kompozitinė medžiaga sudlal, kompozitinė medžiaga impex
Sudėtinė medžiaga(km), sudėtinis- dirbtinai sukurta nevienalytė ištisinė medžiaga, susidedanti iš dviejų ar daugiau komponentų su aiškia sąsaja tarp jų. Daugumoje kompozitų (išskyrus sluoksniuotus) komponentus galima suskirstyti į matricą (arba rišiklį) ir sutvirtinančius elementus (arba užpildus). Konstrukcinės paskirties kompozituose armavimo elementai dažniausiai suteikia reikiamas medžiagos mechanines charakteristikas (stiprumą, standumą ir kt.), o matrica užtikrina bendrą armatūros elementų veikimą ir apsaugą nuo mechaninių pažeidimų bei agresyvios cheminės aplinkos.

Mechaninį kompozicijos elgesį lemia armuojančių elementų ir matricos savybių santykis, taip pat ryšių tarp jų stiprumas. Sukurto gaminio charakteristikos ir savybės priklauso nuo pradinių komponentų pasirinkimo ir jų derinimo technologijos.

Sujungus armuojančius elementus ir matricą, susidaro kompozicija, turinti savybių rinkinį, atspindintį ne tik pirmines jos komponentų savybes, bet ir naujas savybes, kurių atskiri komponentai neturi. Pavyzdžiui, sąsajų tarp armatūros elementų ir matricos buvimas žymiai padidina medžiagos atsparumą įtrūkimams, o kompozicijose, skirtingai nuo vienalyčių metalų, statinio stiprumo padidėjimas nesumažėja, o, kaip taisyklė, lūžimo atsparumo charakteristikų padidėjimas.

Kompozicijai sukurti naudojami įvairūs sutvirtinantys užpildai ir matricos. Tai getinaksas ir tekstolitas (laminuotas plastikas iš popieriaus ar audinio, suklijuotas termoreaktyviais klijais), stiklas ir grafito plastikas (audinis arba suvyniotas pluoštas iš stiklo arba grafito, impregnuotas epoksidiniais klijais), fanera. Yra medžiagų, kuriose ploni pluoštai, pagaminti iš didelio stiprumo lydinių, užpildomi aliuminio mase. Bulatas yra viena iš seniausių kompozitinių medžiagų. Jame ploniausi daug anglies turinčio plieno sluoksniai (kartais siūlai) „suklijuojami“ minkšta mažai anglies turinčia geležimi.

Medžiagų mokslininkai eksperimentuoja siekdami sukurti medžiagas, kurias būtų patogiau gaminti, taigi ir efektyviau. pigios medžiagos. Tiriamos savaime augančios kristalinės struktūros, suklijuotos į vientisą masę polimeriniais klijais (cementai, pridedant vandenyje tirpių klijų), termoplastinės kompozicijos su trumpais armuojančiais pluoštais ir kt.

  • 1 Kompozitų klasifikacija
  • 2 Kompozitinių medžiagų privalumai
  • 3 Kompozitinių medžiagų trūkumai
    • 3.1 Didelė kaina
    • 3.2 Savybių anizotropija
    • 3.3 Mažas atsparumas smūgiams
    • 3.4 Didelis specifinis tūris
    • 3.5 Higroskopiškumas
    • 3.6 Toksiškumas
    • 3.7 Mažas tinkamumas naudoti
  • 4 Programos
    • 4.1 Vartojimo prekės
    • 4.2 Sporto įranga
    • 4.3 Medicina
    • 4.4 Mechaninė inžinerija
      • 4.4.1 Charakteristikos
      • 4.4.2 Techninės specifikacijos
      • 4.4.3 Techniniai ir ekonominiai pranašumai
      • 4.4.4 Technologijos taikymo sritys
    • 4.5 Aviacija ir astronautika
    • 4.6 Ginklai ir karinė įranga
  • 5 Taip pat žr
  • 6 Pastabos
  • 7 Literatūra
  • 8 Nuorodos

Kompozitų klasifikacija

Kompozitai paprastai skirstomi pagal armuojančio užpildo tipą:

  • pluoštinis (sustiprinantis komponentas - pluoštinės struktūros);
  • sluoksniuotas;
  • užpildyti plastikai (armatūros komponentas - dalelės)
    • tūrinis (homogeniškas),
    • skeletas (pradinės struktūros užpildytos rišikliu).

Kompozitai taip pat kartais klasifikuojami pagal matricos medžiagą:

  • kompozitai su polimerine matrica,
  • kompozitai su keramine matrica,
  • metalo matricos kompozitai,
  • oksido-oksido kompozitai.

Kompozitinių medžiagų privalumai

Pagrindinis CM privalumas yra tai, kad medžiaga ir struktūra kuriami vienu metu. Išimtis yra prepregai, kurie yra pusgaminiai, skirti konstrukcijoms gaminti.

Iš karto verta paminėti, kad CM yra sukurti šioms užduotims atlikti, todėl negali sutalpinti visko galima nauda, tačiau kurdamas naują kompozitą, inžinierius gali suteikti jam charakteristikas, kurios yra žymiai pranašesnės už tradicinių medžiagų charakteristikas, kai atliekama tam tikra paskirtis tam tikrame mechanizme, bet prastesnės už jas kai kuriais kitais aspektais. Tai reiškia, kad CM negali būti geresnė už tradicinę medžiagą viskuo, tai yra, kiekvienam gaminiui inžinierius atlieka visus reikiamus skaičiavimus ir tik tada parenka optimalų tarp medžiagų gamybai.

  • didelis savitasis stiprumas (stiprumas 3500 MPa)
  • didelis tvirtumas (tamprumo modulis 130…140 - 240 GPa)
  • didelis atsparumas dilimui
  • didelis nuovargio stiprumas
  • Iš CM galima pagaminti stabilių matmenų konstrukcijas
  • lengvumas

Be to, skirtingos kompozitų klasės gali turėti vieną ar daugiau privalumų. Kai kurių privalumų negalima pasiekti vienu metu.

Kompozitinių medžiagų trūkumai

Kompozitinės medžiagos turi gana daug trūkumų, trukdančių joms plisti.

Didelė kaina

Didelę CM kainą lemia didelis gamybos žinių intensyvumas, būtinybė naudoti specialią brangią įrangą ir žaliavas, todėl išplėtota. pramoninės gamybos ir šalies mokslinę bazę. Tačiau tai galioja tik paprastus valcuotus gaminius iš juodųjų metalų pakeičiant kompozitais. Lengvų gaminių atveju laimi sudėtingos formos gaminiai, korozijai atsparūs gaminiai, didelio stiprumo dielektriniai gaminiai, kompozitai. Be to, kompozitinių gaminių kaina dažnai yra mažesnė nei analogų, pagamintų iš spalvotųjų metalų ar nerūdijančio plieno.

Savybių anizotropija

Anizotropija – tai CM savybių priklausomybė nuo matavimo krypties pasirinkimo. Pavyzdžiui, vienkrypčio anglies pluošto tamprumo modulis išilgai pluoštų yra 10-15 kartų didesnis nei skersine kryptimi.

Siekiant kompensuoti anizotropiją, padidinamas saugos koeficientas, kuris gali kompensuoti CM pranašumą specifiniu stiprumu. To pavyzdys yra patirtis naudojant CM gaminant naikintuvo MiG-29 vertikalią uodegą. Dėl naudojamo CM anizotropijos vertikali uodega buvo suprojektuota naudojant saugos koeficientą, kuris buvo standartinio aviacijos koeficiento 1,5 kartotinis, o tai galiausiai lėmė tai, kad sudėtinė vertikali Mig-29 uodega pasirodė esanti savo svoriu prilygsta klasikinės vertikalios uodegos struktūrai iš duraliuminio .

Tačiau daugeliu atvejų savybių anizotropija yra naudinga. Pavyzdžiui, vamzdžiai, veikiantys esant vidiniam slėgiui, patiria dvigubai didesnį trūkimo įtempį apskritimo kryptimi, palyginti su ašine kryptimi. Todėl vamzdis neturėtų būti vienodo stiprumo visomis kryptimis. Kompozitų atveju ši sąlyga gali būti lengvai pasiekiama dvigubai padidinus armatūrą apskritimo kryptimi, palyginti su ašine.

Mažas smūgio stiprumas

Dėl mažo atsparumo smūgiams taip pat reikia padidinti saugos koeficientą. Be to, mažas smūginis stipris sukelia didelę žalą CM gaminiams ir didelę paslėptų defektų tikimybę, kuriuos galima aptikti tik instrumentiniais tyrimo metodais.

Didelis specifinis tūris

Didelis specifinis tūris yra reikšmingas trūkumas naudojant CM srityse, kuriose griežtai ribojamas užimtas tūris. Tai taikoma, pavyzdžiui, viršgarsinės aviacijos sričiai, kur net ir nedidelis orlaivio tūrio padidėjimas žymiai padidina bangų aerodinaminį pasipriešinimą.

Higroskopiškumas

Kompozitinės medžiagos yra higroskopinės, tai yra, jos linkusios sugerti drėgmę, o tai yra dėl CM vidinės struktūros nenutrūkstamo. Ilgai eksploatuojant ir kartojantis temperatūros perėjimus iki 0 Celsijaus, vanduo, prasiskverbęs į CM struktūrą, sunaikina CM produktą iš vidaus (poveikis yra panašus į sunaikinimą greitkeliai ne sezono metu). Teisybės dėlei reikia pažymėti, kad nurodytas trūkumas reiškia pirmosios kartos kompozitus, kurių rišiklis buvo nepakankamai efektyvus sukibimas su užpildu, taip pat didelis tūris rišiklio matricoje. Šiuolaikiniai tipai Kompozitams, pasižymintiems dideliu rišiklio sukibimu su užpildu (pasiekiama naudojant specialius tepalus), gautiems vakuuminio formavimo metodais su minimaliu likutinių dujų ertmių kiekiu, šis trūkumas netaikomas, todėl visų pirma galima statyti kompozitinius laivus, gaminti kompozitines armatūras ir kompozicines atramas oro linijos galios perdavimas

Tačiau CM gali sugerti kitus skysčius, turinčius didelę prasiskverbimo savybę, pavyzdžiui, aviacinį žibalą ar kitus naftos produktus.

Toksiškumas

Veikimo metu CM gali išskirti dūmus, kurie dažnai yra toksiški. Jei CM naudojamas gaminant produktus, kurie bus arti žmonių (pavyzdžiui gali būti sudėtinis Boeing 787 Dreamliner fiuzeliažas), tada norint patvirtinti medžiagas reikia atlikti papildomus CM komponentų poveikio žmonėms tyrimus. naudojamas CM gamyboje.

Žemas veiklos efektyvumas

Kompozitinės medžiagos gali būti mažai pagaminamos, mažai prižiūrimos ir didelės eksploatacijos sąnaudos. Taip yra dėl to, kad reikia naudoti specialius daug darbo reikalaujančius metodus (o kartais ir rankų darbą), specialius įrankius objektų modifikavimui ir remontui iš CM. Dažnai gaminiai, pagaminti iš CM, apskritai nėra modifikuojami ar taisomi.

Programos

Vartojimo prekės

  • Gelžbetonis yra viena iš seniausių ir paprasčiausių kompozitinių medžiagų
  • Meškerės pagamintos iš stiklo pluošto ir anglies pluošto
  • Stiklo pluošto valtys
  • Automobilių padangos
  • Metalo kompozitai

Sporto inventorius

Kompozitai tvirtai įsitvirtino sporte: aukšti pasiekimai reikalauja didelio stiprumo ir mažo svorio, o kaina nevaidina ypatingo vaidmens.

  • Dviračiai
  • Kalnų slidinėjimo įranga - lazdos ir slidės
  • Ledo ritulio lazdos ir pačiūžos
  • Jiems baidarės, kanoja ir irklai
  • Kėbulo dalys lenktyniniams automobiliams ir motociklams
  • Šalmai

Vaistas

Medžiaga dantų plombavimui. Plastikinė matrica užtikrina gerą užpildymą, o stiklo dalelių užpildas padidina atsparumą dilimui.

Mechaninė inžinerija

Mechaninėje inžinerijoje kompozitinės medžiagos plačiai naudojamos kuriant apsauginės dangos ant trinties paviršių, taip pat įvairių vidaus degimo variklių dalių (stūmoklių, švaistiklio) gamybai.

Būdingas

Ši technologija naudojama papildomoms apsauginėms dangoms formuoti ant paviršių plieno-gumos trinties poromis. Technologijų naudojimas leidžia padidinti pramoninės įrangos, veikiančios vandens aplinkoje, tarpiklių ir velenų darbo ciklą.

Kompozitinės medžiagos susideda iš kelių funkcinių puikios medžiagos. Neorganinių medžiagų pagrindas yra magnio, geležies, aliuminio silikatai, modifikuoti įvairiais priedais. Faziniai perėjimai šiose medžiagose vyksta esant gana didelėms vietinėms apkrovoms, artimoms galutiniam metalo stiprumui. Tokiu atveju ant paviršiaus didelių vietinių apkrovų srityje susidaro didelio stiprumo metalo keramikos sluoksnis, dėl kurio galima keisti metalinio paviršiaus struktūrą.

Polimerinės medžiagos politetrafluoretileno pagrindu modifikuojamos itin smulkiais deimantų-grafito milteliais, gautais iš sprogstamųjų medžiagų, taip pat itin smulkiais minkštųjų metalų milteliais. Medžiagos plastifikavimas atliekamas santykinai žemoje (mažiau nei 300 °C) temperatūroje.

Organometalinėse medžiagose, gautose iš natūralių riebalų rūgščių, yra daug rūgščių funkcinių grupių. Dėl šios priežasties sąveika su paviršiaus metalo atomais gali būti vykdoma ramybės režimu. Trinties energija pagreitina procesą ir skatina kryžminių jungčių atsiradimą.

Specifikacijos

Priklausomai nuo kompozicinės medžiagos sudėties, apsauginė danga gali būti apibūdinama šiomis savybėmis:

  • storis iki 100 mikronų;
  • veleno paviršiaus švarumo klasė (iki 9);
  • turėti 1–3 mikronų dydžio poras;
  • trinties koeficientas iki 0,01;
  • didelis sukibimas su metaliniais ir guminiais paviršiais.

Techniniai ir ekonominiai privalumai

  • Didelių vietinių apkrovų srityje ant paviršiaus susidaro didelio stiprumo metalo keramikos sluoksnis;
  • Politetrafluoretileno paviršiuje suformuotas sluoksnis turi mažą trinties koeficientą ir mažą atsparumą abrazyviniam nusidėvėjimui;
  • Metalo-organinės dangos yra minkštos, turi mažą trinties koeficientą, porėtą paviršių, o papildomo sluoksnio storis – keli mikronai.

Technologijos taikymo sritys

  • Darbinio paviršiaus sandarinimas, siekiant sumažinti trintį ir sukurti atskiriamąjį sluoksnį, kuris neleidžia gumai prilipti prie veleno poilsio metu.
  • greitaeigiai vidaus degimo varikliai, skirti automobilių ir lėktuvų statybai.

Aviacija ir astronautika

Aviacijos ir kosmoso pramonėje nuo septintojo dešimtmečio iškilo skubus poreikis gaminti tvirtas, lengvas ir atsparias dilimui konstrukcijas. Kompozitinės medžiagos naudojamos orlaivių jėgos konstrukcijoms gaminti, dirbtiniai palydovai, šaudyklų ir kosminių zondų šilumą izoliuojančios dangos. Vis dažniau kompozitai naudojami orlaivių ir erdvėlaivių apvalkalams bei labiausiai apkrautiems galios elementams gaminti.

Ginklai ir karinė technika

Dėl savo savybių (stiprumo ir lengvumo) CM naudojami kariniuose reikaluose gamybai. įvairių tipųšarvai:

  • kūno šarvai (taip pat žr. Kevlaras)
  • šarvai karinei technikai

Iki IV a. pr. Kr e. buvo plačiai naudojami lankuose kaip ginklai.

Taip pat žr

  • Kompozitinė armatūra
  • Hibridinė medžiaga

Pastabos

  1. J. Lubinas. 1.2 Terminai ir apibrėžimai // Kompozitinių medžiagų vadovas: 2 knygos = Handbook of Composites. - M.: Mechanikos inžinerija, 1988. - T. 1. - 448 p. - ISBN 5-217-00225-5.

Literatūra

  • Kerber M. L., Polimerinės kompozicinės medžiagos. Struktūra. Savybės. Technologijos. - Sankt Peterburgas: Profesija, 2008. - 560 p.
  • Vasiljevas V.V., Kompozitinių medžiagų konstrukcijų mechanika. - M.: Mechanikos inžinerija, 1988. - 272 p.
  • Karpinos D.M., Kompozicinės medžiagos. Katalogas. - Kijevas, Naukovos Dūma

Nuorodos

  • Kompozitinių medžiagų ir konstrukcijų mechanikos žurnalas
  • TV siužetas „Mokslo miesto kompozicijos“.
  • „Juodojo sparno technologija“ televizijos siužetas

kompozicinės medžiagos impex, kompozitinės medžiagos sudlal, kompozitinis materializmas, kompozicinių medžiagų mokslas

Informacija apie sudėtines medžiagas

Medžiagos, kurių pagrindą sudaro keli komponentai, o tai lemia jų eksploatacines ir technologines charakteristikas. Kompozitai yra pagaminti iš metalo, polimero arba keramikos matricos. Papildomas sutvirtinimas atliekamas užpildais pluoštų, ūsų ir įvairių dalelių pavidalu.

Ar kompozitai yra ateitis?

Plastiškumas, tvirtumas, platus pritaikymas – tuo išsiskiria modernus kompozicinės medžiagos. Kas tai yra gamybos požiūriu? Šios medžiagos sudarytos iš metalinio arba nemetalinio pagrindo. Medžiagai sustiprinti naudojami didesnio stiprumo dribsniai. Iš jų galime išskirti plastiką, kuris yra armuotas boro, anglies, stiklo pluoštu arba aliuminiu, sutvirtintas plieniniais ar berilio siūlais. Jei sujungsite komponentų turinį, galite gauti skirtingo stiprumo, elastingumo ir atsparumo abrazyvais kompozitus.

Pagrindiniai tipai

Kompozitai klasifikuojami pagal jų matricą, kuri gali būti metalinė arba nemetalinė. Medžiagos su metaline matrica aliuminio, magnio, nikelio ir jų lydinių pagrindu įgauna papildomo stiprumo dėl pluoštinių medžiagų ar ugniai atsparių dalelių, kurios netirpsta pagrindiniame metale.

Kompozitai su nemetaline matrica yra pagaminti iš polimerų, anglies arba keramikos. Tarp polimerinių matricų populiariausios yra epoksidas, poliamidas ir fenolio-formaldehidas. Kompozicijos formą suteikia matrica, kuri atlieka savotiško rišiklio vaidmenį. Medžiagoms sustiprinti naudojami pluoštai, sruogos, siūlai ir daugiasluoksniai audiniai.

Kompozitinių medžiagų gamyba vykdoma remiantis šiais technologiniais metodais:

  • armuojančių pluoštų impregnavimas matricine medžiaga;
  • armavimo juostų ir matricos formavimas formoje;
  • šaltas komponentų spaudimas su tolesniu sukepimu;
  • elektrocheminis pluoštų padengimas ir tolesnis presavimas;
  • matricos nusodinimas purškiant plazmą ir vėliau suspaudžiant.

Koks kietiklis?

Kompozitinės medžiagos buvo pritaikytos daugelyje pramonės sričių. Mes jau pasakėme, kas tai yra. Tai medžiagos, kurių pagrindą sudaro keli komponentai, kurie būtinai sutvirtinti specialiais pluoštais arba kristalais. Pačių kompozitų stiprumas priklauso nuo pluoštų stiprumo ir elastingumo. Priklausomai nuo armatūros tipo, visi kompozitai gali būti suskirstyti:

  • ant stiklo pluošto;
  • anglies pluošto kompozitai su anglies pluoštu;
  • boro pluoštai;
  • organiniai pluoštai.

Armatūrinės medžiagos gali būti klojamos dviem, trimis, keturiais ar daugiau siūlų, tuo tvirtesnės ir patikimesnės bus kompozitinės medžiagos.

Medienos kompozitai

Atskirai verta paminėti medienos kompozitą. Jis gaunamas derinant įvairių rūšių žaliavas, kurių pagrindinis komponentas yra mediena. Kiekvienas medienos-polimero kompozitas susideda iš trijų elementų:

  • susmulkintos medienos dalelės;
  • termoplastinis polimeras (PVC, polietilenas, polipropilenas);
  • cheminių priedų kompleksas modifikatorių pavidalu - iki 5% jų medžiagos sudėtyje.

Populiariausia medienos kompozitų rūšis yra kompozitinė plokštė. Jo išskirtinumas slypi tame, kad jame sujungiamos tiek medienos, tiek polimerų savybės, o tai žymiai išplečia jo taikymo sritį. Taigi plokštė išsiskiria savo tankiu (jos rodikliui įtakos turi bazinė derva ir medienos dalelių tankis), geru atsparumu lenkimui. Tuo pačiu metu medžiaga yra ekologiška, išlaiko tekstūrą, spalvą ir aromatą natūrali mediena. Kompozitinių plokščių naudojimas yra visiškai saugus. Dėl polimerinių priedų kompozitinė plokštė įgyja aukšto lygio atsparumas dilimui ir atsparumas drėgmei. Galima naudoti terasų apdailai, sodo takai, net jei jie turi didelį krūvį.

Gamybos ypatybės

Medienos kompozitai turi ypatingą struktūrą dėl polimero pagrindo derinio su mediena. Tarp tokio tipo medžiagų galima išskirti įvairaus tankio medžio drožlių plokštes, orientuotas medžio drožlių plokštes ir medienos-polimero kompozitus. Kompozitinių medžiagų gamyba šio tipo atliekama keliais etapais:

  1. Mediena susmulkinta. Tam naudojami trupintuvai. Po smulkinimo mediena išsijojama ir padalinama į frakcijas. Jei žaliavos drėgnis viršija 15%, ji turi būti išdžiovinta.
  2. Pagrindiniai komponentai dozuojami ir sumaišomi tam tikromis proporcijomis.
  3. Gatavas produktas presuojamas ir suformatuojamas, kad išgautų prekinę išvaizdą.

Pagrindinės savybės

Aprašėme populiariausias polimerines kompozicines medžiagas. Kas tai yra, dabar aišku. Dėl sluoksniuotos struktūros kiekvieną sluoksnį galima sutvirtinti lygiagrečiais ištisiniais pluoštais. Atskirai verta paminėti šiuolaikinių kompozitų charakteristikas, kurios skiriasi:

  • didelė laikinojo pasipriešinimo ir ištvermės ribos vertė;
  • aukštas elastingumo lygis;
  • stiprumas, kuris pasiekiamas sutvirtinus sluoksnius;
  • Dėl standžių armuojančių pluoštų kompozitai yra labai atsparūs tempimo įtempiams.

Metalo pagrindo kompozitai pasižymi dideliu stiprumu ir atsparumu karščiui, tuo tarpu yra praktiškai neelastingi. Dėl pluoštų struktūros sumažėja įtrūkimų, kurie kartais atsiranda matricoje, plitimo greitis.

Polimerinės medžiagos

Polimeriniai kompozitai pateikiami įvairiais variantais, o tai atveria puikias galimybes juos panaudoti įvairiose srityse – nuo ​​odontologijos iki orlaivių gamybos. Kompozitai polimerų pagrindu užpildomi įvairiomis medžiagomis.

Perspektyviausiomis naudojimo sritimis galima laikyti statybą, naftos ir dujų pramonę, automobilių ir geležinkelio transporto gamybą. Būtent šios pramonės šakos sudaro apie 60% polimerinių kompozitinių medžiagų naudojimo apimties.

Dėl didelio stabilumo polimeriniai kompozitai korozijai, lygus ir tankus gaminių paviršius, gautas liejimo būdu, padidina galutinio gaminio patikimumą ir ilgaamžiškumą.

Pažvelkime į populiarias rūšis

Stiklo pluoštas

Šioms kompozicinėms medžiagoms sustiprinti naudojami stiklo pluoštai, suformuoti iš išlydyto neorganinio stiklo. Matrica yra pagrįsta termoaktyviomis sintetinėmis dervomis ir termoplastiniais polimerais, kurie pasižymi dideliu stiprumu, mažu šilumos laidumu ir aukštomis elektros izoliacinėmis savybėmis. Iš pradžių jie buvo naudojami antenų aptakų gamyboje kupolo formos konstrukcijų pavidalu. Šiuolaikiniame pasaulyje stiklo pluoštas plačiai naudojamas statybų pramonėje, laivų statyboje, buitinės įrangos ir sporto reikmenų gamyboje, radijo elektronikoje.

Daugeliu atvejų stiklo pluoštas gaminamas purškimo pagrindu. Šis metodas ypač efektyvus mažos ir vidutinės apimties gamyboje, pavyzdžiui, valčių korpusų, valčių, kajučių gamybai. kelių transportas, geležinkelio vagonai. Purškimo technologija yra patogi ir ekonomiška, nes nereikia pjauti stiklo medžiagos.

Anglies pluoštu sustiprintas plastikas

Polimerinių kompozicinių medžiagų savybės leidžia jas naudoti įvairiose srityse. Jie naudoja anglies pluoštą kaip užpildą, gaunamą iš sintetinių ir natūralių pluoštų celiuliozės ir pikio pagrindu. Pluoštas termiškai apdorojamas keliais etapais. Palyginti su stiklo pluošto plastikais, anglies pluoštai turi mažesnį tankį ir didesnį tankį, nors yra lengvi ir tvirti. Ačiū unikaliam eksploatacinės savybės Anglies pluošto plastikai naudojami mechanikos ir raketų inžinerijoje, kosmoso ir medicinos įrangos, dviračių ir sporto įrangos gamyboje.

Boroplastika

Tai daugiakomponentės medžiagos, kurių pagrindą sudaro boro pluoštai, įterpti į termoreaktingą polimero matricą. Patys pluoštai yra pavaizduoti monofilamentais, sruogelėmis, kurios yra pinamos pagalbiniu stiklo siūlu. Didelis siūlų kietumas užtikrina medžiagos tvirtumą ir atsparumą agresyviems veiksniams, tačiau tuo pačiu boro plastikai yra trapūs, o tai apsunkina apdorojimą. Boro pluoštai yra brangūs, todėl boro plastikai daugiausia naudojami aviacijos ir kosmoso pramonėje.

Organoplastika

Šiuose kompozituose užpildai daugiausia yra sintetiniai pluoštai – pakulos, siūlai, audiniai, popierius. Tarp ypatingų šių polimerų savybių yra mažas tankis, lengvumas lyginant su stiklo ir anglies pluošto plastikais, didelis atsparumas tempimui ir didelis atsparumas smūgiams bei dinaminėms apkrovoms. Ši kompozicinė medžiaga plačiai naudojama tokiose srityse kaip mechaninė inžinerija, laivų statyba, automobilių statyba, kosminių technologijų gamyboje, chemijos inžinerijoje.

Koks yra efektyvumas?

Dėl unikalios sudėties kompozitinės medžiagos gali būti naudojamos įvairiose srityse:

  • aviacijoje gaminant orlaivių dalis ir variklius;
  • kosmoso technologijašildomų prietaisų galios konstrukcijų gamybai;
  • automobilių pramonei sukurti lengvus kėbulus, rėmus, plokštes, buferius;
  • kasybos pramonė gręžimo įrankių gamyboje;
  • statybos inžinerija, skirta sukurti tiltų tarpatramius, surenkamų konstrukcijų elementus aukštybiniuose pastatuose.

Kompozitų naudojimas leidžia padidinti variklių ir elektrinių galią, kartu sumažinant mašinų ir įrangos svorį.

Kokios perspektyvos?

Pasak Rusijos pramonės atstovų, kompozicinės medžiagos priklauso naujos kartos medžiagoms. Planuojama, kad iki 2020 metų kompozitinės pramonės produkcijos vidaus gamybos apimtys padidės. Visoje šalyje jau vykdomi bandomieji projektai, skirti naujos kartos kompozitinėms medžiagoms kurti.

Kompozitus patartina naudoti įvairiose srityse, tačiau jis efektyviausias su aukštosiomis technologijomis susijusiose pramonės šakose. Pavyzdžiui, šiandien ne vienas orlaivis sukuriamas nenaudojant kompozitų, o kai kuriuose iš jų polimerinių kompozitų naudojama apie 60 proc.

Dėl galimybės derinti įvairius armuojančius elementus ir matricas galima gauti kompoziciją su tam tikru charakteristikų rinkiniu. O tai savo ruožtu leidžia šias medžiagas panaudoti įvairiose srityse.

CM gaminių projektavimo ir įgyvendinimo ypatybės

Kuriant, gaminant ir įvedant gaminius iš kompozicinių medžiagų pluoštinių užpildų (FCM) pagrindu, nėraBūtina atsižvelgti į keletą savybių, būdingų šiai medžiagų klasei:

a) ECM fizikinių ir mechaninių charakteristikų anizotropija.

Jei tradicinės medžiagos (plienas, ketus), taip pat dispersija sustiprintos CM turi izotropines savybes, tai ECM turi ryškią charakteristikų anizotropiją. Jei pluoštinės armatūros ir matricos charakteristikos labai skiriasi, santykis tarp ECM charakteristikų skirtingomis kryptimis gali skirtis plačiame diapazone: nuo 3-5 kartų iki 100 ar daugiau kartų.

b) Projektuodamas konstrukcijas iš tradicinių medžiagų, dizaineris susiduria su pusgaminiais lakštų pavidalu plienas, profiliniai valcavimo gaminiai, liejiniai ir kt. su garantuotais tiekėjais com savybės. Jo užduotis – parinkti tinkamus pusgaminius catov, nustatantis geometriją pagal funkcinę paskirtį, ir atskirų dalių sujungimo būdai. Technologo užduotis – užtikrinti nurodytos formos, dydžio ir kokybės konstrukcinį sujungimą ny elementai. Procesų, vykstančių visuose pusgaminio kūrimo etapuose, analizė, gaunant medžiagą su reikiamu charakteristikų lygiu teristika priklauso medžiagų mokslininkų kompetencijai. Atėjo laikas Formalus ir organizacinis produktų gavimo iš tradicinių medžiagų proceso padalijimas į tris etapus:

- medžiagų mokslas- reikiamų savybių turinčios medžiagos gavimascharakteristikos;

- dizainas- konstrukcinių gaminių projektavimas;

- technologinės- gaminių ir mašinų gamyba.

Šie etapai yra atskirti laike ir gali būti laikomi nesusijusiaistarpusavyje, jei dizaineris vadovaujasi medžiagų mokslininkų pasiektomis medžiagos savybėmis ir turi bendrų idėjų informacija apie šiuolaikinių technologijų lygį.

Konstrukcijų gamyba iš CM, kaip taisyklė, vyksta per vieną technologinę operaciją, kuriant medžiagą. Šiuo atveju sinchroninis tačiau gaminant konstrukciją vyksta sudėtingi fizikiniai-cheminiai procesai ir termofiziniai procesai, susiję su matricos struktūros formavimu ir agregatais virsmais, jos sąveika su armuojančia medžiaga. Juos lydi mechaniniai reiškiniai, tiesiogiai turinčios įtakos medžiagos savybėms ir laikomoji galia sudėtinisdalys, defektų susidarymui jame neapkrautoje būsenoje. Todėl dizaineris, kuriantis gaminius iš CM, kurdamas turi žinoti ir atsižvelgti į medžiagotyrinius CM kūrimo principus ir technologinius gaminių iš CM gamybos būdus. Technologas, neturintis projektavimo žinių apie pakrovimą ir eksploatavimo sąlygas, kuria bet kurio gaminio iš ECM negalima pagaminti efektyviai naudojant CM ir tradicinių medžiagų skirtumus, nes CM savybės priklauso nuo struktūrinių ir geometrinių veiksnių (armuojančių pluoštų ir matricos tūrio, sluoksnių skaičiaus ir išdėstymo bei ir tt), kurie nėra žinomi iš anksto. Todėl požiūris turėtų būtistruktūriniai ir technologiniai, o tai lemia organizacinius ypatumusproduktų gamybos iš CM nauda.

V)Dėl glaudaus ryšio tarp gamybos struktūrų etapųcijos iš KM - medžiagų, konstrukcijų ir gamybos technologijos kūrimas - tampa efektyviau naudoti specializuotus projektavimo biurus,turintis projektinį ir technologinį potencialą, įrengtasskaičiavimo technologija ir galinga, tačiau lanksti, patyrusi gamybanes reikia parengti visus dizaino sprendimusgaminių prototipų bandymas. Toks gamybos organizavimo metodas turėtų būti kiekvienoje pramonės šakoje, kurioje plačiai naudojamas CM.Pokytis: statybos, transporto, aviacijos, chemijos mapadangų gamyba, elektros pramonė ir kt., nes predjiems keliami reikalavimai labai skiriasi.

G)Projektuojant dalis iš polimerinių kompozitinių medžiagų, tai būtinaatsižvelgti į jų trūkumus:

Mažas šlyties stiprumas;

Žemos suspaudimo charakteristikos;

Padidėjęs šliaužimas;

Santykinai mažas PCM atsparumas karščiui.

Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas PCM gaminių jungtims dėl mažo šlyties ir kontaktinio stiprumo.

d)Nepaisant didelio susidomėjimo ribojančios būsenos klausimais tyrimai, patikimi saugumo ribos nustatymo metodainėra konstrukcinių elementų iš CM. Dėl sudėtingumo problemų, susijusių su produktų, pagamintų iš CM, stiprumu, jūsų svarba didėja bora metodais apdorojant eksperimentinių bandymų rezultatus ny.

Šiuo metu iš CM pagamintų konstrukcijų stiprumo įvertinimą sudaro bandymų rinkinys, įskaitant:

100% išbandyta esant eksploatacinėms apkrovoms;

Atrankiniai bandymai, kad konstrukcija būtų sunaikintania.

Kokybės užtikrinimas ir sėkmingas šių dviejų tipų testų atlikimas užtikrina technologinių procesų stabilumą.

IN pastaraisiais metais Išryškėja individualus kiekvienos dalies stiprumo įvertinimas naudojant neardomuosius bandymo metodustyrimai – ultragarsas, akustinė emisija ir kt.

e)CM dalių leistinų nuokrypių ir tvirtinimų nustatymas.

Nes paviršių susidarymas gaminiuose iš CM vyksta įvairiais būdais (vyniojimas, presavimas, klojimas ir kt.) ir jie dažniausiai nėra apdorojami mechaniniu būdu, tada sistema yra ikipaleidimai ir paviršių švaros reikalavimai turėtų būti statomi labai lankstus. Panašus požiūris turėtų būti taikomas ir reguliuojant masės sklaidą, susijusią su pradinių medžiagų parametrų sklaida ir jų santykiu CM, atsiradimu technologinio proceso metu. tūriai skiriasi užpildo orientacija ir kt.

ir)Perėjimas prie CM inžinerinių gaminių gamyboje turi įtakos mašinų komponentų detalizavimo problemoms. Nes medžiagos kon yra skirtas konkrečioms dalims, kurių ateityje nepageidautina apdirbti, tada, žinoma, ji atsistoja atskirų dalių sujungimo klausimas. Gamybos metodai panašių mašinų komponentų, pagamintų iš metalų, tyrimas, šiuo atveju arbaneveiksmingas arba visiškai nepriimtinas. Šiuo atžvilgiu patartinaIš CM, kuris anksčiau buvo padalintas į seriją, yra kitaipdalys, kurios vėliau buvo surenkamos į gaminį naudojant nuimamas arba nuolatines jungtis. Ši kryptis yra labai efektyvi,nes sumažinamos darbo ir energijos sąnaudos, nors sumažėja eksploatacinės išlaidos radijo imtuvai reikalauja pertvarkyti technologinę įrangą ir gamybos procesą.

Pavyzdžiui, JAV 1970 metais masinė lengvųjų automobilių gamyba transporto priemonių, buvo pristatytas priekinis skydas su anga apkalimuiradiatorius, kuris pirmą kartą buvo pagamintas iš CM lakšto. Be to, žemiausvorio 50%, buvo pasiektas reikšmingas suvartojimo sumažinimas dov sujungiant kelias dalis į vieną. Ši vientisa plokštė pašalino daugybę lakštinio metalo štampavimo operacijų, mechaninių apdorojimas mašinose ir surinkimas, pašalino su jais susijusias problemasliejimo formos, liejimo formos ir mašininiai tvirtinimo įrenginiai. Ji sujungė 16lakštinio metalo štampavimas ir įpurškimo formos dalys į vieną gabalą iš KM. 1979 m. daugiau nei 35 lengvųjų automobilių modeliai pradėjo naudoti priekines plokštes iš CM, įskaitant korpusus ir priekinių žibintų lizdus, stovėjimo žibintai, stabdžių žibintai, posūkio ir stovėjimo žibintai.

h)Būtina keisti požiūrį į CM naudojimo ekonominį efektyvumą. Paprastai ekonominis poveikisCM taikymą formuoja „vartotojas“ padidintos taktikos formabendros techninės, eksploatacinės gaminio charakteristikos, jo ilgaamžiškumas, techninis aptarnavimas ir kt. Taigi ekonominis efektasgalima nustatyti tik taikant sisteminį požiūrį, mokantis kuriame atsižvelgiama į visus bendro poveikio pakeitus tradicinius komponentus medžiaga apie KM, ir perėjimas prie nauja technologija gamybos metu dalių ar konstrukcijų tyrimai apskritai.

Tik individualus požiūris atsižvelgiant į šias savybes daro perėjimą prie CM, o ne metalų, naudojimo veiksmingu ir perspektyvus, atveriantis naujus vystymosi horizontus ir tobulinant technologijas.

Kompozitinių medžiagų klasifikacija

Pagal armuojančių užpildų tipą šiuolaikinės CM gali būti suskirstyti į dvi grupes:

Sustiprinta dispersija;

Pluoštiniai.

Sustiprinta dispersija Sudėtinės medžiagos (DCCM) yra medžiagos, kurių smulkios dalelės yra tolygiai paskirstytos matricoje, kurios skirtos atlikti stiprinimo fazės vaidmenį.Disperguotos užpildo dalelės į matricą įvedamos specialiais technologiniais metodais. Dalelės neturėtų aktyviai sąveikauti su matrica ir neturėtų joje ištirpti iki lydymosi temperatūros. Šiose medžiagose pagrindinę apkrovą užima matrica, kurioje dėl sutvirtinimo fazės susidaro konstrukcija, todėl sunku dabartinis dislokacijų judėjimas. Dispersijos sustiprintos CM yra izotropinės. Jų naudojamas aviacijoje, raketose ir kt. Disperguotų medžiagų kiekis fazė yra ~5-7% (vamzdžiai, laidai, folija, strypai ir kt.).

Skirtingų tipų DUCM stiprinamojo poveikio, atsirandančio dėl išsklaidytų dalelių įtraukimo į matricą, mechanizmas skiriasi.

1) Dispersiją sustiprintos kompozitinės medžiagos „plastikinė matrica – trapus užpildas“

Šio tipo medžiagų matricą galima pavaizduoti, pavyzdžiui, šiais metalais: Al, Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Ti. Dažniausiai kaip užpildai pasirenkami junginiai: oksidai (Al 2 O 3 ; SiO 2 ; Cr 2 O 3 ; ThO 2 ; TiO 2 ), karbidai (SiC ; TiC ), nitridai (Si 3 N 4 ; AlN ), boridai (TiB 2 ). CrB 2;

Remiantis eksperimentiniais duomenimis, galima suformuluoti tokius reikalavimus užpildo medžiagai, užtikrinant efektyviausią jos panaudojimą kaip stiprinimo fazę. Jis turi turėti:

Didelis atsparumas ugniai ( t pl . > 1000 ° SU);

Didelis kietumas ir didelis modulis elastingumas;

Didelis dispersiškumas (specifinis paviršius – Ssp≥ 10 m 2/g);

Gamybos ir eksploatacijos metu neturėtų būti išsklaidytų dalelių susiliejimo (susiliejimo);

Turi būti mažas išsklaidytų dalelių difuzijos greitis į metalinę matricą.

Grūdinimo mechanizmas kompozicinės medžiagos „plastikinė matrica – trapus užpildas“.

Stiprinimas vyksta per dislokacijos mechanizmą: jei atstumas tarp dalelių yra pakankamas, tai dislokacija, veikiama tangentinio įtempimo, tarp jų išsilenkia, jos atkarpos užsidaro už kiekvienos dalelės, aplink daleles suformuodamos kilpas. Teritorijose tarp dislokacijos kilpų susidaro tamprus įtempių laukas, todėl sunku išstumti naujus išnirimus tarp dalelių (1 pav.). Taip pasiekiamas atsparumo įtrūkimų branduolių susidarymui (iniciacijos) padidėjimas.

Ryžiai. 1. Scheminis dislokacijos kilpų susidarymo plastikinėje matricoje proceso vaizdas:

1 – dispersinės dalelės; 2 – dislokacijos linijos; 3 – dislokacijos kilpos; 4 – elastinis įtempių laukas;

d – užpildo dalelių dydis; L – atstumas tarp gretimų užpildo dalelių;

τ – tangentinių įtempių veikimo kryptis.

Kvitas kompozicinės medžiagos „plastikinė matrica – trapus užpildas“.

Apskritai, seka technologines operacijas gauti „plastikinės matricos – trapus užpildo“ tipo DUCM yra taip:

a) sudėtinių miltelių gavimas;

b) Presavimas;

c) sukepinimas;

d) Pusgaminio deformacija;

d) Atkaitinimas.

2) Dispersija sustiprintos kompozitinės medžiagos „trapi matrica – plastikinis užpildas“

Tokio DUCM struktūrą reprezentuoja keraminė matrica su joje tolygiai paskirstytomis metalo užpildo dalelėmis. Šie kompozitai priklauso kermetų klasei. Atstumas tarp gretimų dalelių nustatomas keičiant jų tūrio dalį, o sutvirtinimo efektas gali pasireikšti, kai dalelių kiekis yra 15-20% tūrio.

Ugniai atsparūs oksidai ir kai kurie ugniai atsparūs neoksidiniai junginiai gali būti naudojami kaip keraminė fazė: Al 2 O 3, 3Al 2 O 3∙ 2SiO 2, Cr 2 O 3, ZrO 2, ThO 2, Y 2 O 3, Si 3 N 4, TiN, ZrN, BN, ZrB 2, TiB 2, NbB 2, HfB 2. Kaip metalinė fazė – Fe, Co, Ni, Si, Cu, W, Mo, Cr, Nb, Ta, V, Zr, Hf, Ti. Kiekvienos konkrečios keramikos poros pasirinkimą kompozito gamybai lemia galimybė sukurti stabilią sąsają dėl kietosios fazės sąveikos, kai temperatūra neviršija labiausiai lydančio poros komponento lydymosi temperatūros, arba eutektinio lydalo susidarymo temperatūra.

Kompozitinių medžiagų sunaikinimo slopinimo mechanizmas „trapi matrica – plastikinis užpildas“ .

Tokių kompozitų naikinimo procesą galima suskirstyti į du etapus. Pirmajame etape, apkrovos metu, trapus matricos lūžis pirmiausia pradedamas dėl padidėjusios įtampos koncentracijos. mikronehomogeniškumas jo struktūra: mikroporos, grūdelių ribos, stambūs nelygiagrečiai grūdeliai. Pasiekus tam tikrą kritinį streso lygį, prasideda įtrūkimas.

Antrajame etape plintantis plyšys sąveikauja su plastiškomis metalo dalelėmis (2 pav.): jo gale veikia didžiausi įtempimai, dėl kurių metalo dalelės deformuojasi, pailgėja ir plyšta. Šiuo atveju šio kompozito ardymo darbas žymiai padidėja, palyginti su charakteristika nesutvirtintai medžiagai. Taip atsitinka dėl plyšio energijos sąnaudų plastinei visų dalelių, patenkančių į plyšio priekį, deformacijai. Dėl to padidėja atsparumas įtrūkimų atsiradimui, nes jo krantus dengia „jungiamieji tilteliai“, pagaminti iš kaliojo metalo.

Ryžiai. 2. Lūžių slopinimo trapioje matricoje iliustracija:

1 – metalo dalelės prieš plyšio priekį; 2 – susiformavo „bendravimo tiltai“. deformuota

metalo dalelės; 3 – sunaikintos metalo dalelės; 4 – įtrūkimų bankai;σ r– tempimo įtempiai

Kvitas kompozicinės medžiagos „trapi matrica – plastikinis užpildas“.

Technologinių operacijų seka, naudojama norint gauti:

a) sudėtinio miltelių mišinio gavimas;

b) organinio rišiklio įvedimas į mišinį;

c) Presavimas;

d) Organinių raiščių pašalinimas;

e) sukepinimas;

f) Mechaninis apdorojimas.

Siekiant užtikrinti komponentų miltelių mišinio suspaudžiamumą (suteikti plastiškumą), organinis rišiklis įvedamas sumaišant su bet kurio organinės medžiagos(polivinilo alkoholis, polivinilbutiralas, etilenglikolis, guma ir kt.), po to džiovinamas, kad pašalintų tirpiklį. Dėl šios operacijos kiekviena miltelių mišinio dalelė padengiama plonu plastifikatoriaus sluoksniu. Tada spaudžiant miltelių mišinį, supiltą į formą, jo dalelės surišamos į plastifikatoriaus sluoksnius. Po to, termiškai apdorojant produktus vakuume arba aliuminio oksido arba suodžių miltelių sluoksniuose, rišiklis pašalinamas esant temperatūrai. terminis sunaikinimas arba deginimas (300–400° SU). Pašalinus organinį rišiklį, dalelės gaminio tūryje išlaikomos daugiausia dėl trinties jėgų. Kompozito sukepinimo temperatūrą riboja keraminės matricos sukepinimo temperatūra. Jis atliekamas neutralioje dujų aplinkoje (argonas, helis) arba vakuume. Jei reikia, sukepinta medžiaga apdirbama deimantiniu įrankiu.

Pluoštiniai KMgalima klasifikuoti pagal armuojančio užpildo tipą. Jų gamyboje naudojamas didelio stiprumo stiklas, anglis, boras, organiniai pluoštai, metalinės vielos, daugybės karbidų ūsai, oksidai, nitridai ir kt.

Sutvirtinančios medžiagos naudojamos kaip monofilamentai, siūlai, sruogos, tinkleliai, audiniai, juostos ir drobės. Galima atskirti pluoštinius CMtaip pat pagal sutvirtinimo būdą: orientuotą ir stochastinį (atsitiktinį). Pirmuoju atveju kompozitai turi aiškiai apibrėžtą savybių anizotropiją; antroje, jie yra kvisiizotropiniai. Tūrio dalis užpildas pluoštiniame CM yra 60-70%.

Pagal matricos tipą Išskiriami kompozitai:

polimeras (PCM);

Metalas (MKM);

Keramika (KKM);

- anglis-anglis(UUKM).

Polimerinės kompozicinės medžiagos - Tai heterofaziniskompozicinės medžiagos su ištisine polimerine faze (matrica), kuriose atsitiktinai arba tam tikra tvarka pasiskirsto kietieji, skystieji arba dujiniai užpildai. Šios medžiagos užpildo dalį matricos tūrio, taip sumažindamos menkų arba brangių žaliavų suvartojimą ir (arba) modifikuoja sudėtį, suteikdamos jai. reikalingos savybės, nustatomas pagal paskirtį, gamybos ir perdirbimo technologinių procesų ypatumus, taip pat gaminių eksploatavimo sąlygas. Jiems Didžioji dauguma plastikų yra, gumos, dažai ir lakai, polimeriniai junginiai, klijai ir kt.

Priklausomai nuo polimerinės matricos tipo, išskiriami užpildyti termoplastikai ir termoplastikai (pagal polietilenas, polivinilchloridas, nailonas ir kt.), sintetinės dervos (poliesteris, epoksifenolis ir tt) ir gumos . Priklausomai nuo užpildo tipo, PCM skirstomas į dispersiškai užpildytus plastikus (užpildas - įvairių formų dispersinės dalelės, įskaitant susmulkintą pluoštą), sustiprintas plastikas(sudėtyje yra ištisinės pluoštinės struktūros armuojančio užpildo), dujomis užpildyti plastikai, pripildytas aliejaus gumos; Priklausomai nuo užpildo pobūdžio, užpildyti polimerai skirstomi į asbesto plastikus (asbesto užpildas), grafito sluoksnius (grafitą), medienos laminatai(medžio lukštas), stiklo pluošto plastikas (stiklo pluoštas), anglies pluošto plastikas (anglies pluoštas), organoplastikas (cheminis pluoštas), boroplastika(boro pluoštas) ir kt., taip pat hibridas, arba polipluoštas plastikai (užpildas – įvairių pluoštų derinys).

Pagal gamybos metodą PCM galima suskirstyti į: klojimas, vyniojimas, pultruzija, presavimas ir kt.

Šio metodo metu naudojami iš anksto paruošti užpildai. Šio metodo dėka garantuojamas aukštas produkto stiprumo homogeniškumas, kontroliuojami rodikliai. Tačiau gauto produkto kokybė labai priklauso nuo darbuotojų įgūdžių ir patirties.

Rankomis lietų stiklo pluošto gaminių gamyba skirstoma į kelis etapus. Pirmasis etapas vadinamas parengiamuoju etapu, kurio metu nuvalomas laukiamo produkto matricos paviršius, tada nuriebalinamas ir galiausiai padengiamas atpalaiduojančio vaško sluoksnis. Pirmojo etapo pabaigoje matrica padengiama apsauginiu ir dekoratyviniu sluoksniu - gelcoat. Šio sluoksnio dėka formuojamas išorinis būsimo gaminio paviršius, fiksuojama spalva ir užtikrinama apsauga nuo kenksmingų veiksnių, tokių kaip vanduo, ultravioletinė spinduliuotė ir cheminiai reagentai. Neigiamos matricos daugiausia naudojamos galutiniam produktui gaminti. Išdžiūvus specialiam gelcoat sluoksniui, galite pereiti prie kito etapo, kuris vadinamas liejimu. Šio etapo metu į matricą įdedama ir kitokio tipo užpildas. Toliau seka laukiamo produkto „skeleto“ formavimo procesas. Tada ant paruoštos stiklo medžiagos užtepama derva su katalizatoriumi, iš anksto sumaišyta. Derva turi būti tolygiai paskirstyta šepečiais ir minkštais voleliais visoje matricoje. Paskutinis etapas gali būti vadinamas riedėjimu. Jis naudojamas oro burbuliukams pašalinti iš dar nesukietėjusio laminato. Jei jie nebus pašalinti, tai turės įtakos gatavo produkto kokybei, todėl laminatas turi būti valcuojamas kietu voleliu. Kai gatavas produktas sukietėja, jis išimamas iš formos ir apdorojamas mechaniniu būdu, įskaitant skylių gręžimą, stiklo pluošto pertekliaus apipjaustymą aplink kraštus ir kt.

Šio metodo privalumai:

  • egzistuoja reali galimybė gauti sudėtingos formos ir nemažo dydžio gaminį su minimaliomis investicijomis;
  • gaminio dizainą galima nesunkiai pakeisti, nes į gaminį įdedamos įmontuotos detalės ir furnitūra, o įrangos ir reikalingos įrangos kaina yra gana maža;
  • Matricai gaminti naudojama bet kokia medžiaga, kuri gali išlaikyti savo proporcijas ir formą.

Šio metodo trūkumai:

  • didelės rankų darbo sąnaudos;
  • našumas yra gana žemas;
  • gaminio kokybė priklausys nuo lietojo kvalifikacijos;
  • Šis metodas tinka mažos apimties gaminiams gaminti.

2. Purškimas.

Šis metodas tinka mažos ir vidutinės apimties gamybai. Purškimo metodas turi daug pranašumų, palyginti su kontaktiniu liejimu, nors šio metodo įrangos įsigijimas reikalauja tam tikrų išlaidų.

Specialus montavimas leidžia uždėti apsauginę dangą ir plastiką. Dėl šios priežasties nereikia iš anksto pjaustyti medžiagos ir paruošti rišiklį, dėl to smarkiai sumažėja rankų darbo dalis. Specialios instaliacijos automatiškai tiksliai skaičiuoja dervos ir kietiklio dozes, taip pat supjausto verpalą į gabalus reikiamų dydžių(0,8 - 5 cm). Po pjovimo sriegio dalys turi patekti į rišiklio srautą ir persisotinti perkeliant į matricą. Naudojant rankinį darbą, stiklo pluošto tankinimas matricoje atliekamas naudojant valcavimo volą.

Keletas privalumų gaminant stiklo pluoštą purškiant:

  • taupomas laikas ir naudinga erdvė, nes nereikia pjauti medžiagos ir ruošti rišiklio;
  • galima sumažinti gamybinių plotų skaičių sumažinant specialiai paruoštų liejimui vietų skaičių;
  • gaminio formavimo greitis didėja;
  • supaprastinta gaminio kokybės kontrolė;
  • fondą darbo užmokesčio reikšmingas sutaupymas;
  • dėl to, kad roving yra santykinai nebrangi medžiaga, tuomet ženkliai sumažėja gauto produkto savikaina.

Kai paruošiamas rišiklis nedidelė suma, tuomet liejant rankiniu būdu ant įrankių ir konteinerio sienelių lieka iki 5% rišiklio, o tai yra gana neekonomiška. Yra žinoma, kad gauto produkto kokybė priklausys nuo įrengimo operatoriaus įgūdžių ir patirties. Taikant šį metodą naudojami tie patys įrankiai, kaip ir liejant rankomis.

3. Pultrusija.


Pultrusijos technologija paremta nuolatine vienaašiai orientuotų profilinių gaminių gamyba iš pluoštinių plastikų. Pastovaus skerspjūvio profilio gaminį iš tinkamos medžiagos galima gauti pultruzijos būdu.

Specialios pultruzijos mašinos dėka gaminamas stiklo pluošto profilis. Tokią mašiną sudaro sekcijos, skirtos armavimo medžiagoms tiekti, štampas, impregnavimo sekcijos, traukimo blokas ir valdymo blokas. šildymo elementai ir iš apipjaustymo skyriaus. Orientuoto pluošto pakuotę geriau sustiprinti sausoje būsenoje ir impregnuoti polimerine kompozicija, pumpuojama per sausą pakuotę. Šios technologijos dėka oras nepateks į medžiagą. Dervos perteklius sutekės atgal į keptuvę ir bus perdirbtas. Roving, kuris naudojamas kaip sutvirtinanti medžiaga, išvyniojamas iš ritinių sausoje būsenoje ir specialiu būdu surenkamas į ryšulį. Tada medžiaga patenka į impregnavimo įrenginį – tai speciali vonia su derva, kur ji visiškai sudrėkinama poliesteriu, epoksidine ar kitokiu rišikliu. Tada jau impregnuota medžiaga siunčiama į šildomą štampą, kurio užduotis yra suformuoti profilio konfigūraciją. Tada kompozicija sukietėja nurodytoje temperatūroje. Rezultatas buvo stiklo pluošto profilis, kurio konfigūracija atitinka štampo formą.

Įrodyta, kad gaminiai, pagaminti pultruzijos būdu, pasižymi pranašesnėmis savybėmis nei detalės, pagamintos klasikiniu liejimo būdu. Šio metodo kaina padidėja dėl daugelio šiam procesui būdingų pranašumų. Privalumai apima griežtą pluošto įtempimo ir kryptingumo kontrolę, sumažėjusias poras ir pastovaus pluošto kiekio kompozite palaikymą. Akivaizdu, kad net tarpsluoksnio šlyties savybė akivaizdžiai pagerėjo. Įjungta šiuo metu Sukurti keli bazinio pultruzijos proceso variantai, kurie domina daugelį ir daug reiškia pramonei. Jų pranašumai yra geros elektrinės, fizinės, cheminės ir šiluminės savybės, didelis našumas ir puikus matmenų toleravimas. Vienas iš šių pultruzijos būdų yra būtent skirtas nuolatinių plokščių ir lakštinių pusgaminių gamybai.

Tačiau kiekvienas metodas turi savo trūkumų. Šiam metodui būdingas toks trūkumas kaip proceso greitis, kuris priklausys nuo temperatūros ir rišiklio kietėjimo greičio. Paprastai jis yra mažas mažai karščiui atsparioms poliesterio dervoms. Kitas trūkumas yra tai, kad sunku užtikrinti pastovų gaminio skerspjūvį išilgai jo, išskyrus gaminius, kurių skerspjūvio forma ne itin sudėtinga - kvadratinė, apvali, I-sijos ir kt. Norėdami gauti gaminį, turite naudoti tik siūlus arba sruogas. Tačiau pastaruoju metu šie profilinių gaminių gamybos metodo trūkumai buvo palaipsniui panaikinti, o šio proceso panaudojimas gerokai išsiplėtė. Kaip polimerų matricos naudojama kompozicija, kurios pagrindą sudaro polivinilo eteriai ir epoksidinės dervos. Naudojant tokias polimerines matricas polisulfono, polietersulfono ir plastifikuoto poliimido pagrindu, galima pasiekti maždaug penkių mm skersmens strypų formavimo greitį maždaug šimto dviejų m/min greičiu.

Norint gauti sudėtingus armuoto profilio gaminius, būtina naudoti sluoksniuotų medžiagų, sudarytų iš pluoštinių kilimėlių ar audinių, piešimo metodą. Šiuo metu yra sukurti vamzdinių gaminių gamybos metodai, kuriuose derinamas spiralinio sluoksnio vyniojimas ir pravėdinimas. Vėjo turbinų mentės, turinčios sudėtingą skerspjūvio profilį, gali būti pateiktos kaip sudėtingą armavimo modelį turinčių medžiagų naudojimo pavyzdys. Jau sukurti įrankiai pusgaminiams, skirtiems automobilinėms lakštinėms spyruoklėms, kurie turi lenktą paviršių ir kintamą skerspjūvį, formuoti.

4. Apvija.

Vienas iš perspektyviausių stiklo pluošto gaminių liejimo būdų yra pluošto vyniojimo būdas, dėl to, kad gaminiuose sukuriama reikiama užpildo struktūra priklausomai nuo jų formos ir eksploatacinių savybių. Dėka sruogų, juostų, siūlų naudojimo kaip užpildų, tai užtikrina maksimalų gaminių stiprumą. Be to, tokie užpildai yra pigiausi.

Pluošto vyniojimo procesą galima apibūdinti kaip gana paprastą metodą, kai ant besisukančio įtvaro suvyniojama armavimo medžiaga nuolatinio pusverpalio (kukučio) arba sriegio (verpalų) pavidalu. Specialūs mechanizmai stebi apvijos kampą ir armuojančios medžiagos vietą. Šie įtaisai juda greičiu, atitinkančiu šerdies sukimąsi. Medžiaga apvyniojama aplink įtvarą juostelėmis, besiliečiančiomis viena su kita, arba tam tikru specialiu raštu, kol įtvaro paviršius visiškai padengiamas. Vienas po kito einantys sluoksniai gali būti dedami vienu kampu arba vienu kampu skirtingi kampai apvija, kol bus pasiektas reikiamas storis. Apvijos kampas svyruoja nuo labai mažo, kuris vadinamas išilginiu, iki didelio – apskritimo. Šis išdėstymas reiškia 90 0 įtvaro ašies atžvilgiu, apimantis visus šio intervalo spiralės kampus.

Termoreaktyvi derva tarnauja kaip sutvirtinančios medžiagos rišiklis. Šlapio vyniojimo procese derva užtepama tiesiogiai paties vyniojimo metu. Sauso vyniojimo procesas pagrįstas pusverpalio naudojimu, kuris B etape yra iš anksto impregnuotas derva. Grūdinimas atliekamas padidintoje temperatūroje be perteklinio slėgio. Paskutinis proceso etapas pagrįstas produkto paėmimu iš įtvaro. Jei reikia, gali būti atliekamos apdailos operacijos: mechaninis apdirbimas arba šlifavimas. Pagrindinis apvijos procesas pasižymi daugybe variantų, kurie skiriasi tik apvijos pobūdžiu, taip pat dizaino ypatybėmis, medžiagų deriniu ir įrangos tipu. Konstrukcija turi būti suvyniota kaip ant besisukančio paviršiaus. Tačiau galima formuoti ir kitokio tipo gaminius, pavyzdžiui, suspaudžiant dar nesukietėjusią suvyniotą dalį uždaros formos viduje.

Konstrukcija atrodo kaip lygus cilindras, vamzdis ar vamzdelis, kurio skersmuo svyruoja nuo kelių centimetrų iki kelių dešimčių centimetrų. Apvija leidžia formuoti kūginės, sferinės ir geodezinės formos gaminius. Norėdami gauti laivus aukšto slėgio ir akumuliacinės talpos, į apviją reikia įkišti galinį dangtelį. Galima formuoti gaminius, kurie veiks nestandartinėmis apkrovos sąlygomis, pavyzdžiui, esant išoriniam ar vidiniam slėgiui, suspaudimo apkrovoms ar sukimo momentui. Termoplastiniai vamzdžiai ir aukšto slėgio metaliniai indai sutvirtinami suvyniojus išorinėmis juostomis. Gauti produktai pasižymi dideliu tikslumu. Tačiau yra ir kita vyniojimo proceso pusė, kuriai būdingas mažesnis gamybos greitis. Privalumas yra tas, kad apvijai tinka absoliučiai bet kokia nuolat sutvirtinanti medžiaga.

Apvijos procesui gali būti naudojamos įvairių tipų mašinos – nuo ​​įvairių tekinimo staklių ir grandinėmis varomų staklių iki sudėtingesnių kompiuterizuotų agregatų, pasižyminčių trimis ar keturiomis judėjimo ašimis. Taip pat naudojamos mašinos, kurios nuolat gamina vamzdžius. Siekiant palengvinti didelių cisternų apvyniojimą, montavimo vietoje turėtų būti suprojektuota nešiojama įranga.

Pagrindiniai vyniojimo metodo privalumai:

  • ekonominiu požiūriu dėl proceso greičio pelningas medžiagos klojimo būdas;
  • galimybė reguliuoti dervos/stiklo santykį;
  • mažas savo svorio, bet tuo pačiu metu didelis stiprumas;
  • šis metodas nėra linkęs į koroziją ir puvimą;
  • santykinai nebrangios medžiagos;
  • gera laminatų struktūra, dėl to, kad profiliai turi kryptinį pluoštą, ir geras stiklo medžiagų kiekis.

5. Paspaudimas.

Presavimo procesas susideda iš tiesioginio norimos formos gaminio suteikimo, veikiant aukštam slėgiui, kuris formuojasi formoje esant greito medžiagos kietėjimo temperatūrai. Dėl išorinio slėgio presuojamoje medžiagoje ji sutankinama ir iš dalies suardoma ankstesnė struktūra. Dėl trinties tarp besiliečiančių medžiagos dalelių, kuri susidaro tankinant, susidaro šiluminė energija, kuri neabejotinai sukels rišiklio išsilydymą. Medžiagai patekus į viskoplastinę būseną, esant slėgiui, ji pasklinda formoje, sudarydama vientisą ir sutankintą struktūrą. Kietėjimo procesas pagrįstas makromolekulių kryžminio susiejimo reakcija dėl polikondensacijos tarp laisvųjų rišiklio grupių. Reakcijai reikalinga šiluma, kurios metu išsiskiria mažos molekulinės masės, lakios medžiagos, tokios kaip metanolis, vanduo, formaldehidas, amoniakas ir kt.

Tiesioginio presavimo technologijos parametrai:

  • pakaitinimo temperatūra;
  • spaudimo slėgis;
  • spaudimo temperatūra;
  • laikinas poveikis esant slėgiui;
  • paruošimo spaudai parametrai;

Tiesioginio presavimo metu slėgis tiesiogiai veikia pelėsių ertmėje esančią medžiagą, todėl formos dalys gali per anksti susidėvėti. Priklausomai nuo gaminio dydžio, presavimo ciklas gali trukti nuo 4 iki 7 minučių. Tiesioginis plastikų presavimas armatūrai yra dviejų tipų, kurie priklauso nuo to, kaip impregnuojamas pluošto užpildas:

  • Sausos, iš anksto impregnuotos drobės ir audiniai presuojami;
  • Jie presuojami impregnavimu tiksliai formoje.

Pirmasis metodas yra populiaresnis. Palyginti paprastų formų gaminiams gaminti naudojamas tiesioginis presavimas. Dėl aukštų reikalavimų detalės išorinio paviršiaus kokybei, ruošiant prepreg ruošinius buvo sukurti automatiniai komponentų dozavimo įrenginiai. Sukurti specialūs automatiniai manipuliatoriai, kurie pakrauna ruošinių pakuotes į kelių ertmių presavimo formas. Naujos kartos didelio tikslumo presai aprūpinti modernios sistemos valdymas, kurio dėka galima gauti kokybiško paviršiaus detales, o jų kaina yra maždaug tokia pati kaip plieninių dalių.

6. SMC technologija.


Rimta kliūtis kompozitinėms medžiagoms plisti yra menkas tradicinių jų gamybos technologijų pritaikymas šiuolaikinės stambios gamybos poreikiams, kuri taip pat yra visiškai automatizuota. Šiandien sudėtinės dalys tebėra „vienetinės prekės“. Brangi patyrusio personalo darbo jėga labai prisideda prie šių medžiagų sąnaudų dalies. Nepaisant to, pastaraisiais metais padarėme didelę pažangą kurdami automatizuotus kompozitų gamybos metodus. SMC technologija tapo viena populiariausių naujovių.

Galutiniams gaminiams, naudojantiems šią technologiją, taikomas dviejų etapų procesas. Pirmajam technologijos etapui būdinga tai, kad prepregas gaminamas ant automatinio konvejerio įrenginio, o jau antrajame etape prepregas plieninėse formose apdorojamas į gatavas dalis. Leiskite mums išsamiau apibūdinti šiuos etapus. Kaip rišiklio pagrindas naudojama nesočioji poliesterio derva. Jo pranašumai yra maža kaina ir trumpas kietėjimo laikas. Sutvirtinantis komponentas yra susmulkintas stiklo pluoštas, kuris atsitiktinai paskirstomas visame lakšto tūryje. Ilgalaikis saugojimas keletą mėnesių kambario temperatūroje, kurią užtikrina dervos kietėjimo sistema. Cheminiai tirštikliai padidina rišiklio klampumą po to, kai stiklo pluoštas buvo impregnuotas keliomis eilėmis, taip pagerindami preprego pagaminamumą ir padidindami jo galiojimo laiką. Mineraliniai užpildai, kurių į rišiklį dedama dideliais kiekiais, padidina gatavų gaminių atsparumą ugniai ir pastebimai pagerėja jų paviršiaus kokybė.

Gautas prepregas gali būti apdorojamas automatiniu būdu, naudojant presavimą įkaitintose plieno formose. Šios formos yra panašios į termoplastiko įpurškimo formas. Dėl rišiklio formulės prepregas sukietėja esant 150 C temperatūrai ir 50-80 barų slėgiui ~30 sek/mm storio greičiu. Labai mažas kietėjimo susitraukimas yra svarbi SMC technologijos savybė. Dėl didelio mineralinio užpildo ir specialių termoplastinių priedų kiekio susitraukimas yra iki 0,05%. Gautų gaminių atsparumas smūgiams yra 50-100 kJ/m2, o ardomasis lenkimo stiprumas - 120-180 MPa. Ekonomiškai tikslinga naudoti SMC technologiją gaminant aukštos kokybės kompozitinius gaminius dideliais kiekiais nuo kelių tūkstančių iki šimtų tūkstančių per mėnesį. Per metus Europos rinkoje pagaminama šimtai tūkstančių panašių medžiagų. Elektros energijos, automobilių ir geležinkelių pramonė yra didžiausi šių medžiagų vartotojai.

7. RTM (Resin Transfer Molding) metodas.

RTM metodas pagrįstas kompozitų impregnavimu ir liejimu liejimu, kurio metu rišiklis perkeliamas į uždarą matricą, kurioje jau yra užpildų ar ruošinių. Sutvirtinimui gali būti naudojami įvairūs įvairaus pynimo audiniai, pavyzdžiui, daugiaašės arba emulsinės medžiagos, miltelinio stiklo kilimėliai. Rišiklis yra derva, kuri sustingsta per 50-120 minučių ir pasižymi mažu dinaminiu klampumu. GOST 28593-90 nustato dervos klampumą ir želėjimo laiką.

Šis metodas puikiai tinka standartiniams 500–10 000 produktų kiekiams per metus. Matricos dizainą sudaro kompozicinės arba plieninės formos, kurios iš abiejų pusių atkartoja išorinius detalės kontūrus. Konstrukcijos pasižymi aukštomis temperatūrinėmis charakteristikomis, kurios laikosi tiksliai sulygiavus uždarus plieninius rėmus, kurie laikomi tvirtinimo taškuose.

Šis metodas idealiai tinka matricoms nuo 0,2m2 iki 100m2 gaminti. Matricos dizainą sudaro kompozicinės arba plieno formos. Kontūrinė matrica susideda iš lengvesnių ir lankstus dizainas. Matricos pusės yra sujungtos viena su kita veikiant vakuumui.

RTM technologijos pranašumai:

  • automatizuota gamyba, kuri sumažina atsitiktinį žmogaus įsikišimo pobūdį;
  • sumažinamas ir kontroliuojamas naudojamų žaliavų kiekis;
  • sumažinamas medžiagos poveikis aplinkai;
  • pagerintos darbo sąlygos;
  • santykinai patvarūs gaminiai sukuriami dėl geresnio impregnavimo;
  • santykinai pigi įranga.

1. Kompozitinės arba kompozicinės medžiagos – ateities medžiagos.

Šiuolaikinei metalų fizikai detaliai išaiškinus jų plastiškumo, stiprumo ir jo didėjimo priežastis, prasidėjo intensyvus sistemingas naujų medžiagų kūrimas. Tai tikriausiai paskatins jau įsivaizduojamoje ateityje sukurti medžiagas, kurių stiprumas yra daug didesnis nei įprastų lydinių šiandien. Šiuo atveju didelis dėmesys bus skiriamas jau žinomiems plieno grūdinimo ir aliuminio lydinių sendinimo mechanizmams, šių žinomų mechanizmų deriniams su formavimo procesais ir daugybei kombinuotų medžiagų kūrimo galimybių. Kombinuotos medžiagos, sustiprintos pluoštu arba išsklaidytomis kietosiomis dalelėmis, siūlo du perspektyvius būdus. Pirmasis, kuris į neorganinio metalo arba organinio polimero matricą įveda geriausius didelio stiprumo stiklo, anglies, boro, berilio, plieno arba į siūlus panašius pavienius kristalus. Dėl šio derinio didžiausias stiprumas derinamas su dideliu elastingumo moduliu ir mažu tankiu. Kompozitinės medžiagos yra būtent tokios ateities medžiagos.

Kompozicinė medžiaga yra konstrukcinė (metalinė arba nemetalinė) medžiaga, kurioje yra sutvirtinančių elementų siūlų, pluoštų arba tvirtesnės medžiagos dribsnių pavidalu. Kompozitinių medžiagų pavyzdžiai: plastikas, sutvirtintas boru, anglimi, stiklo pluoštu, sruogomis arba jų pagrindu pagamintais audiniais; aliuminis sustiprintas plieniniais ir berilio siūlais. Sujungus tūrinį komponentų kiekį, galima gauti reikiamas stiprumo, atsparumo karščiui, tamprumo modulio, abrazyvinio atsparumo vertes turinčias kompozitines medžiagas, taip pat sukurti kompozicijas su reikiamomis magnetinėmis, dielektrinėmis, radiaciją sugeriančiomis ir kt. ypatingos savybės.

2. Kompozitinių medžiagų rūšys.

2.1. Kompozitinės medžiagos su metaline matrica.

Kompozitines medžiagas arba kompozicines medžiagas sudaro metalinė matrica (dažniausiai Al, Mg, Ni ir jų lydiniai), sutvirtinta didelio stiprumo pluoštais (pluoštinėmis medžiagomis) arba smulkiai išsklaidytomis ugniai atspariomis dalelėmis, kurios netirpsta pagrindiniame metale (dispersija sustiprintos medžiagos) . Metalinė matrica sujungia pluoštus (dispersines daleles) į vieną visumą. Pluoštas (dispersinės dalelės) ir rišiklis (matrica), sudarantys vieną ar kitą kompoziciją, vadinami kompozicinėmis medžiagomis.

2.2. Kompozitinės medžiagos su nemetalia matrica.

Rastos kompozicinės medžiagos su nemetaline matrica platus pritaikymas. Polimeras, anglis ir keraminės medžiagos. Iš polimerinių matricų didžiausias paskirstymas gavo epoksidą, fenolio formaldehidą ir poliamidą.
Koksuotos arba pirokarboninės anglies matricos gaunamos iš sintetinių polimerų, kuriems taikoma pirolizė. Matrica suriša kompoziciją, suteikdama jai formą. Stiprintuvai yra pluoštai: stiklas, anglis, boras, organiniai, kurių pagrindą sudaro ūsų kristalai (oksidai, karbidai, boridai, nitridai ir kiti), taip pat metalas (vielos), pasižymintis dideliu stiprumu ir standumu.

Kompozitinių medžiagų savybės priklauso nuo komponentų sudėties, jų derinio, kiekybinio santykio ir sukibimo tarp jų stiprumo.
Sutvirtinančios medžiagos gali būti pluoštų, sruogų, siūlų, juostų, daugiasluoksnių audinių pavidalo.

Kietiklio kiekis orientuotose medžiagose yra 60-80 tūrio. %, neorientuotose (su atskiromis skaidulomis ir ūsais) - 20-30 t. %. Kuo didesnis pluoštų stiprumas ir tamprumo modulis, tuo didesnis kompozitinės medžiagos stiprumas ir standumas. Matricos savybės lemia kompozicijos stiprumą šlyties ir gniuždymo metu bei atsparumą nuovargiui.

Pagal armatūros tipą kompozitinės medžiagos skirstomos į stiklo pluoštus, anglies pluoštus su anglies pluoštais, boro pluoštus ir organinius pluoštus.

Sluoksniuotose medžiagose pluoštai, siūlai, juostos, impregnuotos rišikliu, klojami lygiagrečiai vienas kitam klojimo plokštumoje. Plokšti sluoksniai surenkami į plokštes. Savybės yra anizotropinės. Kad medžiaga dirbtų gaminyje, svarbu atsižvelgti į veikiančių apkrovų kryptį. Galima sukurti medžiagas, turinčias tiek izotropinių, tiek anizotropinių savybių.
Pluoštai gali būti klojami skirtingais kampais, keičiant kompozitinių medžiagų savybes. Medžiagos lenkimo ir sukimo standumas priklauso nuo sluoksnių klojimo per visą pakuotės storį eilės tvarka.

Naudojami trijų, keturių ar daugiau sriegių sutvirtinimai.
Plačiausiai naudojama konstrukcija iš trijų viena kitai statmenų siūlų. Sustiprintuvai gali būti išdėstyti ašine, radialine ir apskritimo kryptimis.

Trimatės medžiagos gali būti bet kokio storio blokų ar cilindrų pavidalu. Tūriniai audiniai, palyginti su laminuotais audiniais, padidina lupimo stiprumą ir atsparumą šlyčiai. Išskaidant armatūrą išilgai kubo įstrižainių, sukonstruota keturių siūlų sistema. Keturių siūlų struktūra yra pusiausvyra ir padidino šlyties standumą pagrindinėse plokštumose.
Tačiau sukurti keturių krypčių medžiagas yra sunkiau nei sukurti trijų krypčių medžiagas.

3. Kompozitinių medžiagų klasifikacija.

3.1. Pluoštinės kompozicinės medžiagos.

Dažnai kompozitinė medžiaga yra sluoksniuota struktūra, kurioje kiekvienas sluoksnis yra sustiprintas daugybe lygiagrečių ištisinių pluoštų. Kiekvienas sluoksnis taip pat gali būti sutvirtintas ištisiniais pluoštais, įaustais į originalios formos audinį, kurio plotis ir ilgis atitinka galutinę medžiagą. Dažnai pluoštai įpinami į erdvines struktūras.

Kompozitinės medžiagos skiriasi nuo įprastų lydinių didesnėmis tempimo stiprio ir patvarumo ribos vertėmis (50–10%), tamprumo moduliu, standumo koeficientu ir mažesniu jautrumu įtrūkimams. Kompozitinių medžiagų naudojimas padidina konstrukcijos tvirtumą ir tuo pačiu sumažina metalo sąnaudas.

Kompozitinių (pluoštinių) medžiagų stiprumą lemia pluoštų savybės; matrica daugiausia turėtų perskirstyti įtempius tarp armuojančių elementų. Todėl pluoštų stiprumas ir tamprumo modulis turi būti žymiai didesnis už matricos stiprumą ir tamprumo modulį.
Standūs armuojantys pluoštai apkrovos metu suvokia kompozicijoje atsirandančius įtempius, suteikdami jai tvirtumo ir standumo pluošto orientacijos kryptimi.

Aliuminiui, magniui ir jų lydiniams sustiprinti naudojamas boras, taip pat pluoštai iš ugniai atsparių junginių (karbidų, nitridų, boridų ir oksidų), turinčių didelį stiprumo ir elastingumo modulį. Viela, pagaminta iš didelio stiprio plieno, dažnai naudojama kaip pluoštas.

Titano ir jo lydinių sutvirtinimui naudojama molibdeno viela, safyro pluoštai, silicio karbidas ir titano boridas.

Nikelio lydinių atsparumas karščiui padidinamas juos sutvirtinus volframo arba molibdeno viela. Metalo pluoštai taip pat naudojami tais atvejais, kai reikalingas didelis šilumos ir elektros laidumas. Perspektyvūs didelio stiprumo ir didelio modulio pluoštinių kompozitinių medžiagų stiprintuvai yra ūsai, pagaminti iš aliuminio oksido ir nitrido, silicio karbido ir nitrido, boro karbido ir kt.

Metalo pagrindo kompozitinės medžiagos pasižymi dideliu stiprumu ir atsparumu karščiui, tuo pat metu turi mažą plastiškumą. Tačiau pluoštai kompozicinėse medžiagose sumažina matricoje atsiradusių įtrūkimų plitimo greitį, o staigus trapus gedimas beveik visiškai išnyksta. Išskirtinis bruožas Pluoštinėms vienaašėms kompozitinėms medžiagoms būdinga mechaninių savybių anizotropija išilgai ir skersai pluoštų bei mažas jautrumas įtempių koncentratoriams.

Į pluoštinių kompozitinių medžiagų savybių anizotropiją atsižvelgiama projektuojant dalis, siekiant optimizuoti savybes, suderinant atsparumo lauką su įtempių laukais.

Aliuminio, magnio ir titano lydinių sutvirtinimas ištisiniais ugniai atspariais boro, silicio karbido, titano doborido ir aliuminio oksido pluoštais žymiai padidina atsparumą karščiui. Kompozitinių medžiagų bruožas yra mažas minkštėjimo greitis laikui bėgant didėjant temperatūrai.

Pagrindinis kompozitinių medžiagų su vienmačiu ir dvimačiu armatūra trūkumas yra mažas atsparumas tarpsluoksnių šlyčiai ir skersiniam lūžimui. Medžiagos su tūrine armatūra to neturi.

3.2. Dispersiją sustiprintos kompozicinės medžiagos.

Skirtingai nuo pluoštinių kompozitinių medžiagų, dispersija sustiprintose kompozicinėse medžiagose matrica yra pagrindinė laikantis elementas, o išsklaidytos dalelės slopina dislokacijų judėjimą joje.
Didelis stiprumas pasiekiamas, kai dalelių dydis yra 10–500 nm, o vidutinis atstumas tarp jų yra 100–500 nm ir vienodas jų pasiskirstymas matricoje.
Stiprumas ir atsparumas karščiui, priklausomai nuo stiprinimo fazių tūrinio kiekio, nepaklūsta adityvumo dėsniui. Optimalus antrojo etapo turinys įvairių metalų skiriasi, bet dažniausiai neviršija 5-10 t. %.

Matriciniame metale netirpių stabilių ugniai atsparių junginių (torio, hafnio, itrio oksidų, kompleksinių oksidų ir retųjų žemių metalų junginių) naudojimas kaip stiprinimo fazes leidžia išlaikyti aukštą medžiagos stiprumą iki 0,9-0,95 T. Šiuo atžvilgiu tokios medžiagos dažnai naudojamos kaip karščiui atsparios. Dispersijos būdu sustiprintos kompozicinės medžiagos gali būti gaunamos iš daugumos technologijoje naudojamų metalų ir lydinių.

Plačiausiai naudojami aliuminio lydiniai yra SAP (sukepinto aliuminio milteliai).

Šių medžiagų tankis yra lygus aliuminio tankiui, jos nenusileidžia jam atsparumu korozijai ir netgi gali pakeisti titaną ir korozijai atsparų plieną, kai dirbama 250-500 °C temperatūroje. Ilgalaikiu stiprumu jie pranašesni už kaltinius aliuminio lydinius. Ilgalaikis lydinių SAP-1 ir SAP-2 stiprumas 500 °C temperatūroje yra 45-55 MPa.

Nikelio dispersija sustiprintos medžiagos turi didelių perspektyvų.
Aukščiausią atsparumą karščiui turi nikelio pagrindo lydiniai, kurių 2-3 t. % torio dioksido arba hafnio dioksido. Šių lydinių matrica paprastai yra kietas Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr ir Mo tirpalas. Plačiai naudojami lydiniai VDU-1 (nikelis sustiprintas torio dioksidu), VDU-2 (nikelis sustiprintas hafnio dioksidu) ir VD-3 (Ni + 20% Cr matrica, sustiprinta torio oksidu). Šie lydiniai pasižymi dideliu atsparumu karščiui. Dispersijos būdu sustiprintos kompozicinės medžiagos, kaip ir pluoštinės, yra atsparios minkštėjimui, didėjant temperatūrai ir veikimo trukmei tam tikroje temperatūroje.

3.3. Stiklo pluoštas.

Stiklo pluoštas yra kompozicija, sudaryta iš sintetinės dervos, kuri yra rišiklis, ir stiklo pluošto užpildo. Ištisinis arba trumpas stiklo pluoštas naudojamas kaip užpildas. Stiklo pluošto stiprumas smarkiai padidėja mažėjant jo skersmeniui (dėl nehomogeniškumo ir įtrūkimų, atsirandančių storose atkarpose). Stiklo pluošto savybės taip pat priklauso nuo šarmų kiekio jo sudėtyje; geriausias pasirodymas aliuminio borosilikato kompozicijos bešarmėse stiklinėse.

Neorientuotame stiklo pluošte kaip užpildas yra trumpas pluoštas. Tai leidžia spausti sudėtingų formų dalis naudojant metalinę armatūrą. Medžiagos izotopinės stiprumo charakteristikos yra daug didesnės nei preso miltelių ir netgi pluoštų. Šios medžiagos atstovai yra AG-4V stiklo pluoštas, taip pat DSV (matuojamas stiklo pluoštas), kuris naudojamas elektros energijos tiekimo dalių, mechaninės inžinerijos dalių (šliaužtuvų, siurblių sandariklių ir kt.) gamybai. Naudojant nesočiuosius poliesterius kaip rišiklį, gaunami premiksai PSC (pasty) ir prepregai AP ir PPM (stiklo kilimėlio pagrindu). Prepregai gali būti naudojami didelių gabaritų paprastų formų gaminiams (automobilių kėbulams, valtims, prietaisų kėbulams ir kt.).

Orientuoti stiklo pluoštai turi užpildą ilgų pluoštų pavidalu, išdėstyti orientuotomis atskiromis sruogomis ir kruopščiai suklijuoti kartu su rišikliu. Tai užtikrina didesnį stiklo pluošto stiprumą.

Stiklo pluoštas gali veikti nuo –60 iki 200 °C temperatūroje, taip pat ir viduje atogrąžų sąlygos, atlaiko dideles inercines perkrovas.
Senstant dvejus metus, senėjimo koeficientas K = 0,5-0,7.
Jonizuojanti spinduliuotė mažai veikia jų mechanines ir elektrines savybes. Jie naudojami didelio stiprumo detalėms su armatūra ir sriegiais gaminti.

3.4. Anglies pluoštai.

Anglies pluoštai (anglies pluoštai) yra kompozicijos, susidedančios iš polimero rišiklio (matricos) ir anglies pluoštų pavidalo sutvirtinančių medžiagų (anglies pluoštų).

Didelė C-C anglies pluošto sukibimo energija leidžia jiems išlaikyti tvirtumą esant labai aukštai temperatūrai (neutralioje ir redukcinėje aplinkoje iki 2200 °C), taip pat esant žemos temperatūros. Pluoštai apsaugo nuo paviršiaus oksidacijos apsauginės dangos(pirolitinis). Skirtingai nuo stiklo pluošto, anglies pluoštas yra silpnai sudrėkintas rišiklio
(maža paviršiaus energija), todėl jie yra išgraviruoti. Tuo pačiu metu anglies pluoštų aktyvacijos laipsnis, atsižvelgiant į karboksilo grupės kiekį jų paviršiuje, didėja. Anglies pluoštu armuoto plastiko tarpsluoksnio šlyties stipris padidėja 1,6-2,5 karto. Naudojama TiO, AlN ir SiN siūlinių kristalų viscerizacija, dėl kurios tarpsluoksnių standumas padidėja 2 kartus, o stiprumas – 2,8 karto. Naudojamos erdviškai sustiprintos konstrukcijos.

Rišikliai yra sintetiniai polimerai (polimerinis anglies pluoštas); sintetiniai polimerai, kuriems taikoma pirolizė (koksuotas anglies pluoštas); pirolizinė anglis (pirokarboniniai anglies pluoštai).

Epoksifenolio anglies pluoštu sutvirtintas KMU-1l, sutvirtintas angline juosta, ir KMU-1u ant virvės, viskerizuotas ūsais, gali veikti ilgą laiką iki 200 °C temperatūroje.

Anglies pluoštai KMU-3 ir KMU-2l gaminami naudojant epoksianilino-formaldehido rišiklį, jie gali būti naudojami iki 100 °C temperatūroje. Anglies pluoštai KMU-2 ir
KMU-2l poliimido rišiklio pagrindu gali būti naudojamas iki
300 °C.

Anglies pluoštai išsiskiria dideliu statistiniu ir dinaminiu atsparumu nuovargiui ir išlaiko šią savybę esant normaliai ir labai žemai temperatūrai (didelis pluošto šilumos laidumas neleidžia savaimei įkaisti medžiagai dėl vidinės trinties). Jie yra atsparūs vandeniui ir cheminėms medžiagoms. Po oro poveikio rentgeno spinduliai ir E beveik nesikeičia.

Anglies pluoštu armuoto plastiko šilumos laidumas yra 1,5-2 kartus didesnis nei stiklo pluoštu armuotų plastikų šilumos laidumas. Jie turi šias elektrines savybes: = 0,0024-0,0034 Ohm cm (išilgai pluoštų); ? = 10 ir tg =0,001 (esant 10 Hz srovės dažniui).

Anglies stiklo pluošte yra stiklo pluošto kartu su anglimi, todėl sumažėja medžiagos kaina.

3.5. Anglies pluoštas su anglies matrica.

Koksuotos medžiagos gaminamos iš įprastų polimerinių anglies pluoštų, kurie yra pirolizuojami inertinėje arba redukuojančioje atmosferoje. 800-1500 °C temperatūroje susidaro karbonizuoti, 2500-3000 °C – grafitizuoti anglies pluoštai. Norint gauti pirokarbonines medžiagas, kietiklis išdėstomas pagal gaminio formą ir dedamas į krosnį, į kurią perduodamas dujinis angliavandenilis (metanas). Esant tam tikram režimui (temperatūra 1100 °C ir liekamasis slėgis 2660 Pa), metanas suyra ir susidariusi pirolizinė anglis nusėda ant armatūros pluoštų, juos surišdama.

Rišiklio pirolizės metu susidaręs koksas turi didelį sukibimo stiprumą su anglies pluoštu. Šiuo atžvilgiu kompozitinė medžiaga turi aukštas mechanines ir abliacines savybes bei atsparumą šiluminiam smūgiui.

Anglies pluoštas su KUP-VM tipo anglies matrica yra 5-10 kartų didesnis nei specialus grafitas, kaitinant inertinėje atmosferoje ir vakuume, jis išlaiko stiprumą iki 2200;
°C, oksiduojasi ore 450 °C temperatūroje ir reikalauja apsauginės dangos.
Vieno anglies pluošto kompozito su anglies matrica trinties koeficientas yra didelis (0,35-0,45), o susidėvėjimas mažas (stabdymui 0,7-1 mikronas).

3.6. Boro pluoštai.

Boro pluoštai – tai polimero rišiklio ir stiprintuvo – boro pluošto kompozicijos.

Boro pluoštai pasižymi dideliu gniuždymo, šlyties ir šlyties stipriu, mažu valkšnumu, dideliu kietumu ir tamprumo moduliu, šilumos laidumu ir elektriniu laidumu. Boro pluoštų ląstelių mikrostruktūra užtikrina didelį šlyties stiprumą matricos sąsajoje.

Be ištisinio boro pluošto, naudojami kompleksiniai boro stiklo nitratai, kuriuose keli lygiagrečiai boro pluoštai yra pinti stiklo pluoštu, kuris suteikia matmenų stabilumą. Naudojant boro stiklo siūlus lengviau procesas medžiagos gamyba.

Modifikuoti epoksidiniai ir poliimido rišikliai naudojami kaip matricos boro pluošto nitratams gaminti. Boro pluoštai KMB-1 ir
KMB-1k skirti ilgalaikiam darbui 200 °C temperatūroje; KMB-3 ir KMB-3k apdorojimo metu nereikalauja didelio slėgio ir gali veikti ne aukštesnėje kaip 100 °C temperatūroje; KMB-2k veikia esant 300 °C temperatūrai.

Boro pluoštai pasižymi dideliu atsparumu nuovargiui ir yra atsparūs radiacijai, vandeniui, organiniams tirpikliams ir tepalams.

3.7. Organiniai pluoštai.

Organiniai pluoštai yra kompozicinės medžiagos, susidedančios iš polimero rišiklio ir sintetinių pluoštų pavidalo sutvirtinimų (užpildų). Tokios medžiagos turi mažą masę, santykinai didelį specifinį stiprumą ir standumą, yra stabilios, veikiant kintamoms apkrovoms ir staigiems temperatūros pokyčiams. Sintetinių pluoštų stiprumo praradimas tekstilės apdorojimo metu yra nedidelis; Jie nejautrūs pažeidimams.

Organiniams pluoštams stipriklio ir rišiklio linijinio plėtimosi tamprumo modulio ir temperatūros koeficientų vertės yra artimos.
Rišiklio komponentų difuzija į pluoštą ir tarp jų vyksta cheminė sąveika. Medžiagos struktūra be defektų. Poringumas neviršija 1-3% (kitose medžiagose 10-20%). Taigi organinių pluoštų mechaninių savybių stabilumas esant staigiems temperatūros pokyčiams, smūgiams ir ciklinėms apkrovoms. Atsparumas smūgiams yra didelis (400-700 kJ/m²). Šių medžiagų trūkumas yra palyginti mažas stiprumas gniuždant ir didelis valkšnumas (ypač elastiniams pluoštams).

Organiniai pluoštai yra atsparūs agresyviai aplinkai ir drėgnam atogrąžų klimatui; Dielektrinės savybės yra aukštos, o šilumos laidumas yra mažas. Dauguma organinių pluoštų gali veikti ilgą laiką 100-150 °C temperatūroje, o pagaminti iš poliimido rišiklio ir polioksadiazolo pluoštų - 200-300 °C temperatūroje.

Kombinuotose medžiagose kartu su sintetiniais pluoštais naudojami mineraliniai pluoštai (stiklo, anglies pluošto ir boro pluoštas). Tokios medžiagos turi didesnį stiprumą ir standumą.

4. Ekonominis kompozitinių medžiagų naudojimo efektyvumas.

Kompozitinių medžiagų panaudojimo sritys nėra ribojamos. Jie naudojami aviacijoje labai apkrautoms orlaivių dalims (apvalkalams, tarpams, briaunoms, plokštėms ir kt.) ir varikliams (kompresorių mentėms ir turbinoms ir kt.), kosmoso technikoje šildomų prietaisų jėgos konstrukcijų komponentams, standikliai, plokštės, automobilių pramonėje kėbulams, spyruoklėms, rėmams, kėbulo plokštėms, buferiams ir kt. palengvinti, kasybos pramonėje (gręžimo įrankiai, kombainų dalys ir kt.), civilinėje inžinerijoje (tiltų tarpatramiai, surenkamų elementų daugiaaukščių pastatų konstrukcijos ir kt.) ir tt) ir kitose šalies ūkio srityse.

Kompozitinių medžiagų naudojimas suteikia naują kokybinį šuolį didinant variklių, energijos ir transporto įrenginių galią, mažinant mašinų ir prietaisų svorį.

Pusgaminių ir gaminių iš kompozicinių medžiagų gamybos technologija yra gana gerai išvystyta.

Kompozitinės medžiagos su nemetaline matrica, būtent polimeriniai anglies pluoštai, yra naudojamos laivų statyboje ir automobilių pramonėje (automobilių kėbulas, važiuoklė, sraigtai); Iš jų gaminami guoliai, šildymo plokštės, sporto įranga, kompiuterių dalys. Didelio modulio anglies pluoštas naudojamas orlaivių dalių, įrangos gamybai chemijos pramonė, rentgeno aparatūroje ir kt.

Anglies pluoštai su anglies matrica pakeičia įvairias grafito rūšis. Jie naudojami šiluminei apsaugai, orlaivių stabdžių diskams ir chemiškai atspariai įrangai.

Iš boro pluošto pagaminti gaminiai naudojami aviacijos ir kosmoso technikoje (profiliai, plokštės, kompresorių rotoriai ir mentės, sraigtų mentės ir sraigtasparnio transmisijos velenai ir kt.).

Organiniai pluoštai naudojami kaip izoliacinės ir konstrukcinės medžiagos elektros ir radijo pramonėje, aviacijos technologijose ir automobilių pramonėje; Iš jų gaminami vamzdžiai, talpyklos reagentams, laivų korpusų dangos ir kt.


Įrangos pirkimo-pardavimo skelbimus galite peržiūrėti adresu

Galite aptarti polimerų prekių ženklų pranašumus ir jų savybes adresu

Užregistruokite savo įmonę įmonių kataloge