, тафтинг, процес ланксида, з-пиновање.
Многи композитни материјали се састоје од две фазе, матрице, која је континуирана и окружује другу фазу; и дисперзована фаза која је окружена матриксом.
Препоручујемо вам да кликнете овде да бистеПРЕУЗМИТЕ наше шематске илустрације производње композита и композитних материјала од стране АГС-ТЕЦХ Инц.
Ово ће вам помоћи да боље разумете информације које вам пружамо у наставку._цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_

_цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_

• КОМПОЗИТИ Ојачани честицама: Ова категорија се састоји од два типа: композита великих честица и композита ојачаних дисперзијом. У првом типу, интеракције честица-матрица се не могу третирати на атомском или молекуларном нивоу. Уместо тога, важи механика континуума. С друге стране, у композитима ојачаним дисперзијом честице су генерално много мање у распонима од десетина нанометара. Пример композита великих честица су полимери којима су додана пунила. Пунила побољшавају својства материјала и могу заменити део запремине полимера са економичнијим материјалом. Запремински удео две фазе утиче на понашање композита. Композити великих честица се користе са металима, полимерима и керамиком. ЦЕРМЕТИ су примери керамичких/металних композита. Наш најчешћи кермет је цементни карбид. Састоји се од ватросталне карбидне керамике као што су честице волфрамовог карбида у матрици метала као што је кобалт или никл. Ови карбидни композити се широко користе као алати за сечење каљеног челика. Чврсте честице карбида су одговорне за акцију резања и њихова жилавост је побољшана дуктилном металном матрицом. Тако добијамо предности оба материјала у једном композиту. Још један уобичајени пример композита великих честица који користимо су честице чађе помешане са вулканизованом гумом да би се добио композит високе затезне чврстоће, жилавости, кидања и отпорности на хабање. Пример композита ојачаног дисперзијом су метали и легуре метала ојачани и очврснути равномерном дисперзијом финих честица веома тврдог и инертног материјала. Када се врло мале љуспице алуминијум оксида додају у алуминијумску металну матрицу, добијамо синтеровани алуминијумски прах који има повећану чврстоћу на високим температурама._цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_

_цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_

• КОМПОЗИТИ Ојачани Влакнима: Ова категорија композита је у ствари најважнија. Циљ који треба постићи је висока чврстоћа и крутост по јединици тежине. Састав влакана, дужина, оријентација и концентрација у овим композитима су критични у одређивању својстава и корисности ових материјала. Постоје три групе влакана које користимо: бркови, влакна и жице. БРЦИ су веома танки и дугачки монокристали. Они су међу најјачим материјалима. Неки примери материјала за бркове су графит, силицијум нитрид, алуминијум оксид. _цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_ВЛАКНА са друге стране су углавном полимери или керамика и налазе се у поликристалном или аморфном стању. Трећа група су фине ЖИЦЕ које имају релативно велике пречнике и састоје се често од челика или волфрама. Пример композита ојачаног жицом су аутомобилске гуме које садрже челичну жицу унутар гуме. У зависности од материјала матрице, имамо следеће композите:
КОМПОЗИТИ ПОЛИМЕР-МАТРИЦА: Направљени су од полимерне смоле и влакана као састојка за појачање. Подгрупа ових који се називају полимерима ојачаним стакленим влакнима (ГФРП) композити садрже континуирана или дисконтинуална стаклена влакна унутар полимерне матрице. Стакло нуди високу чврстоћу, економично је, лако се производи у влакна и хемијски је инертно. Недостаци су њихова ограничена крутост и крутост, радне температуре су само до 200 – 300 Ц. Фиберглас је погодан за аутомобилске каросерије и транспортну опрему, каросерије бродских возила, контејнере за складиштење. Нису погодни за ваздухопловство нити за израду мостова због ограничене крутости. Друга подгрупа се зове композит полимера ојачаног карбонским влакнима (ЦФРП). Овде је угљеник наш материјал од влакана у полимерној матрици. Угљеник је познат по свом високом специфичном модулу и чврстоћи и способности да их одржи на високим температурама. Карбонска влакна могу нам понудити стандардне, средње, високе и ултрависоке затезне модуле. Штавише, угљенична влакна нуде различите физичке и механичке карактеристике и стога су погодна за различите инжењерске апликације по мери. ЦФРП композити се могу сматрати за производњу спортске и рекреативне опреме, посуда под притиском и ваздухопловних структурних компоненти. Ипак, друга подгрупа, полимерни композити ојачани арамидним влакнима су такође материјали високе чврстоће и модула. Њихов однос снаге и тежине је изузетно висок. Арамидна влакна су позната и под трговачким називима КЕВЛАР и НОМЕКС. Под затезањем раде боље од других материјала од полимерних влакана, али су слаби на компресију. Арамидна влакна су чврста, отпорна на ударце, отпорна на пузање и замор, стабилна на високим температурама, хемијски инертна осим на јаке киселине и базе. Арамидна влакна се широко користе у спортској роби, панцирима, гумама, ужадима, омотима каблова од оптичких влакана. Постоје и други материјали за ојачање влакнима, али се користе у мањој мери. То су углавном бор, силицијум карбид, алуминијум оксид. С друге стране, материјал полимерне матрице је такође критичан. Он одређује максималну температуру рада композита јер полимер генерално има нижу температуру топљења и разградње. Полиестери и винил естри се широко користе као полимерна матрица. Користе се и смоле које имају одличну отпорност на влагу и механичка својства. На пример, полиимидна смола се може користити до око 230 степени Целзијуса._цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_
КОМПОЗИТИ МЕТАЛНЕ МАТРИЦЕ: У овим материјалима користимо дуктилну металну матрицу и радне температуре су генерално више од њихових саставних компоненти. У поређењу са композитима полимер-матрица, они могу имати више радне температуре, бити незапаљиви и могу имати бољу отпорност на деградацију према органским течностима. Међутим, они су скупљи. Материјали за ојачање као што су бркови, честице, непрекидна и дисконтинуирана влакна; и матрични материјали као што су бакар, алуминијум, магнезијум, титанијум, суперлегуре се обично користе. Пример примене су компоненте мотора направљене од матрице алуминијумске легуре ојачане алуминијум-оксидом и угљеничним влакнима._цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_
КЕРАМИЧКО-МАТРИЧНИ КОМПОЗИТИ: Керамички материјали су познати по својој изузетно доброј поузданости при високим температурама. Међутим, они су веома ломљиви и имају ниске вредности жилавости на лом. Уграђивањем честица, влакана или бркова једне керамике у матрицу друге можемо постићи композите веће жилавости на лом. Ови уграђени материјали у основи инхибирају ширење пукотина унутар матрице помоћу неких механизама као што су скретање врхова пукотине или формирање мостова преко лица пукотине. На пример, глинице које су ојачане СиЦ брковима се користе као уметци за резне алате за машинску обраду легура тврдих метала. Они могу открити боље перформансе у поређењу са цементираним карбидима. _цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_
КОМПОЗИТИ УГЉЕНИК-УГЉЕНИК: И ојачање као и матрица су угљеник. Имају високе модуле затезања и чврстоће на високим температурама преко 2000 Ц, отпорност на пузање, високу жилавост лома, ниске коефицијенте топлотног ширења, високу топлотну проводљивост. Ова својства их чине идеалним за апликације које захтевају отпорност на топлотни удар. Слабост композита угљеник-угљеник је међутим њихова рањивост на оксидацију на високим температурама. Типични примери употребе су калупи за вруће пресовање, напредна производња компоненти турбинских мотора._цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_
ХИБРИДНИ КОМПОЗИТИ: Две или више различитих врста влакана су помешане у једној матрици. Тако се може кројити нови материјал са комбинацијом својстава. Пример је када су и угљенична и стаклена влакна уграђена у полимерну смолу. Карбонска влакна пружају крутост и снагу ниске густине, али су скупа. Стакло је с друге стране јефтино, али му недостаје крутост угљеничних влакана. Хибридни композит стакло-угљеник је јачи и чвршћи и може се производити по нижој цени.
ПРЕРАДА КОМПОЗИТА Ојачаних влакнима: За континуирану пластику ојачану влакнима са равномерно распоређеним влакнима оријентисаним у истом правцу користимо следеће технике.
ПУЛТРУЗИЈА: Израђују се шипке, греде и цеви континуалних дужина и константних попречних пресека. Континуирани ровови од влакана су импрегнирани термореактивном смолом и провлаче се кроз челичну матрицу да би се преформулисали у жељени облик. Затим пролазе кроз прецизну машинску матрицу за очвршћавање да би постигли свој коначни облик. Пошто се матрица за очвршћавање загрева, очвршћава матрицу смоле. Извлакачи провлаче материјал кроз калупе. Користећи уметнута шупља језгра, у могућности смо да добијемо цеви и шупље геометрије. Метода пултрузије је аутоматизована и нуди нам високе стопе производње. Могуће је произвести било коју дужину производа._цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_
ПРОЦЕС ПРОИЗВОДЊЕ ПРЕПРЕГ-а: Препрег је арматура од континуалних влакана претходно импрегнирана делимично очврслом полимерном смолом. Широко се користи за структуралне примене. Материјал долази у облику траке и испоручује се као трака. Произвођач га директно обликује и потпуно очвршћава без потребе за додавањем било какве смоле. Пошто препреги пролазе кроз реакције очвршћавања на собној температури, они се чувају на 0 Ц или нижим температурама. Након употребе преостале траке се чувају на ниским температурама. Користе се термопластичне и термореактивне смоле, а уобичајена су арматурна влакна од угљеника, арамида и стакла. Да би се користили препрегови, папир за подлогу се прво уклања, а затим се производња врши полагањем препрег траке на обрађену површину (процес постављања). Може се поставити неколико слојева да би се добила жељена дебљина. Честа пракса је да се мењају оријентације влакана да би се добио попречни или угаони ламинат. На крају се примењују топлота и притисак за сушење. За сечење препрега и полагање користе се и ручна обрада као и аутоматизовани процеси.
НАМОТАЈ ФИЛАМЕНТА: Непрекидна ојачавајућа влакна су тачно позиционирана у унапред одређеном узорку да прате шупљи _цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_и обично циклиндрични облик. Влакна прво пролазе кроз купку са смолом, а затим се аутоматизованим системом намотају на трн. Након неколико понављања намотавања добијају се жељене дебљине и очвршћавање се врши на собној температури или у пећници. Сада се трн уклања и производ се уклања из калупа. Намотавање филамента може понудити веома висок однос чврстоће и тежине намотавањем влакана у обим, спиралним и поларним обрасцима. Цеви, резервоари, кућишта се производе овом техником._цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_

_цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_

• СТРУКТУРНИ КОМПОЗИТИ: Генерално се састоје од хомогених и композитних материјала. Стога су својства ових материјала одређена саставним материјалима и геометријским дизајном његових елемената. Ево главних типова:
ЛАМИНАРНИ КОМПОЗИТИ: Ови структурни материјали су направљени од дводимензионалних лимова или панела са пожељним правцима високе чврстоће. Слојеви су сложени и цементирани заједно. Наизменичним правцима велике чврстоће у две управне осе, добијамо композит који има високу чврстоћу у оба смера у дводимензионалној равни. Подешавањем углова слојева може се произвести композит са чврстоћом у жељеним правцима. Модерне скије се производе на овај начин._цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_
СЕНДВИЧ ПАНЕЛИ: Ови структурни композити су лагани, али ипак имају високу крутост и снагу. Сендвич панели се састоје од два спољна листа направљена од чврстог и снажног материјала попут легура алуминијума, пластике ојачане влакнима или челика и језгра између спољних листова. Језгро треба да буде лагано и већину времена има низак модул еластичности. Популарни материјали за језгро су чврсте полимерне пене, дрво и саће. Сендвич панели се широко користе у грађевинској индустрији као кровни материјал, под или зидни материјал, а такође и у ваздухопловној индустрији. _цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_

_цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_

• НАНОКОМПОЗИТИ : Ови нови материјали се састоје од честица нано величине уграђених у матрицу. Користећи нанокомпозите можемо да произведемо гумене материјале који представљају веома добре баријере за продирање ваздуха, а истовремено задржавају непромењена својства гуме._цц781905-5цде-3194-бб3б-136бад5цф58д_