วัสดุคอมโพสิต sudlal, วัสดุคอมโพสิต impex
วัสดุคอมโพสิต(กม.) คอมโพสิต- วัสดุต่อเนื่องที่ต่างกันที่สร้างขึ้นโดยเทียมซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไปพร้อมส่วนต่อประสานที่ชัดเจนระหว่างส่วนประกอบเหล่านั้น ในคอมโพสิตส่วนใหญ่ (ยกเว้นแบบที่มีชั้น) ส่วนประกอบสามารถแบ่งออกเป็นเมทริกซ์ (หรือสารยึดเกาะ) และองค์ประกอบเสริมแรง (หรือตัวเติม) รวมอยู่ด้วย ในวัสดุผสมเพื่อจุดประสงค์ด้านโครงสร้าง องค์ประกอบเสริมมักจะให้คุณสมบัติเชิงกลที่จำเป็นของวัสดุ (ความแข็งแรง ความแข็งแกร่ง ฯลฯ) และเมทริกซ์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบเสริมแรงและการป้องกันจากความเสียหายทางกลและสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง
พฤติกรรมทางกลขององค์ประกอบถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติขององค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์ตลอดจนความแข็งแรงของพันธะระหว่างองค์ประกอบเหล่านั้น ลักษณะและคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ที่สร้างขึ้นขึ้นอยู่กับการเลือกส่วนประกอบเริ่มต้นและเทคโนโลยีในการผสมผสาน
เมื่อรวมองค์ประกอบเสริมและเมทริกซ์เข้าด้วยกัน องค์ประกอบจะถูกสร้างขึ้นโดยมีชุดคุณสมบัติที่สะท้อนไม่เพียงแต่ลักษณะดั้งเดิมของส่วนประกอบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติใหม่ที่ส่วนประกอบแต่ละส่วนไม่มีด้วย ตัวอย่างเช่นการมีส่วนต่อประสานระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์จะเพิ่มความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุอย่างมีนัยสำคัญและในองค์ประกอบซึ่งแตกต่างจากโลหะที่เป็นเนื้อเดียวกันการเพิ่มขึ้นของความแข็งแรงคงที่ไม่ได้นำไปสู่การลดลง แต่ตามกฎแล้ว การเพิ่มขึ้นของลักษณะความเหนียวแตกหัก
ในการสร้างองค์ประกอบนั้นจะใช้ฟิลเลอร์และเมทริกซ์เสริมแรงที่หลากหลาย เหล่านี้คือ getinax และ textolite (พลาสติกลามิเนตที่ทำจากกระดาษหรือผ้าที่ติดกาวด้วยกาวเทอร์โมเซตติง) แก้วและพลาสติกกราไฟท์ (ผ้าหรือเส้นใยพันแผลที่ทำจากแก้วหรือกราไฟท์ชุบด้วยกาวอีพอกซี) ไม้อัด มีวัสดุที่เส้นใยบาง ๆ ที่ทำจากโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงเต็มไปด้วยมวลอลูมิเนียม Bulat เป็นหนึ่งในวัสดุคอมโพสิตที่เก่าแก่ที่สุด ในนั้น ชั้นที่บางที่สุด (บางครั้งก็เป็นเกลียว) ของเหล็กกล้าคาร์บอนสูงจะถูก "ติดกาว" เข้ากับเหล็กคาร์บอนต่ำชนิดอ่อน
นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุกำลังทดลองโดยมีเป้าหมายในการสร้างวัสดุที่สะดวกต่อการผลิตมากขึ้น และมีประสิทธิภาพมากขึ้น วัสดุราคาถูก- กำลังศึกษาโครงสร้างผลึกที่เติบโตด้วยตนเองซึ่งติดกาวเป็นมวลเดียวด้วยกาวโพลีเมอร์ (ซีเมนต์ที่เติมกาวที่ละลายน้ำได้) ส่วนประกอบเทอร์โมพลาสติกที่มีเส้นใยเสริมแรงสั้น ฯลฯ กำลังศึกษาอยู่
- 1 การจำแนกประเภทของวัสดุผสม
- 2 ข้อดีของวัสดุคอมโพสิต
- 3 ข้อเสียของวัสดุคอมโพสิต
- 3.1 ต้นทุนสูง
- 3.2 แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติ
- 3.3 แรงกระแทกต่ำ
- 3.4 ปริมาณเฉพาะสูง
- 3.5 การดูดความชื้น
- 3.6 ความเป็นพิษ
- 3.7 ความสามารถในการให้บริการต่ำ
- 4 การใช้งาน
- 4.1 สินค้าอุปโภคบริโภค
- 4.2 อุปกรณ์กีฬา
- 4.3 การแพทย์
- 4.4 วิศวกรรมเครื่องกล
- 4.4.1 ลักษณะเฉพาะ
- 4.4.2 ข้อกำหนดทางเทคนิค
- 4.4.3 ข้อได้เปรียบทางเทคนิคและเศรษฐกิจ
- 4.4.4 พื้นที่การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี
- 4.5 การบินและอวกาศ
- 4.6 อาวุธและอุปกรณ์ทางการทหาร
- 5 ดูเพิ่มเติม
- 6 หมายเหตุ
- 7 วรรณกรรม
- 8 ลิงค์
การจำแนกประเภทของวัสดุผสม
โดยทั่วไปคอมโพสิตจะถูกจำแนกตามประเภทของตัวเติมเสริมแรง:
- เส้นใย (ส่วนประกอบเสริมแรง - โครงสร้างเส้นใย);
- ชั้น;
- พลาสติกเติม (ส่วนประกอบเสริมแรง - อนุภาค)
- จำนวนมาก (เป็นเนื้อเดียวกัน)
- โครงกระดูก (โครงสร้างเริ่มต้นที่เต็มไปด้วยสารยึดเกาะ)
บางครั้งคอมโพสิตยังถูกจำแนกตามวัสดุเมทริกซ์:
- คอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โพลีเมอร์
- คอมโพสิตที่มีเมทริกซ์เซรามิก
- คอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ,
- คอมโพสิตออกไซด์ออกไซด์
ข้อดีของวัสดุคอมโพสิต
ข้อได้เปรียบหลักของ CM คือวัสดุและโครงสร้างถูกสร้างขึ้นพร้อมกัน ข้อยกเว้นคือพรีเพกซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปสำหรับการผลิตโครงสร้าง
เป็นเรื่องที่ควรบอกทันทีว่า CM ถูกสร้างขึ้นเพื่อทำงานเหล่านี้ ดังนั้นจึงไม่สามารถรองรับทุกสิ่งได้ ผลประโยชน์ที่เป็นไปได้แต่เมื่อออกแบบคอมโพสิตใหม่ วิศวกรมีอิสระที่จะกำหนดคุณลักษณะที่เหนือกว่าวัสดุแบบดั้งเดิมอย่างมาก เมื่อบรรลุวัตถุประสงค์ที่กำหนดในกลไกที่กำหนด แต่จะด้อยกว่าในลักษณะอื่นบางประการ ซึ่งหมายความว่า CM ไม่สามารถจะดีกว่าวัสดุแบบดั้งเดิมในทุกสิ่ง กล่าวคือ สำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์ วิศวกรจะดำเนินการคำนวณที่จำเป็นทั้งหมด จากนั้นจึงเลือกเฉพาะวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตเท่านั้น
- ความแข็งแรงจำเพาะสูง (ความแข็งแรง 3,500 MPa)
- ความแข็งแกร่งสูง (โมดูลัสยืดหยุ่น 130…140 - 240 GPa)
- ความต้านทานการสึกหรอสูง
- ความแข็งแรงเมื่อยล้าสูง
- สามารถผลิตโครงสร้างที่มีมิติคงที่จาก CM ได้
- ผ่อนปรน
นอกจากนี้ คอมโพสิตประเภทต่างๆ อาจมีข้อดีอย่างน้อยหนึ่งข้อ สิทธิประโยชน์บางอย่างไม่สามารถทำได้พร้อมกัน
ข้อเสียของวัสดุคอมโพสิต
วัสดุคอมโพสิตมีข้อเสียค่อนข้างมากซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการแพร่กระจาย
ราคาสูง
ต้นทุนที่สูงของ CM เนื่องมาจากความรู้ที่เข้มข้นในการผลิต ความต้องการใช้อุปกรณ์และวัตถุดิบราคาแพงพิเศษ จึงได้รับการพัฒนา การผลิตภาคอุตสาหกรรมและฐานทางวิทยาศาสตร์ของประเทศ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อเปลี่ยนผลิตภัณฑ์รีดธรรมดาที่ทำจากโลหะเหล็กเป็นวัสดุผสม ในกรณีของผลิตภัณฑ์น้ำหนักเบา ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อน ผลิตภัณฑ์ที่ทนต่อการกัดกร่อน ผลิตภัณฑ์อิเล็กทริกที่มีความแข็งแรงสูง คอมโพสิตเป็นผู้ชนะ นอกจากนี้ ต้นทุนของผลิตภัณฑ์คอมโพสิตมักจะต่ำกว่าอะนาล็อกที่ทำจากโลหะที่ไม่ใช่เหล็กหรือสแตนเลส
แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติ
Anisotropy คือการขึ้นอยู่กับคุณสมบัติ CM ในการเลือกทิศทางการวัด ตัวอย่างเช่น โมดูลัสความยืดหยุ่นของคาร์บอนไฟเบอร์ทิศทางเดียวตามเส้นใยจะสูงกว่าในทิศทางตามขวาง 10-15 เท่า
เพื่อชดเชยแอนไอโซโทรปี ปัจจัยด้านความปลอดภัยจะเพิ่มขึ้น ซึ่งสามารถชดเชยข้อได้เปรียบของ CM ในด้านความแข็งแกร่งเฉพาะได้ ตัวอย่างนี้คือประสบการณ์การใช้ CM ในการผลิตหางแนวตั้งของเครื่องบินรบ MiG-29 เนื่องจากแอนไอโซโทรปีของ CM ที่ใช้แล้ว หางแนวตั้งจึงได้รับการออกแบบโดยมีปัจจัยด้านความปลอดภัยซึ่งเป็นผลคูณของค่าสัมประสิทธิ์การบินมาตรฐานที่ 1.5 ซึ่งท้ายที่สุดก็นำไปสู่ความจริงที่ว่าหางแนวตั้งแบบประกอบของ Mig-29 กลายเป็น มีน้ำหนักเท่ากันกับโครงสร้างของหางแนวตั้งคลาสสิกที่ทำจากดูราลูมิน
อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี คุณสมบัติแอนไอโซโทรปีมีประโยชน์ ตัวอย่างเช่น ท่อที่ทำงานภายใต้แรงดันภายในจะมีความเครียดจากการแตกหักในทิศทางเส้นรอบวงเป็นสองเท่าเมื่อเปรียบเทียบกับทิศทางตามแนวแกน ดังนั้นท่อจึงไม่ควรมีความแข็งแรงเท่ากันทุกทิศทาง ในกรณีของวัสดุคอมโพสิต สภาวะนี้สามารถบรรลุได้อย่างง่ายดายโดยการเพิ่มกำลังเสริมในทิศทางเส้นรอบวงเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับทิศทางตามแนวแกน
แรงกระแทกต่ำ
แรงกระแทกต่ำยังทำให้จำเป็นต้องเพิ่มปัจจัยด้านความปลอดภัยอีกด้วย นอกจากนี้ แรงกระแทกที่ต่ำยังทำให้เกิดความเสียหายสูงต่อผลิตภัณฑ์ CM และมีความเป็นไปได้สูงที่จะเกิดข้อบกพร่องที่ซ่อนอยู่ซึ่งสามารถตรวจพบได้โดยวิธีการทดสอบด้วยเครื่องมือเท่านั้น
ปริมาณเฉพาะสูง
ปริมาณเฉพาะที่สูงถือเป็นข้อเสียเปรียบที่สำคัญเมื่อใช้ CM ในพื้นที่ที่มีข้อจำกัดที่เข้มงวดเกี่ยวกับปริมาณที่ถูกครอบครอง สิ่งนี้ใช้ได้กับสาขาการบินความเร็วเหนือเสียง ซึ่งแม้แต่ปริมาตรของเครื่องบินที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยก็ส่งผลให้แรงต้านตามหลักอากาศพลศาสตร์ของคลื่นเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
การดูดความชื้น
วัสดุคอมโพสิตสามารถดูดความชื้นได้นั่นคือมีแนวโน้มที่จะดูดซับความชื้นซึ่งเกิดจากความไม่ต่อเนื่องของโครงสร้างภายในของ CM ในระหว่างการทำงานระยะยาวและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ จนถึง 0 องศาเซลเซียส น้ำที่เจาะเข้าไปในโครงสร้าง CM จะทำลายผลิตภัณฑ์ CM จากภายใน (ผลจะคล้ายคลึงกับการทำลายโดยธรรมชาติ) ทางหลวงในช่วงนอกฤดูกาล) เพื่อความยุติธรรมก็ควรสังเกตว่า ข้อเสียที่ระบุไว้หมายถึงคอมโพสิตรุ่นแรกที่มีการยึดเกาะของสารยึดเกาะกับฟิลเลอร์ที่มีประสิทธิภาพไม่เพียงพอ เช่นเดียวกับช่องว่างจำนวนมากในเมทริกซ์ของสารยึดเกาะ ประเภทสมัยใหม่คอมโพสิตที่มีการยึดเกาะสูงของสารยึดเกาะกับฟิลเลอร์ (ทำได้โดยการใช้น้ำมันหล่อลื่นพิเศษ) ที่ได้จากวิธีการขึ้นรูปแบบสุญญากาศด้วยจำนวนก๊าซที่เหลือน้อยที่สุดจะไม่อยู่ภายใต้ข้อเสียเปรียบนี้ซึ่งทำให้โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สร้างเรือคอมโพสิต ผลิตการเสริมแรงแบบคอมโพสิต และส่วนรองรับแบบคอมโพสิต สายการบินการส่งกำลัง
อย่างไรก็ตาม CM สามารถดูดซับของเหลวอื่นๆ ที่มีความสามารถในการทะลุทะลวงได้สูง เช่น น้ำมันก๊าดสำหรับการบิน หรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมอื่นๆ
ความเป็นพิษ
ในระหว่างการปฏิบัติงาน CM สามารถปล่อยควันที่มักเป็นพิษได้ หากใช้ CM เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่จะตั้งอยู่ใกล้กับมนุษย์ (ตัวอย่างลำตัวประกอบของเครื่องบินโบอิ้ง 787 Dreamliner อาจใช้เป็นตัวอย่าง) จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลกระทบของส่วนประกอบ CM ต่อมนุษย์เพื่ออนุมัติวัสดุ ใช้ในการผลิตซีเอ็ม
ประสิทธิภาพการดำเนินงานต่ำ
วัสดุคอมโพสิตอาจมีความสามารถในการผลิตต่ำ การบำรุงรักษาต่ำ และต้นทุนการดำเนินงานสูง เนื่องจากจำเป็นต้องใช้วิธีการที่ใช้แรงงานมากเป็นพิเศษ (และบางครั้งก็ใช้แรงงานคน) เครื่องมือพิเศษสำหรับการดัดแปลงและซ่อมแซมวัตถุจาก CM บ่อยครั้งที่ผลิตภัณฑ์ที่ทำจาก CM จะไม่ผ่านการดัดแปลงหรือซ่อมแซมใดๆ เลย
พื้นที่ใช้งาน
เครื่องอุปโภคบริโภค
- คอนกรีตเสริมเหล็กเป็นหนึ่งในวัสดุคอมโพสิตที่เก่าแก่และเรียบง่ายที่สุด
- คันเบ็ดทำจากไฟเบอร์กลาสและคาร์บอนไฟเบอร์
- เรือไฟเบอร์กลาส
- ยางรถยนต์
- คอมโพสิตโลหะ
อุปกรณ์กีฬา
วัสดุคอมโพสิตมีความมั่นคงในการเล่นกีฬา: ความสำเร็จที่สูงต้องมีความแข็งแกร่งและน้ำหนักเบา และราคาไม่ได้มีบทบาทพิเศษ
- จักรยาน
- อุปกรณ์สำหรับการเล่นสกีอัลไพน์ - ไม้ค้ำและสกี
- ไม้ฮอกกี้และรองเท้าสเก็ต
- เรือคายัค เรือแคนู และไม้พายสำหรับพวกเขา
- ชิ้นส่วนตัวถังสำหรับรถแข่งและรถจักรยานยนต์
- หมวกกันน็อค
ยา
วัสดุสำหรับการอุดฟัน เมทริกซ์พลาสติกทำหน้าที่ในการเติมที่ดีและตัวเติมอนุภาคแก้วช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการสึกหรอ
วิศวกรรมเครื่องกล
ในวิศวกรรมเครื่องกล วัสดุคอมโพสิตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้าง เคลือบป้องกันบนพื้นผิวเสียดสีตลอดจนการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ลูกสูบ, ก้านสูบ)
ลักษณะเฉพาะ
เทคโนโลยีนี้ใช้เพื่อสร้างการเคลือบป้องกันเพิ่มเติมบนพื้นผิวในคู่เสียดสีระหว่างเหล็กและยาง การใช้เทคโนโลยีทำให้สามารถเพิ่มรอบการทำงานของซีลและเพลาของอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ทำงานในสภาพแวดล้อมทางน้ำได้
วัสดุคอมโพสิตประกอบด้วยฟังก์ชันหลายอย่าง วัสดุที่ดีเยี่ยม- พื้นฐานของวัสดุอนินทรีย์คือแมกนีเซียม เหล็ก และอะลูมิเนียมซิลิเกตที่ดัดแปลงด้วยสารเติมแต่งต่างๆ การเปลี่ยนเฟสในวัสดุเหล่านี้เกิดขึ้นที่การรับน้ำหนักเฉพาะจุดที่ค่อนข้างสูง ซึ่งใกล้เคียงกับความแข็งแกร่งสูงสุดของโลหะ ในกรณีนี้จะเกิดชั้นโลหะเซรามิกที่มีความแข็งแรงสูงบนพื้นผิวในบริเวณที่มีการรับน้ำหนักสูงในท้องถิ่นเนื่องจากสามารถเปลี่ยนโครงสร้างของพื้นผิวโลหะได้
วัสดุโพลีเมอร์ที่มีพื้นฐานจากโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีนได้รับการดัดแปลงด้วยผงเพชร-กราไฟต์เนื้อละเอียดพิเศษที่ได้มาจากวัตถุระเบิด เช่นเดียวกับผงเนื้อละเอียดพิเศษของโลหะอ่อน การทำให้เป็นพลาสติกของวัสดุจะดำเนินการที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (น้อยกว่า 300 °C)
วัสดุออร์กาโนเมทัลลิกที่ได้มาจากกรดไขมันธรรมชาติมีหมู่ฟังก์ชันที่เป็นกรดจำนวนมาก ด้วยเหตุนี้การมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมของโลหะบนพื้นผิวจึงสามารถดำเนินการได้ในโหมดพัก พลังงานแรงเสียดทานช่วยเร่งกระบวนการและกระตุ้นการปรากฏตัวของการเชื่อมโยงข้าม
ข้อมูลจำเพาะ
การเคลือบป้องกันสามารถมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวัสดุคอมโพสิต:
- ความหนาสูงสุด 100 ไมครอน
- ระดับความสะอาดของพื้นผิวเพลา (สูงสุด 9)
- มีรูขุมขนขนาด 1 - 3 ไมครอน
- ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงถึง 0.01;
- การยึดเกาะสูงกับพื้นผิวโลหะและยาง
ข้อได้เปรียบทางเทคนิคและเศรษฐกิจ
- ชั้นโลหะเซรามิกที่มีความแข็งแรงสูงถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวในบริเวณที่มีการรับน้ำหนักสูงในท้องถิ่น
- ชั้นที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของโพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีนมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำและมีความต้านทานต่อการสึกหรอจากการเสียดสีต่ำ
- การเคลือบโลหะอินทรีย์มีความนุ่มนวล มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ พื้นผิวมีรูพรุน และความหนาของชั้นเพิ่มเติมคือไม่กี่ไมครอน
ขอบเขตการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี
- การทาซีลบนพื้นผิวการทำงานเพื่อลดการเสียดสีและสร้างชั้นแยกเพื่อป้องกันไม่ให้ยางเกาะติดกับเพลาในช่วงเวลาที่เหลือ
- เครื่องยนต์สันดาปภายในความเร็วสูงสำหรับรถยนต์และเครื่องบิน
การบินและอวกาศ
ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศนับตั้งแต่ทศวรรษ 1960 มีความจำเป็นเร่งด่วนในการผลิตโครงสร้างที่แข็งแกร่ง น้ำหนักเบา และทนทานต่อการสึกหรอ วัสดุคอมโพสิตใช้ในการผลิตโครงสร้างกำลังของเครื่องบิน ดาวเทียมประดิษฐ์, เคลือบฉนวนความร้อนสำหรับกระสวยอวกาศและยานอวกาศ มีการใช้คอมโพสิตมากขึ้นในการผลิตผิวหนังสำหรับเครื่องบินและยานอวกาศ และองค์ประกอบพลังงานที่รับน้ำหนักมากที่สุด
อาวุธและอุปกรณ์ทางทหาร
เนื่องจากลักษณะเฉพาะ (ความแข็งแกร่งและความเบา) CM จึงถูกนำมาใช้ในกิจการทหารเพื่อการผลิต หลากหลายชนิดเกราะ:
- เสื้อเกราะ (ดูเคฟล่าร์ด้วย)
- ชุดเกราะสำหรับอุปกรณ์ทางทหาร
จนกระทั่งถึงพุทธศตวรรษที่ 4 พ.ศ จ. มีการใช้ธนูเป็นอาวุธอย่างแพร่หลาย
ดูสิ่งนี้ด้วย
- การเสริมแรงแบบคอมโพสิต
- วัสดุไฮบริด
หมายเหตุ
- เจ. ลูบิน. 1.2 ข้อกำหนดและคำจำกัดความ // คู่มือวัสดุคอมโพสิต: 2 เล่ม = คู่มือวัสดุคอมโพสิต - ม.: วิศวกรรมเครื่องกล, 2531. - ต. 1. - 448 น. - ไอ 5-217-00225-5.
วรรณกรรม
- Kerber M.L. วัสดุผสมโพลีเมอร์ โครงสร้าง. คุณสมบัติ. เทคโนโลยี - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: อาชีพ, 2551 - 560 น.
- Vasiliev V.V. กลศาสตร์ของโครงสร้างที่ทำจากวัสดุคอมโพสิต - ม.: วิศวกรรมเครื่องกล, 2531 - 272 น.
- Karpinos D.M. วัสดุคอมโพสิต ไดเรกทอรี - เคียฟ, นอโควา ดูมา
ลิงค์
- วารสารกลศาสตร์ของวัสดุและโครงสร้างคอมโพสิต
- รายการทีวีเรื่อง “คอมโพสิตจากเมืองวิทยาศาสตร์”
- รายการทีวี "เทคโนโลยีปีกดำ"
อิมเพ็กซ์วัสดุคอมโพสิต, สุดลาลวัสดุคอมโพสิต, วัตถุนิยมคอมโพสิต, วิทยาศาสตร์วัสดุเชิงประกอบ
ข้อมูลวัสดุคอมโพสิตเกี่ยวกับ
วัสดุขึ้นอยู่กับส่วนประกอบหลายอย่างซึ่งกำหนดลักษณะการปฏิบัติงานและเทคโนโลยี คอมโพสิตจะขึ้นอยู่กับเมทริกซ์ที่มีโลหะ โพลีเมอร์ หรือเซรามิกเป็นหลัก การเสริมแรงเพิ่มเติมทำได้โดยใช้ฟิลเลอร์ในรูปแบบของเส้นใยหนวดและอนุภาคต่างๆ
คอมโพสิตเป็นอนาคตหรือไม่?
ความเป็นพลาสติกความแข็งแรงขอบเขตการใช้งานที่กว้าง - นี่คือสิ่งที่ทำให้ความทันสมัยแตกต่าง วัสดุคอมโพสิต- นี่คืออะไรจากมุมมองการผลิต? วัสดุเหล่านี้ประกอบด้วยฐานโลหะหรืออโลหะ เพื่อเสริมความแข็งแกร่งของวัสดุจึงใช้สะเก็ดที่มีความแข็งแรงสูงกว่า หนึ่งในนั้นเราสามารถเน้นพลาสติกที่เสริมด้วยโบรอน คาร์บอน ใยแก้ว หรืออลูมิเนียม เสริมด้วยด้ายเหล็กหรือเบริลเลียม หากคุณรวมส่วนประกอบต่างๆ เข้าด้วยกัน คุณจะได้คอมโพสิตที่มีความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และความต้านทานต่อการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน
ประเภทหลัก
การจำแนกประเภทของคอมโพสิตขึ้นอยู่กับเมทริกซ์ซึ่งอาจเป็นโลหะหรืออโลหะก็ได้ วัสดุที่มีเมทริกซ์โลหะที่มีอะลูมิเนียม แมกนีเซียม นิกเกิล และโลหะผสมเป็นหลักจะมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเนื่องจากวัสดุเส้นใยหรืออนุภาคทนไฟที่ไม่ละลายในโลหะฐาน
วัสดุผสมที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะจะขึ้นอยู่กับโพลีเมอร์ คาร์บอน หรือเซรามิก ในบรรดาเมทริกซ์โพลีเมอร์ ที่นิยมมากที่สุดคืออีพอกซี โพลีเอไมด์ และฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ รูปร่างขององค์ประกอบถูกกำหนดโดยเมทริกซ์ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารยึดเกาะชนิดหนึ่ง มีการใช้เส้นใย เส้นเกลียว ด้าย และผ้าหลายชั้นเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับวัสดุ
การผลิตวัสดุคอมโพสิตดำเนินการตามวิธีการทางเทคโนโลยีดังต่อไปนี้:
- การทำให้เส้นใยเสริมแรงด้วยวัสดุเมทริกซ์
- เทปเสริมแรงขึ้นรูปและเมทริกซ์ในแม่พิมพ์
- การอัดส่วนประกอบด้วยความเย็นพร้อมการเผาผนึกเพิ่มเติม
- การเคลือบเส้นใยด้วยไฟฟ้าเคมีและการกดเพิ่มเติม
- การสะสมของเมทริกซ์โดยการพ่นพลาสมาและการบีบอัดในภายหลัง
สารทำให้แข็งตัวอะไร?
วัสดุคอมโพสิตมีการใช้งานในหลายสาขาของอุตสาหกรรม เราได้พูดไปแล้วว่ามันคืออะไร เหล่านี้เป็นวัสดุที่มีส่วนประกอบหลายอย่างซึ่งจำเป็นต้องเสริมความแข็งแกร่งด้วยเส้นใยหรือคริสตัลพิเศษ ความแข็งแรงของคอมโพสิตนั้นขึ้นอยู่กับความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของเส้นใย ขึ้นอยู่กับประเภทของการเสริมแรง คอมโพสิตทั้งหมดสามารถแบ่งได้:
- บนไฟเบอร์กลาส
- คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์กับคาร์บอนไฟเบอร์
- เส้นใยโบรอน
- Organofibers
วัสดุเสริมแรงสามารถวางเป็นสอง, สาม, สี่เธรดหรือมากกว่านั้นได้ ยิ่งมีมากเท่าใด วัสดุคอมโพสิตก็จะยิ่งแข็งแกร่งและเชื่อถือได้มากขึ้นเท่านั้น
ไม้คอมโพสิต
คอมโพสิตไม้มีมูลค่าการกล่าวขวัญแยกต่างหาก ได้มาจากการรวมวัตถุดิบประเภทต่างๆ โดยมีไม้เป็นส่วนประกอบหลัก คอมโพสิตไม้-โพลีเมอร์แต่ละชิ้นประกอบด้วยองค์ประกอบสามประการ:
- อนุภาคของไม้บด
- เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ (PVC, โพลีเอทิลีน, โพรพิลีน);
- สารเคมีที่ซับซ้อนในรูปแบบของตัวดัดแปลง - มากถึง 5% ในองค์ประกอบของวัสดุ
ไม้คอมโพสิตประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือแผ่นคอมโพสิต เอกลักษณ์ของมันอยู่ที่ว่ามันผสมผสานคุณสมบัติของไม้และโพลีเมอร์เข้าด้วยกันซึ่งช่วยขยายขอบเขตการใช้งานได้อย่างมาก ดังนั้นบอร์ดจึงโดดเด่นด้วยความหนาแน่น (ตัวบ่งชี้ของมันได้รับอิทธิพลจากเรซินพื้นฐานและความหนาแน่นของอนุภาคไม้) และความต้านทานการดัดงอที่ดี ในขณะเดียวกันวัสดุก็เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมโดยยังคงรักษาเนื้อสัมผัสสีและกลิ่นหอม ไม้ธรรมชาติ- การใช้แผ่นคอมโพสิตมีความปลอดภัยอย่างยิ่ง เนื่องจากสารเติมแต่งโพลีเมอร์ทำให้บอร์ดคอมโพสิตได้รับ ระดับสูงทนต่อการสึกหรอและทนต่อความชื้น สามารถใช้สำหรับตกแต่งระเบียง เส้นทางสวนแม้ว่าพวกเขาจะมีภาระหนักก็ตาม
คุณสมบัติการผลิต
คอมโพสิตไม้มีโครงสร้างพิเศษเนื่องจากการรวมกันของฐานโพลีเมอร์กับไม้ ในบรรดาวัสดุประเภทนี้ เราสามารถสังเกตแผ่นไม้อัดที่มีความหนาแน่นต่างกัน แผ่นไม้อัดเชิงและวัสดุผสมระหว่างไม้และโพลีเมอร์ การผลิตวัสดุคอมโพสิต ประเภทนี้ดำเนินการในหลายขั้นตอน:
- ไม้ถูกบดขยี้ เพื่อจุดประสงค์นี้มีการใช้เครื่องบด หลังจากบดแล้ว ไม้จะถูกร่อนและแบ่งออกเป็นเศษส่วน หากมีความชื้นของวัตถุดิบมากกว่า 15% จะต้องทำให้แห้ง
- ส่วนประกอบหลักจะถูกผสมและผสมตามสัดส่วนที่กำหนด
- ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะถูกอัดและจัดรูปแบบเพื่อให้ได้รูปลักษณ์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาด
ลักษณะสำคัญ
เราได้อธิบายวัสดุคอมโพสิตโพลีเมอร์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดแล้ว ตอนนี้มันคืออะไรชัดเจน ด้วยโครงสร้างแบบชั้นทำให้สามารถเสริมแต่ละชั้นด้วยเส้นใยต่อเนื่องแบบขนานได้ เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญถึงลักษณะของวัสดุคอมโพสิตที่ทันสมัยซึ่งแตกต่างกัน:
- ค่าความต้านทานชั่วคราวและขีดจำกัดความอดทนสูง
- ความยืดหยุ่นในระดับสูง
- ความแข็งแรงซึ่งทำได้โดยการเสริมชั้น
- เนื่องจากเส้นใยเสริมแรงที่มีความแข็ง วัสดุคอมโพสิตจึงมีความทนทานต่อความเค้นดึงสูง
วัสดุผสมที่ทำจากโลหะมีลักษณะเด่นคือมีความแข็งแรงและทนความร้อนสูง ในขณะที่แทบไม่ยืดหยุ่นในทางปฏิบัติ เนื่องจากโครงสร้างของเส้นใยความเร็วของการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวซึ่งบางครั้งปรากฏในเมทริกซ์จะลดลง
วัสดุโพลีเมอร์
คอมโพสิตโพลีเมอร์มีให้เลือกหลากหลาย ซึ่งเปิดโอกาสที่ดีสำหรับการใช้งานในด้านต่างๆ ตั้งแต่ทันตกรรมไปจนถึงการผลิตเครื่องบิน คอมโพสิตที่ทำจากโพลีเมอร์จะเต็มไปด้วยสารต่างๆ
พื้นที่การใช้งานที่มีแนวโน้มมากที่สุดถือได้ว่าเป็นการก่อสร้าง อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ การผลิตรถยนต์และการขนส่งทางรถไฟ อุตสาหกรรมเหล่านี้มีสัดส่วนประมาณ 60% ของปริมาณการใช้วัสดุคอมโพสิตโพลีเมอร์
เนื่องจากมีเสถียรภาพสูง คอมโพสิตโพลีเมอร์สำหรับการกัดกร่อนพื้นผิวที่เรียบและหนาแน่นของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการขึ้นรูปจะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและความทนทานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
มาดูประเภทยอดนิยมกัน
ไฟเบอร์กลาส
เส้นใยแก้วที่เกิดจากแก้วอนินทรีย์หลอมเหลวถูกนำมาใช้เพื่อเสริมกำลังวัสดุคอมโพสิตเหล่านี้ เมทริกซ์นี้ขึ้นอยู่กับเรซินสังเคราะห์เทอร์โมแอคทีฟและโพลีเมอร์เทอร์โมพลาสติกซึ่งมีความแข็งแรงสูง ค่าการนำความร้อนต่ำ และคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าสูง เริ่มแรกใช้ในการผลิตเสาอากาศเรโดมในรูปแบบของโครงสร้างทรงโดม ในโลกสมัยใหม่ ไฟเบอร์กลาสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง การต่อเรือ การผลิตอุปกรณ์ในครัวเรือนและอุปกรณ์กีฬา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ
ในกรณีส่วนใหญ่ไฟเบอร์กลาสจะผลิตขึ้นจากการฉีดพ่น วิธีนี้จะได้ผลดีโดยเฉพาะในการผลิตขนาดย่อมและขนาดกลาง เช่น ตัวเรือ เรือ ห้องโดยสารสำหรับ การขนส่งทางถนน, รถราง. เทคโนโลยีการพ่นทำได้สะดวกและประหยัด เนื่องจากไม่จำเป็นต้องตัดวัสดุกระจก
พลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์
คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโพลีเมอร์ทำให้สามารถใช้งานได้ในหลากหลายสาขา พวกเขาใช้เส้นใยคาร์บอนเป็นสารตัวเติมที่ได้จากเส้นใยสังเคราะห์และเส้นใยธรรมชาติที่มีเซลลูโลสและพิตช์ เส้นใยได้รับการประมวลผลด้วยความร้อนในหลายขั้นตอน เมื่อเปรียบเทียบกับพลาสติกไฟเบอร์กลาส เส้นใยคาร์บอนมีความหนาแน่นต่ำกว่าและมีความหนาแน่นสูงกว่า ในขณะที่มีน้ำหนักเบาและแข็งแรง ขอบคุณความเป็นเอกลักษณ์ คุณสมบัติการดำเนินงานพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์ถูกนำมาใช้ในวิศวกรรมเครื่องกลและจรวด การผลิตอวกาศและอุปกรณ์ทางการแพทย์ จักรยานและอุปกรณ์กีฬา
การผ่าตัดปิดจมูก
วัสดุเหล่านี้เป็นวัสดุที่มีองค์ประกอบหลายองค์ประกอบซึ่งมีพื้นฐานมาจากเส้นใยโบรอนที่ใส่เข้าไปในเมทริกซ์โพลีเมอร์เซ็ตติ้งแบบเทอร์โมเซตติง เส้นใยนั้นแสดงด้วยเส้นใยเดี่ยวซึ่งถักด้วยด้ายแก้วเสริม ความแข็งสูงของเกลียวทำให้มั่นใจในความแข็งแรงและความต้านทานของวัสดุต่อปัจจัยที่ก้าวร้าว แต่ในขณะเดียวกัน พลาสติกโบรอนก็เปราะบางซึ่งทำให้การประมวลผลยุ่งยาก เส้นใยโบรอนมีราคาแพง ดังนั้นขอบเขตของพลาสติกโบรอนจึงจำกัดอยู่เฉพาะในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเป็นหลัก
ศัลยกรรมกระดูก
ในวัสดุคอมโพสิตเหล่านี้ สารตัวเติมส่วนใหญ่เป็นเส้นใยสังเคราะห์ - ใยพ่วง ด้าย ผ้า กระดาษ คุณสมบัติพิเศษของโพลีเมอร์เหล่านี้ ได้แก่ ความหนาแน่นต่ำ น้ำหนักเบาเมื่อเทียบกับแก้วและพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์ มีความต้านทานแรงดึงสูง และทนทานต่อแรงกระแทกและโหลดไดนามิกสูง วัสดุคอมโพสิตนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมเครื่องกล การต่อเรือ การก่อสร้างรถยนต์ ในการผลิตเทคโนโลยีอวกาศ และวิศวกรรมเคมี
ประสิทธิผลคืออะไร?
เนื่องจากองค์ประกอบที่เป็นเอกลักษณ์ วัสดุคอมโพสิตจึงสามารถนำมาใช้ในหลากหลายสาขา:
- ในการบินในการผลิตชิ้นส่วนและเครื่องยนต์ของเครื่องบิน
- เทคโนโลยีอวกาศสำหรับการผลิตโครงสร้างพลังงานของอุปกรณ์ที่ต้องได้รับความร้อน
- อุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อสร้างตัวถัง เฟรม แผง กันชนน้ำหนักเบา
- อุตสาหกรรมเหมืองแร่ในการผลิตเครื่องมือขุดเจาะ
- วิศวกรรมโยธาเพื่อสร้างช่วงสะพาน องค์ประกอบของโครงสร้างสำเร็จรูปในอาคารสูง
การใช้คอมโพสิตทำให้สามารถเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์และโรงไฟฟ้าได้ ในขณะเดียวกันก็ช่วยลดน้ำหนักของเครื่องจักรและอุปกรณ์ด้วย
โอกาสคืออะไร?
ตามที่ตัวแทนของอุตสาหกรรมรัสเซียวัสดุคอมโพสิตเป็นของวัสดุรุ่นใหม่ มีการวางแผนว่าภายในปี 2563 ปริมาณการผลิตผลิตภัณฑ์ในประเทศในอุตสาหกรรมคอมโพสิตจะเพิ่มขึ้น โครงการนำร่องที่มุ่งเป้าไปที่การพัฒนาวัสดุคอมโพสิตรุ่นใหม่กำลังดำเนินการทั่วประเทศแล้ว
แนะนำให้ใช้คอมโพสิตในหลากหลายสาขา แต่จะมีประสิทธิภาพมากที่สุดในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีชั้นสูง ตัวอย่างเช่น ปัจจุบันไม่มีเครื่องบินลำเดียวที่ถูกสร้างขึ้นโดยไม่ใช้วัสดุผสม และบางลำใช้วัสดุผสมโพลีเมอร์ประมาณ 60%
ด้วยความเป็นไปได้ในการรวมองค์ประกอบเสริมและเมทริกซ์ต่างๆเข้าด้วยกันจึงเป็นไปได้ที่จะได้องค์ประกอบที่มีลักษณะเฉพาะบางอย่าง และนี่ก็ทำให้สามารถใช้วัสดุเหล่านี้ในหลากหลายสาขาได้
คุณสมบัติของการออกแบบและการใช้งานผลิตภัณฑ์จาก CM
เมื่อออกแบบ ผลิต และแนะนำผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตที่ใช้สารตัวเติมเส้นใย (FCM) จะไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงคุณสมบัติหลายประการที่มีอยู่ในวัสดุประเภทนี้:
ก) Anisotropy ของคุณลักษณะทางกายภาพและทางกลของ ECM
หากวัสดุแบบดั้งเดิม (เหล็ก เหล็กหล่อ) รวมถึง CM เสริมการกระจายตัว มีคุณสมบัติไอโซโทรปิก ECM จะมีลักษณะเฉพาะแบบแอนไอโซโทรปีที่ชัดเจน หากลักษณะของการเสริมแรงด้วยเส้นใยและเมทริกซ์แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ อัตราส่วนระหว่างลักษณะของ ECM ในทิศทางที่ต่างกันอาจแตกต่างกันไป อยู่ในช่วงกว้าง: ตั้งแต่ 3-5 เท่าถึง 100 เท่าขึ้นไป
b) เมื่อออกแบบโครงสร้างที่ทำจากวัสดุแบบดั้งเดิม ผู้ออกแบบจะเกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปในรูปแบบของแผ่น เหล็ก ผลิตภัณฑ์รีดขึ้นรูป การหล่อ ฯลฯ พร้อมซัพพลายเออร์รับประกันคุณสมบัติคอม หน้าที่ของเขาคือเลือกผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่เหมาะสม catov กำหนดเรขาคณิตตามวัตถุประสงค์การใช้งานและวิธีการเชื่อมต่อแต่ละส่วน งานของนักเทคโนโลยีคือการตรวจสอบรูปร่างขนาดและคุณภาพของการเชื่อมต่อโครงสร้างที่ระบุ องค์ประกอบใด ๆ การวิเคราะห์กระบวนการที่เกิดขึ้นในทุกขั้นตอนของการสร้างผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป เพื่อให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติตามระดับที่ต้องการ Teristics อยู่ในความสามารถของนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ ถึงเวลาแล้ว การแบ่งกระบวนการอย่างเป็นทางการและระดับองค์กรในการรับผลิตภัณฑ์จากวัสดุดั้งเดิมออกเป็นสามขั้นตอน:
- วัสดุศาสตร์- การได้มาซึ่งวัสดุที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการลักษณะเฉพาะ;
- ออกแบบ- การออกแบบผลิตภัณฑ์โครงสร้าง
- เทคโนโลยี- การผลิตผลิตภัณฑ์และเครื่องจักร
ขั้นตอนเหล่านี้แยกจากกันตามเวลาและถือว่าไม่เกี่ยวข้องกันในหมู่พวกเขาเองหากนักออกแบบได้รับคำแนะนำจากลักษณะของวัสดุที่นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุทำได้และมีแนวคิดร่วมกัน ข้อมูลเกี่ยวกับระดับของเทคโนโลยีสมัยใหม่
ตามกฎแล้วการผลิตโครงสร้างจาก CM เกิดขึ้นในการดำเนินการทางเทคโนโลยีเดียวกับการสร้างวัสดุ ในกรณีนี้แบบซิงโครนัส แต่ด้วยการผลิตโครงสร้างกระบวนการทางเคมีกายภาพที่ซับซ้อนเกิดขึ้นและกระบวนการทางอุณหฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโครงสร้างและการเปลี่ยนแปลงรวมของเมทริกซ์ ปฏิสัมพันธ์กับวัสดุเสริมแรง พวกมันจะมาพร้อมกับปรากฏการณ์ทางกลโดยตรง ส่งผลต่อคุณสมบัติของวัสดุและ ความจุแบริ่งคอมโพสิตชิ้นส่วนสำหรับการก่อตัวของข้อบกพร่องในนั้นในสถานะที่ไม่ได้โหลดดังนั้นผู้ออกแบบที่ออกแบบผลิตภัณฑ์จาก CM จะต้องรู้และคำนึงถึงหลักวัสดุศาสตร์ในการสร้าง CM ในการพัฒนา และวิธีการทางเทคโนโลยีในการผลิตผลิตภัณฑ์จาก CM นักเทคโนโลยีที่ไม่มีความรู้ด้านการออกแบบเกี่ยวกับการโหลดและสภาวะการทำงานสร้างขึ้นไม่สามารถผลิตสินค้าจากวีซีเอ็มได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ความแตกต่างระหว่างซีเอ็มกับวัสดุแบบเดิมๆ เพราะ คุณสมบัติของ CM ขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านโครงสร้างและเรขาคณิต (ปริมาณของเส้นใยและเมทริกซ์เสริมแรง จำนวนและการจัดเรียงของชั้นและ ฯลฯ) ซึ่งไม่ทราบล่วงหน้า ดังนั้นแนวทางที่ควรจะเป็นโครงสร้างและเทคโนโลยี และสิ่งนี้จะกำหนดคุณลักษณะขององค์กรประโยชน์ของการผลิตสินค้าจาก CM.
วี)เนื่องจากความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างขั้นตอนของโครงสร้างการผลิตมาจาก KM - การสร้างวัสดุ โครงสร้าง และเทคโนโลยีการผลิต - การใช้สำนักงานออกแบบเฉพาะทางจะมีประสิทธิภาพมากขึ้นมีศักยภาพด้านการออกแบบและเทคโนโลยีพร้อมอุปกรณ์ครบครันเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และการผลิตที่มีประสบการณ์อันทรงพลังแต่มีความยืดหยุ่นเนื่องจากต้องมีการแก้ปัญหาการออกแบบทั้งหมดทดสอบต้นแบบของผลิตภัณฑ์ แนวทางในการจัดการการผลิตควรอยู่ในทุกอุตสาหกรรมที่ CM ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายการเปลี่ยนแปลง: ในด้านการก่อสร้าง การขนส่ง การบิน เคมีภัณฑ์การผลิตยางรถยนต์ อุตสาหกรรมไฟฟ้า เป็นต้น เนื่องจาก ก่อนข้อกำหนดที่วางไว้นั้นแตกต่างกันอย่างมาก
ช)เมื่อออกแบบชิ้นส่วนจากวัสดุคอมโพสิตโพลีเมอร์ จำเป็นอย่างยิ่งคำนึงถึงข้อเสีย:
แรงเฉือนต่ำ
ลักษณะการบีบอัดต่ำ
คืบคลานเพิ่มขึ้น;
ความต้านทานความร้อนค่อนข้างต่ำของ PCM
ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการเชื่อมต่อของผลิตภัณฑ์ PCM เนื่องจากมีแรงเฉือนและแรงสัมผัสต่ำ
ง)แม้จะมีความสนใจอย่างมากในการจำกัดประเด็นของรัฐ การวิจัย วิธีการที่เชื่อถือได้เพื่อกำหนดระยะขอบด้านความปลอดภัยไม่มีองค์ประกอบโครงสร้างจาก CM เนื่องจากความซับซ้อนของปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความแข็งแกร่งของผลิตภัณฑ์ที่ทำจาก CM ความสำคัญของคุณเพิ่มมากขึ้น วิธีโบราเมื่อประมวลผลผลการทดสอบเชิงทดลองนิวยอร์ก
ปัจจุบันการประเมินความแข็งแรงของโครงสร้างที่ทำจาก CM ประกอบด้วยชุดการทดสอบ ได้แก่ :
ผ่านการทดสอบ 100% ภายใต้ภาระการปฏิบัติงาน
การทดสอบแบบเลือกเพื่อทำลายโครงสร้างเนีย
การประกันคุณภาพและความสำเร็จของการทดสอบทั้งสองประเภทนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของกระบวนการทางเทคโนโลยี
ใน ปีที่ผ่านมาการประเมินความแข็งแกร่งของแต่ละชิ้นส่วนโดยใช้วิธีการทดสอบแบบไม่ทำลายเป็นรายบุคคลเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรกการวิจัย - อัลตราซาวนด์ การปล่อยเสียง ฯลฯ
จ)การกำหนดความคลาดเคลื่อนและความพอดีกับชิ้นส่วนจาก CM
เพราะ การก่อตัวของพื้นผิวในผลิตภัณฑ์ที่ทำจาก CM เกิดขึ้นได้หลายวิธี (การม้วน การกด การปู ฯลฯ) และ ส่วนใหญ่มักไม่ผ่านกระบวนการทางกล ดังนั้น ระบบจึงขึ้นอยู่กับการเปิดตัวและข้อกำหนดด้านความสะอาดพื้นผิวควรสร้างขึ้นอย่างมากยืดหยุ่นได้. ควรใช้แนวทางที่คล้ายกันเพื่อควบคุมการแพร่กระจายของมวลที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของพารามิเตอร์ของวัสดุเริ่มต้นและอัตราส่วนในหน่วย CM ลักษณะที่ปรากฏในระหว่างกระบวนการทางเทคโนโลยี ปริมาตรที่แตกต่างกันในการวางแนวฟิลเลอร์ ฯลฯ
และ)การเปลี่ยนไปใช้ CM ในการผลิตผลิตภัณฑ์ทางวิศวกรรมส่งผลต่อปัญหาในการเก็บรายละเอียดส่วนประกอบของเครื่องจักร เพราะ แย้งวัสดุ ได้รับการปรับให้เหมาะกับชิ้นส่วนเฉพาะที่ไม่พึงปรารถนาที่จะนำมาตัดเฉือนในอนาคต ดังนั้นจึงยืนหยัดได้ตามธรรมชาติคำถามของการเข้าร่วมแต่ละส่วน วิธีการผลิต การวิจัยส่วนประกอบเครื่องจักรที่คล้ายกันซึ่งทำจากโลหะ ในกรณีนี้ก็เช่นกันไม่ได้ผลหรือยอมรับไม่ได้โดยสิ้นเชิง ในเรื่องนี้ขอแนะนำอย่างยิ่งการสร้างแอสเซมบลีทั้งหมดจาก CM ที่ก่อนหน้านี้แบ่งออกเป็นซีรีส์นั้นแตกต่างออกไปชิ้นส่วนซึ่งต่อจากนั้นประกอบเป็นผลิตภัณฑ์โดยใช้การเชื่อมต่อแบบถอดได้หรือแบบถาวร ทิศทางนี้มีผลมากเพราะ ต้นทุนแรงงานและพลังงานลดลง แม้ว่าการปฏิบัติงานจะลดลงก็ตามเครื่องส่งรับวิทยุต้องมีการปรับโครงสร้างอุปกรณ์เทคโนโลยีและกระบวนการผลิตใหม่
ตัวอย่างเช่นในสหรัฐอเมริกาในปี 1970 มีการผลิตรถยนต์นั่งส่วนบุคคลจำนวนมาก ยานพาหนะ มีการแนะนำแผงด้านหน้าพร้อมช่องเปิดสำหรับหุ้มหม้อน้ำซึ่งเริ่มแรกทำจากแผ่นซีเอ็ม นอกจากด้านล่างแล้วน้ำหนัก 50% ทำให้การบริโภคลดลงอย่างมีนัยสำคัญ dov โดยการรวมหลายส่วนเข้าด้วยกัน แผงชิ้นเดียวนี้ช่วยลดขั้นตอนการปั๊มโลหะแผ่นและกลไกจำนวนมาก การประมวลผลบนเครื่องจักรและการประกอบช่วยขจัดปัญหาที่เกี่ยวข้องแม่พิมพ์ แม่พิมพ์ และอุปกรณ์จับยึดเครื่องจักร เธอรวมกันได้ 16การปั๊มโลหะแผ่นและชิ้นส่วนฉีดขึ้นรูปเป็นชิ้นเดียวจาก กม. ในปี พ.ศ. 2522 รถยนต์นั่งส่วนบุคคลมากกว่า 35 รุ่นเริ่มใช้แผงด้านหน้าที่ทำจาก CM รวมถึงตัวเรือนและช่องเสียบไฟหน้าไฟจอดรถ ไฟเบรก สัญญาณไฟเลี้ยว และไฟจอดรถ
ชม)มีความจำเป็นต้องเปลี่ยนแนวทางในการกำหนดประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของการใช้ CM โดยปกติแล้วผลกระทบทางเศรษฐกิจของการประยุกต์ใช้ CM เกิดขึ้นจาก “ผู้บริโภค” ในรูปแบบของกลยุทธ์ที่เพิ่มขึ้นเทคนิคร่วม ลักษณะการทำงานของผลิตภัณฑ์ ความทนทาน การบำรุงรักษา ฯลฯ ดังนั้นผลกระทบทางเศรษฐกิจสามารถกำหนดได้โดยใช้แนวทางการเรียนรู้อย่างเป็นระบบเท่านั้น ซึ่งคำนึงถึงองค์ประกอบทั้งหมดของผลกระทบโดยรวมของการทดแทนแบบเดิมเนื้อหาเกี่ยวกับ KM และการเปลี่ยนผ่านไปสู่ เทคโนโลยีใหม่ระหว่างการผลิต การวิจัยชิ้นส่วนหรือโครงสร้างโดยทั่วไป
เท่านั้น แนวทางของแต่ละบุคคลโดยคำนึงถึงคุณสมบัติเหล่านี้ ทำให้การเปลี่ยนไปใช้ CM แทนโลหะมีประสิทธิผลและมีแนวโน้มเปิดโลกทัศน์ใหม่ในการพัฒนาและ การปรับปรุงเทคโนโลยี
การจำแนกประเภทของวัสดุคอมโพสิต
ตามประเภทของสารตัวเติมเสริมแรง CM สมัยใหม่ก็สามารถเป็นได้ แบ่งออกเป็นสองกลุ่ม:
กระจายตัวเข้มแข็ง;
เส้นใย
การกระจายตัวแข็งแกร่งขึ้น วัสดุคอมโพสิต (DCCM) คือวัสดุที่มีการกระจายอนุภาคละเอียดเท่าๆ กันในเมทริกซ์ ซึ่งได้รับการออกแบบมาให้มีบทบาทเป็นขั้นตอนเสริมกำลังอนุภาคตัวเติมที่กระจายตัวจะถูกนำเข้าสู่เมทริกซ์โดยใช้วิธีการทางเทคโนโลยีพิเศษ อนุภาคไม่ควรมีปฏิกิริยากับเมทริกซ์อย่างแข็งขันและไม่ควรละลายในนั้นจนถึงจุดหลอมเหลว ในวัสดุเหล่านี้ เมทริกซ์จะรับภาระหลัก ซึ่งในโครงสร้างจะถูกสร้างขึ้นเนื่องจากเฟสการเสริมแรง ทำให้ยาก ความเคลื่อนไหวของความคลาดเคลื่อนในปัจจุบัน CM ที่เสริมการกระจายตัวเป็นแบบไอโซโทรปิก ของพวกเขาใช้ในการบิน จรวด ฯลฯ เนื้อหาของสสารที่กระจายตัว เฟสอยู่ที่ ~5-7% (ท่อ สายไฟ ฟอยล์ แท่ง ฯลฯ)
กลไกของผลการเสริมกำลังจากการรวมอนุภาคที่กระจัดกระจายไว้ในเมทริกซ์จะแตกต่างกันไปตาม DUCM ประเภทต่างๆ
1) วัสดุคอมโพสิตเสริมการกระจายตัว “เมทริกซ์พลาสติก – ตัวเติมเปราะ”
สำหรับวัสดุประเภทนี้ เมทริกซ์สามารถแสดงได้ด้วยโลหะต่อไปนี้: Al, Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Ti สารประกอบที่เลือกใช้บ่อยที่สุดเป็นสารตัวเติม ได้แก่ ออกไซด์ (Al 2 O 3 ; SiO 2 ; Cr 2 O 3 ; ThO 2 ; TiO 2 ), คาร์ไบด์ (SiC ; TiC ), ไนไตรด์ (Si 3 N 4 ; AlN ), โบไรด์ (TiB 2 ; CrB 2 ;
จากข้อมูลการทดลอง สามารถกำหนดข้อกำหนดต่อไปนี้สำหรับวัสดุตัวเติมได้ เพื่อให้มั่นใจว่าการใช้งานจะมีประสิทธิภาพสูงสุดในขั้นตอนการเสริมกำลัง เขาจะต้องมี:
การหักเหของแสงสูง ( กรุณา . > 1000 ° กับ);
มีความแข็งสูงและ โมดูลัสสูงความยืดหยุ่น;
การกระจายตัวสูง (พื้นผิวจำเพาะ – Ssp≥ 10 ม 2 /ก.);
ไม่ควรมีการรวมตัว (ฟิวชั่น) ของอนุภาคที่กระจัดกระจายในระหว่างการผลิตและการปฏิบัติงาน
จะต้องมีอัตราการแพร่กระจายของอนุภาคที่กระจัดกระจายไปยังเมทริกซ์โลหะต่ำ
กลไกการแข็งตัว วัสดุคอมโพสิต “เมทริกซ์พลาสติก – ตัวเติมเปราะ”.
การเสริมความแข็งแกร่งเกิดขึ้นผ่านกลไกการเคลื่อนที่: หากระยะห่างระหว่างอนุภาคเพียงพอ ความคลาดเคลื่อนภายใต้การกระทำของความเค้นสัมผัสจะโค้งงอระหว่างพวกมัน ส่วนของมันจะปิดด้านหลังแต่ละอนุภาค ก่อตัวเป็นวงรอบอนุภาค ในพื้นที่ระหว่างลูปความคลาดเคลื่อน สนามความเค้นยืดหยุ่นจะเกิดขึ้น ทำให้ยากต่อการผลักดันความคลาดเคลื่อนใหม่ระหว่างอนุภาค (รูปที่ 1) สิ่งนี้ทำให้มีความต้านทานต่อการเกิดนิวเคลียสของรอยแตกเพิ่มขึ้น (การเริ่มต้น)
ข้าว. 1. การแสดงแผนผังกระบวนการก่อตัวของลูปความคลาดเคลื่อนในเมทริกซ์พลาสติก:
1 – อนุภาคกระจัดกระจาย; 2 – เส้นความคลาดเคลื่อน; 3 – ลูปความคลาดเคลื่อน; 4 – สนามความเค้นยืดหยุ่น
d – ขนาดอนุภาคของฟิลเลอร์ L คือระยะห่างระหว่างอนุภาคตัวเติมที่อยู่ติดกัน
τ – ทิศทางการออกฤทธิ์ของความเค้นในวงสัมผัส
ใบเสร็จ วัสดุคอมโพสิต “เมทริกซ์พลาสติก – ตัวเติมเปราะ”.
โดยทั่วไปแล้วลำดับ การดำเนินงานทางเทคโนโลยีเพื่อให้ได้ DUCM ประเภท “พลาสติกเมทริกซ์ – ตัวเติมเปราะ” มีดังนี้:
ก) การได้รับผงคอมโพสิต
ข) การกด;
c) การเผาผนึก;
d) การเสียรูปของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป
d) การหลอม
2) วัสดุคอมโพสิตเสริมการกระจายตัว “เมทริกซ์เปราะ – ตัวเติมพลาสติก”
โครงสร้างของ DUCM ดังกล่าวแสดงด้วยเมทริกซ์เซรามิกที่มีอนุภาคของตัวเติมโลหะกระจายตัวกระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอ คอมโพสิตเหล่านี้จัดอยู่ในประเภทเซอร์เมต ระยะห่างระหว่างอนุภาคที่อยู่ติดกันถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงเศษส่วนปริมาตร และผลของการเสริมแรงอาจปรากฏที่ปริมาณอนุภาค 15-20% ของปริมาตร
ออกไซด์ทนไฟและสารประกอบที่ไม่ใช่ออกไซด์ทนไฟบางชนิดสามารถใช้เป็นเฟสเซรามิกได้: 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 เฟสโลหะ ได้แก่ Fe, Co, Ni, Si, Cu, W, Mo, Cr, Nb, Ta, V, Zr, Hf, Ti การเลือกคู่เซอร์เม็ทเฉพาะแต่ละคู่สำหรับการผลิตคอมโพสิตนั้นพิจารณาจากความเป็นไปได้ในการสร้างส่วนต่อประสานที่เสถียรอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาระหว่างเฟสของแข็งที่อุณหภูมิไม่เกินจุดหลอมเหลวของส่วนประกอบที่หลอมละลายได้มากที่สุดของคู่นั้น หรือ อุณหภูมิการก่อตัวของยูเทคติกหลอมละลาย
กลไกการยับยั้งการทำลายวัสดุคอมโพสิต “เมทริกซ์เปราะ - ตัวเติมพลาสติก” .
กระบวนการทำลายคอมโพสิตดังกล่าวสามารถแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน ในระยะแรกในระหว่างการโหลด การแตกหักแบบเปราะในเมทริกซ์จะเริ่มขึ้นเป็นครั้งแรกเนื่องจากความเข้มข้นของความเครียดที่เพิ่มขึ้น ความไม่เหมือนกันระดับจุลภาคโครงสร้าง: ไมโครรูขุมขน, ขอบเขตของเมล็ดข้าว, เมล็ดพืชที่ไม่สมดุลขนาดใหญ่ เมื่อถึงระดับความเครียดวิกฤติ รอยแตกจะเริ่มขึ้น
ในขั้นตอนที่สอง รอยแตกที่แพร่กระจายจะมีปฏิกิริยากับอนุภาคโลหะที่มีความเหนียว (รูปที่ 2): ที่ส่วนปลาย แรงเค้นสูงสุดจะกระทำ ซึ่งนำไปสู่การเสียรูป การยืดตัว และการแตกของอนุภาคโลหะ ในกรณีนี้งานทำลายคอมโพสิตนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับลักษณะเฉพาะของวัสดุที่ไม่เสริมแรง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการใช้พลังงานของรอยแตกร้าวในงานเปลี่ยนรูปพลาสติกของอนุภาคทั้งหมดที่เข้าสู่ด้านหน้าของรอยแตกร้าว เป็นผลให้ความต้านทานต่อการเกิดรอยแตกร้าวเพิ่มขึ้น เนื่องจากตลิ่งถูกปกคลุมไปด้วย "สะพานเชื่อมต่อ" ที่ทำจากโลหะดัด
ข้าว. 2. ภาพประกอบของกระบวนการยับยั้งการแตกหักในเมทริกซ์ที่เปราะ:
1 – อนุภาคโลหะด้านหน้ารอยแตกด้านหน้า 2 – “สะพานการสื่อสาร” เกิดขึ้น พิการ
อนุภาคโลหะ 3 – อนุภาคโลหะที่ถูกทำลาย; 4 – ธนาคารแตก;σ ร– แรงดึง
ใบเสร็จ วัสดุคอมโพสิต “เมทริกซ์เปราะบาง – ตัวเติมพลาสติก”.
ลำดับของการดำเนินการทางเทคโนโลยีที่ใช้เพื่อให้ได้:
ก) การได้มาซึ่งส่วนผสมของผงคอมโพสิต
b) การใส่สารยึดเกาะอินทรีย์เข้าไปในของผสม
ค) การกด;
d) การกำจัดเอ็นอินทรีย์
จ) การเผาผนึก;
f) การประมวลผลทางกล
เพื่อให้แน่ใจว่ามีการอัดตัว (ให้ความเป็นพลาสติก) กับส่วนผสมของผงส่วนประกอบ จึงมีการใช้สารยึดเกาะอินทรีย์โดยการผสมกับสารละลายใด ๆ อินทรียฺวัตถุ(โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ โพลีไวนิลบิวทิรัลเอทิลีนไกลคอล ยาง ฯลฯ) ตามด้วยการอบแห้งเพื่อขจัดตัวทำละลาย จากการดำเนินการนี้แต่ละอนุภาคของส่วนผสมผงจะถูกเคลือบด้วยพลาสติไซเซอร์บาง ๆ จากนั้น เมื่อกดลงบนส่วนผสมที่เป็นผงที่เทลงในแม่พิมพ์ อนุภาคของมันจะเกาะกันเป็นชั้นของพลาสติไซเซอร์ หลังจากนั้นโดยการอบชุบผลิตภัณฑ์ในสุญญากาศหรือในผงเบดของอลูมินาหรือคาร์บอนแบล็ค สารยึดเกาะจะถูกกำจัดออกที่อุณหภูมิ การทำลายความร้อนหรือการเผาไหม้ (300 – 400° กับ). หลังจากเอาสารยึดเกาะอินทรีย์ออกแล้ว อนุภาคในปริมาตรของผลิตภัณฑ์จะยังคงอยู่เนื่องจากแรงเสียดทานเป็นหลัก อุณหภูมิการเผาผนึกของคอมโพสิตถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิการเผาผนึกของเมทริกซ์เซรามิก ดำเนินการในสภาพแวดล้อมของก๊าซที่เป็นกลาง (อาร์กอน ฮีเลียม) หรือในสุญญากาศ หากจำเป็น วัสดุที่เผาผนึกจะถูกตัดเฉือนโดยใช้เครื่องมือเพชร
เส้นใย กมสามารถจำแนกตามประเภทของสารตัวเติมเสริมแรง ในการผลิต แก้วที่มีความแข็งแรงสูง คาร์บอน โบรอน เส้นใยอินทรีย์ ลวดโลหะ หนวดของคาร์ไบด์จำนวนหนึ่ง ออกไซด์ ไนไตรด์ ฯลฯ
วัสดุเสริมแรงถูกนำมาใช้ในรูปแบบของเส้นใยเดี่ยว ด้าย เส้นเกลียว ตาข่าย ผ้า เทป และผืนผ้าใบ สามารถแยกแยะ Fibrous CM ได้ตามวิธีการเสริมแรง: เชิงและสุ่ม (สุ่ม) ในกรณีแรก คอมโพสิตมีคุณสมบัติแอนไอโซโทรปีที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ประการที่สอง พวกมันเป็นแบบกึ่งไอโซโทรปิก เศษส่วนปริมาณ ฟิลเลอร์ในเส้นใย CM คือ 60-70%
ตามประเภทเมทริกซ์ คอมโพสิตมีความโดดเด่น:
โพลีเมอร์ (PCM);
โลหะ (MKM);
เซรามิก (KKM);
- คาร์บอนคาร์บอน(UUKM).
วัสดุคอมโพสิตโพลีเมอร์ - นี้ เฮเทอโรเฟสิกวัสดุคอมโพสิตที่มีเฟสโพลีเมอร์ต่อเนื่อง (เมทริกซ์) ซึ่งตัวเติมที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซจะถูกกระจายแบบสุ่มหรือในลำดับที่แน่นอน สารเหล่านี้จะเติมส่วนหนึ่งของปริมาตรเมทริกซ์ ซึ่งจะช่วยลดการใช้วัตถุดิบที่หายากหรือมีราคาแพง และ (หรือ) ปรับเปลี่ยนองค์ประกอบ ทำให้ คุณสมบัติที่จำเป็นกำหนดโดยวัตถุประสงค์คุณลักษณะของกระบวนการทางเทคโนโลยีของการผลิตและการแปรรูปตลอดจนสภาพการทำงานของผลิตภัณฑ์ ถึงพวกเขา รวมถึงพลาสติกส่วนใหญ่, ยาง, สีและวาร์นิช, สารประกอบโพลีเมอร์, กาว ฯลฯ
ขึ้นอยู่กับประเภทของโพลีเมอร์เมทริกซ์ เทอร์โมพลาสติกที่เติมและเทอร์โมพลาสติกมีความโดดเด่น (ตาม เอทิลีน, โพลีไวนิลคลอไรด์, ไนลอน ฯลฯ), เรซินสังเคราะห์ (โพลีเอสเตอร์, อีพอกซีฟีนอลและอื่น ๆ.)และยาง . PCM แบ่งออกเป็นพลาสติกที่กระจายตัวขึ้นอยู่กับประเภทของฟิลเลอร์ (ฟิลเลอร์ - อนุภาคที่กระจายตัวในรูปทรงต่าง ๆ รวมถึงเส้นใยบด) พลาสติกเสริมแรง(ประกอบด้วยตัวเติมเสริมแรงของโครงสร้างเส้นใยต่อเนื่อง), พลาสติกเติมแก๊ส, เติมน้ำมันยาง; ขึ้นอยู่กับลักษณะของฟิลเลอร์ โพลีเมอร์ที่เติมจะถูกแบ่งออกเป็นพลาสติกแร่ใยหิน (ตัวเติมแร่ใยหิน) ชั้นกราไฟท์ (กราไฟท์) ไม้ลามิเนต(แผ่นไม้อัดไม้), พลาสติกไฟเบอร์กลาส (ไฟเบอร์กลาส), พลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์ (คาร์บอนไฟเบอร์), ออร์กาโนพลาสติก (เส้นใยเคมี), การผ่าตัดขยายหลอดเลือด(เส้นใยโบรอน) เป็นต้น รวมทั้งแบบลูกผสมหรือ โพลีไฟเบอร์พลาสติก (ฟิลเลอร์ - ส่วนผสมของเส้นใยต่างๆ)
ตามวิธีการผลิต PCM สามารถแบ่งได้ดังต่อไปนี้: การวาง ม้วน pultrusion การกด ฯลฯ
ในระหว่างวิธีนี้ จะใช้ฟิลเลอร์ที่เตรียมไว้ล่วงหน้า ด้วยวิธีนี้จึงรับประกันความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ในระดับสูงและมีการควบคุมตัวบ่งชี้ อย่างไรก็ตามคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ได้จะขึ้นอยู่กับทักษะและประสบการณ์ของพนักงานในระดับสูง
การผลิตผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์กลาสที่ขึ้นรูปด้วยมือแบ่งออกเป็นหลายขั้นตอน ขั้นตอนแรกเรียกว่าการเตรียมการในระหว่างที่ทำความสะอาดพื้นผิวของเมทริกซ์ของผลิตภัณฑ์ที่คาดหวังจากนั้นจึงล้างไขมันและในที่สุดก็ใช้แว็กซ์ปล่อยชั้นหนึ่ง ในตอนท้ายของขั้นตอนแรกเมทริกซ์จะถูกปกคลุมด้วยชั้นป้องกันและตกแต่ง - เจลโค้ต ด้วยชั้นนี้ พื้นผิวด้านนอกของผลิตภัณฑ์ในอนาคตจึงถูกสร้างขึ้น สีถูกตั้งค่า และการป้องกันจากปัจจัยที่เป็นอันตราย เช่น น้ำ รังสีอัลตราไวโอเลต และสารเคมี เมทริกซ์เชิงลบส่วนใหญ่จะใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป หลังจากที่ชั้นเจลโค้ตพิเศษแห้งแล้ว คุณสามารถไปยังขั้นตอนต่อไปซึ่งเรียกว่าการปั้น ในระหว่างขั้นตอนนี้ วัสดุกระจกที่ตัดแล้วจะถูกใส่ลงในเมทริกซ์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ฟิลเลอร์ประเภทอื่นได้ ถัดมาคือกระบวนการสร้าง “โครงกระดูก” ของผลิตภัณฑ์ที่คาดหวัง จากนั้นจึงนำเรซินที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผสมไว้ล่วงหน้าไปใช้กับวัสดุแก้วที่เตรียมไว้ เรซินจะต้องกระจายอย่างสม่ำเสมอโดยใช้แปรงและลูกกลิ้งแบบอ่อนทั่วทั้งเมทริกซ์ ขั้นตอนสุดท้ายเรียกได้ว่ากลิ้ง ใช้สำหรับขจัดฟองอากาศออกจากลามิเนตที่ยังไม่แข็งตัว หากไม่ได้ถอดออกจะส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปดังนั้นต้องรีดลามิเนตด้วยลูกกลิ้งแข็ง เมื่อผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปแข็งตัวแล้ว มันจะถูกถอดออกจากแม่พิมพ์และนำไปผ่านกระบวนการตัดเฉือน ซึ่งรวมถึงการเจาะรู ตัดไฟเบอร์กลาสส่วนเกินรอบขอบ ฯลฯ
ข้อดีของวิธีนี้:
- มีอยู่จริง โอกาสที่แท้จริงได้ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อนและมีขนาดใหญ่ด้วยการลงทุนเพียงเล็กน้อย
- การออกแบบผลิตภัณฑ์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายเนื่องจากมีการนำชิ้นส่วนและอุปกรณ์ที่ฝังเข้าไปในผลิตภัณฑ์และราคาของอุปกรณ์และอุปกรณ์ที่ต้องการก็ค่อนข้างต่ำ
- ในการสร้างเมทริกซ์นั้นจะใช้วัสดุใด ๆ ที่สามารถรักษาสัดส่วนและรูปร่างได้
ข้อเสียของวิธีนี้:
- ต้นทุนแรงงานที่สำคัญ
- ผลผลิตค่อนข้างต่ำ
- คุณภาพของผลิตภัณฑ์จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของผู้ปั้น
- วิธีนี้เหมาะสำหรับการผลิตสินค้าขนาดเล็ก
2. การฉีดพ่น
วิธีนี้เหมาะสำหรับการผลิตขนาดเล็กและขนาดกลาง วิธีการฉีดพ่นมีข้อดีมากกว่าการขึ้นรูปแบบสัมผัส แม้ว่าจะมีต้นทุนในการซื้ออุปกรณ์สำหรับวิธีนี้ก็ตาม
การติดตั้งแบบพิเศษช่วยให้คุณสามารถใช้สารเคลือบป้องกันและพลาสติกได้ ด้วยเหตุนี้จึงไม่จำเป็นต้องตัดวัสดุเบื้องต้นและเตรียมเครื่องผูกซึ่งเป็นผลมาจากการที่ส่วนของแรงงานคนลดลงอย่างรวดเร็ว การติดตั้งแบบพิเศษจะนับปริมาณของเรซินและสารทำให้แข็งตัวโดยอัตโนมัติอย่างแม่นยำ และยังตัดการท่องเที่ยวออกเป็นชิ้นๆ อีกด้วย ขนาดที่ต้องการ(0.8 - 5 ซม.) หลังจากกระบวนการตัด บางส่วนของด้ายจะต้องตกลงไปในกระแสของสารยึดเกาะและอิ่มตัวระหว่างการถ่ายโอนไปยังเมทริกซ์ กระบวนการบดอัดไฟเบอร์กลาสในเมทริกซ์โดยใช้แรงงานคนดำเนินการโดยใช้ลูกกลิ้งกลิ้ง
ข้อดีหลายประการในการผลิตไฟเบอร์กลาสโดยการฉีดพ่น:
- ประหยัดเวลาและพื้นที่ที่มีประโยชน์เนื่องจากไม่จำเป็นต้องตัดวัสดุและเตรียมเครื่องผูก
- สามารถลดจำนวนพื้นที่การผลิตได้โดยการลดจำนวนสถานที่ที่เตรียมไว้เป็นพิเศษสำหรับการขึ้นรูป
- ความเร็วในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น
- การควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ทำได้ง่ายขึ้น
- กองทุน ค่าจ้างประหยัดอย่างมีนัยสำคัญ
- เนื่องจากว่าการท่องเที่ยวค่อนข้างจะ วัสดุราคาไม่แพงจากนั้นต้นทุนของผลิตภัณฑ์ที่ได้จะลดลงอย่างมาก
เมื่อเตรียมเครื่องผูกแล้ว ในปริมาณที่น้อยจากนั้นในระหว่างการขึ้นรูปด้วยมือสารยึดเกาะมากถึง 5% ยังคงอยู่บนอุปกรณ์และผนังของภาชนะซึ่งค่อนข้างไม่ประหยัด เป็นที่ทราบกันดีว่าคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ได้จะขึ้นอยู่กับทักษะและประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานติดตั้ง วิธีนี้ใช้เครื่องมือแบบเดียวกับในระหว่างการปั้นด้วยมือ
3. การอัดขึ้นรูป.
เทคโนโลยี Pultrusion มีพื้นฐานมาจากการผลิตผลิตภัณฑ์โปรไฟล์ที่มีแกนเดียวอย่างต่อเนื่องจากพลาสติกเส้นใย ผลิตภัณฑ์โปรไฟล์ที่มีหน้าตัดคงที่จากวัสดุที่เหมาะสมสามารถรับได้โดยการพัลทรูชัน
ต้องขอบคุณเครื่อง pultrusion แบบพิเศษที่ผลิตโปรไฟล์ไฟเบอร์กลาส เครื่องจักรดังกล่าวประกอบด้วยส่วนสำหรับจัดหาวัสดุเสริมแรง, แม่พิมพ์, ส่วนสำหรับการชุบ, ชุดดึงและชุดควบคุม องค์ประกอบความร้อนและจากส่วนตัดแต่ง เป็นการดีกว่าที่จะเสริมความแข็งแกร่งให้กับแพ็คเกจไฟเบอร์แบบมุ่งเน้นในสภาวะแห้งและชุบด้วยส่วนประกอบโพลีเมอร์ที่สูบผ่านแพ็คเกจแบบแห้ง ด้วยเทคโนโลยีนี้อากาศจะไม่เข้าไปในวัสดุ เรซินส่วนเกินจะไหลกลับเข้าไปในกระทะและนำไปรีไซเคิล Roving ซึ่งใช้เป็นวัสดุเสริมแรง จะถูกคลายออกจากม้วนในสภาพแห้งและรวบรวมเป็นมัดด้วยวิธีพิเศษ จากนั้นวัสดุจะเข้าสู่อุปกรณ์เคลือบ - นี่คืออ่างพิเศษที่มีเรซินซึ่งถูกทำให้เปียกด้วยโพลีเอสเตอร์อีพอกซีหรือสารยึดเกาะอื่น ๆ จากนั้นวัสดุที่ชุบไว้แล้วจะถูกส่งไปยังแม่พิมพ์ที่ให้ความร้อนซึ่งมีหน้าที่สร้างการกำหนดค่าโปรไฟล์ จากนั้นองค์ประกอบจะแข็งตัวที่อุณหภูมิที่กำหนด ผลลัพธ์ที่ได้คือโปรไฟล์ไฟเบอร์กลาส ซึ่งมีโครงร่างตามรูปร่างของแม่พิมพ์
ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยกระบวนการพัลทรูชันมีคุณสมบัติที่เหนือกว่าชิ้นส่วนที่ผลิตโดยวิธีการขึ้นรูปแบบคลาสสิก ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นของวิธีนี้เกิดจากข้อดีหลายประการที่เป็นลักษณะเฉพาะของกระบวนการนี้ ข้อดีได้แก่ การควบคุมความตึงและทิศทางของเส้นใยอย่างเข้มงวด ลดขนาดรูขุมขน และรักษาปริมาณเส้นใยให้คงที่ในคอมโพสิต เห็นได้ชัดว่าแม้แต่คุณสมบัติแรงเฉือนระหว่างชั้นก็ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด บน ช่วงเวลานี้กระบวนการพัลทรูชันขั้นพื้นฐานหลายรูปแบบได้รับการพัฒนา ซึ่งเป็นที่สนใจของหลาย ๆ คนและมีความหมายอย่างมากต่ออุตสาหกรรม ข้อดีคือคุณสมบัติทางไฟฟ้า กายภาพ เคมี และความร้อนที่ดี ประสิทธิภาพสูง และความทนทานต่อขนาดที่ดีเยี่ยม หนึ่งในวิธีการพัลทรูชันเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายอย่างแม่นยำสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปแบบแผ่นถาวรและแบบแผ่น
อย่างไรก็ตาม แต่ละวิธีก็มีข้อเสียของตัวเอง วิธีการนี้มีข้อเสียเช่นความเร็วของกระบวนการซึ่งจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและอัตราการแข็งตัวของสารยึดเกาะ โดยปกติจะมีขนาดเล็กสำหรับเรซินโพลีเอสเตอร์ทนความร้อนต่ำ ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือเป็นการยากที่จะให้หน้าตัดของผลิตภัณฑ์คงที่ตามความยาวยกเว้นผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างหน้าตัดไม่ซับซ้อนโดยเฉพาะ - สี่เหลี่ยมจัตุรัสกลม I-beam และอื่น ๆ คุณต้องใช้ด้ายหรือเกลียวเท่านั้นเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้ข้อเสียของวิธีการผลิตผลิตภัณฑ์โปรไฟล์ได้ค่อยๆ หมดไป และการใช้กระบวนการนี้ได้ขยายออกไปอย่างเห็นได้ชัด องค์ประกอบที่ขึ้นอยู่กับโพลีไวนิลอีเทอร์และอีพอกซีเรซินจะถูกใช้เป็นเมทริกซ์โพลีเมอร์ การใช้เมทริกซ์โพลีเมอร์ดังกล่าวที่มีโพลีซัลโฟน โพลีเอเทอร์ซัลโฟน และโพลีอิไมด์ที่เป็นพลาสติก ทำให้สามารถบรรลุความเร็วการขึ้นรูปแท่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5 มม. ที่ความเร็วประมาณหนึ่งร้อยสองเมตร/นาที
เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์โปรไฟล์เสริมที่ซับซ้อนจำเป็นต้องใช้วิธีการวาดวัสดุเป็นชั้นซึ่งประกอบด้วยเสื่อหรือผ้าที่มีเส้นใย ปัจจุบัน มีการพัฒนาวิธีการสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์แบบท่อที่ผสมผสานการพันของชั้นเกลียวและการเจาะรูเข้าด้วยกัน ใบกังหันลมซึ่งมีหน้าตัดที่ซับซ้อนสามารถยกมาเป็นตัวอย่างของการใช้วัสดุที่มีรูปแบบการเสริมแรงที่ซับซ้อน เครื่องมือได้รับการพัฒนาสำหรับการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปสำหรับแหนบรถยนต์ซึ่งมีพื้นผิวโค้งและหน้าตัดที่แปรผันได้
4. คดเคี้ยว
หนึ่งในวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์กลาสคือวิธีการม้วนเส้นใย เนื่องจากวิธีนี้จะสร้างโครงสร้างตัวเติมที่จำเป็นในผลิตภัณฑ์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรูปร่างและลักษณะการใช้งาน ด้วยการใช้เกลียว เทป ด้ายเป็นสารตัวเติม จึงทำให้ผลิตภัณฑ์มีความแข็งแรงสูงสุด นอกจากนี้ฟิลเลอร์ดังกล่าวยังมีราคาถูกที่สุด
กระบวนการม้วนเส้นใยสามารถอธิบายได้ว่าเป็นวิธีการที่ค่อนข้างง่าย โดยวัสดุเสริมแรงในรูปแบบของการพันแบบถาวร (การดึง) หรือด้าย (เส้นด้าย) จะถูกพันบนแกนหมุนที่หมุนได้ กลไกพิเศษจะตรวจสอบมุมของขดลวดและตำแหน่งของวัสดุเสริมแรง อุปกรณ์เหล่านี้จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ตรงกับการหมุนของแมนเดรล วัสดุจะถูกพันรอบๆ แกนหมุนในลักษณะเป็นแถบที่สัมผัสกัน หรือในรูปแบบพิเศษบางอย่างจนกระทั่งพื้นผิวของแกนเดอร์ถูกปกคลุมจนหมด สามารถทาชั้นต่อ ๆ ไปได้มุมเดียวหรือที่ มุมที่แตกต่างกันคดเคี้ยวจนได้ความหนาที่ต้องการ มุมที่คดเคี้ยวแตกต่างกันไปตั้งแต่เล็กมากซึ่งเรียกว่าตามยาวไปจนถึงเส้นรอบวงใหญ่ การจัดเรียงนี้หมายถึง 90 0 สัมพันธ์กับแกนของแมนเดรล ซึ่งครอบคลุมมุมเกลียวทั้งหมดในช่วงเวลานี้
เรซินเทอร์โมเซตติงทำหน้าที่เป็นตัวประสานสำหรับวัสดุเสริมแรง ในกระบวนการม้วนแบบเปียก เรซินจะถูกทาโดยตรงระหว่างการม้วน กระบวนการม้วนแบบแห้งนั้นใช้การหมุนวนซึ่งถูกชุบไว้ล่วงหน้าด้วยเรซินในระยะ B การชุบแข็งจะดำเนินการที่อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นโดยไม่มีแรงกดดันมากเกินไป ขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการขึ้นอยู่กับการนำผลิตภัณฑ์ออกจากแมนเดรล หากจำเป็น สามารถดำเนินการตกแต่งขั้นสุดท้ายได้: การแปรรูปทางกลหรือการเจียร กระบวนการม้วนขั้นพื้นฐานนั้นมีหลายทางเลือกให้เลือก ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามลักษณะของการม้วนเท่านั้น รวมถึงคุณสมบัติการออกแบบ การผสมผสานวัสดุ และประเภทของอุปกรณ์ โครงสร้างจะต้องถูกพันเหมือนบนพื้นผิวที่หมุนได้ อย่างไรก็ตาม คุณสามารถขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ประเภทอื่นได้ เช่น โดยการบีบอัดส่วนที่เป็นแผลที่ยังไม่แข็งตัวภายในแม่พิมพ์แบบปิด
การออกแบบดูเหมือนทรงกระบอกท่อหรือท่อเรียบซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่หลายเซนติเมตรถึงหลายสิบเซนติเมตร การม้วนช่วยให้คุณสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างทรงกรวย ทรงกลม และรูปทรงเนื้อที่ เพื่อรับเรือ ความดันสูงและถังเก็บต้องใส่ฝาปิดท้ายเข้าในขดลวด สามารถสร้างผลิตภัณฑ์ที่จะทำงานภายใต้สภาวะการโหลดที่ไม่เป็นมาตรฐานได้ เช่น แรงดันภายนอกหรือภายใน โหลดแรงอัด หรือแรงบิด ท่อเทอร์โมพลาสติกและภาชนะโลหะแรงดันสูงจะเสริมความแข็งแรงเมื่อพันด้วยสายรัดภายนอก ผลลัพธ์ที่ได้นั้นมีความโดดเด่นด้วยความแม่นยำในระดับสูง อย่างไรก็ตาม มีอีกด้านหนึ่งของกระบวนการคดเคี้ยว กระบวนการนี้มีลักษณะเฉพาะด้วยความเร็วในการผลิตที่ต่ำกว่า ข้อดีก็คือวัสดุเสริมแรงอย่างถาวรเหมาะสำหรับการพัน
เครื่องจักรประเภทต่างๆ สามารถนำมาใช้สำหรับกระบวนการขึ้นลานได้ ตั้งแต่เครื่องกลึงต่างๆ และเครื่องที่ขับเคลื่อนด้วยโซ่ ไปจนถึงหน่วยคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งมีแกนการเคลื่อนที่สามหรือสี่แกน มีการใช้เครื่องจักรที่ผลิตท่ออย่างต่อเนื่อง เพื่ออำนวยความสะดวกในการพันถังขนาดใหญ่ ควรออกแบบอุปกรณ์พกพาที่สถานที่ติดตั้ง
ข้อดีหลักของวิธีการม้วน:
- วิธีการวางวัสดุที่สร้างผลกำไรจากมุมมองทางเศรษฐกิจเนื่องจากความเร็วของกระบวนการ
- ความเป็นไปได้ในการปรับอัตราส่วนเรซิน/แก้ว
- เล็ก น้ำหนักของตัวเองแต่ในขณะเดียวกันก็มีความแข็งแรงสูง
- วิธีนี้ไม่เสี่ยงต่อการกัดกร่อนและเน่าเปื่อย
- วัสดุที่มีราคาไม่แพงนัก
- โครงสร้างที่ดีของลามิเนตเนื่องจากโปรไฟล์มีเส้นใยกำหนดทิศทางและมีวัสดุแก้วที่ดี
5. การกด
กระบวนการกดประกอบด้วยการให้รูปร่างที่ต้องการโดยตรงกับผลิตภัณฑ์ภายใต้อิทธิพลของแรงดันสูงซึ่งเกิดขึ้นในแม่พิมพ์ที่อุณหภูมิของการแข็งตัวของวัสดุอย่างรวดเร็ว เนื่องจากแรงกดดันภายนอกในวัสดุที่ถูกกดทำให้เกิดการบดอัดและการทำลายโครงสร้างบางส่วนของโครงสร้างก่อนหน้านี้ แรงเสียดทานระหว่างการสัมผัสอนุภาคของวัสดุซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการบดอัดทำให้เกิดพลังงานความร้อนซึ่งจะนำไปสู่การละลายของสารยึดเกาะอย่างแน่นอน หลังจากที่วัสดุเข้าสู่สถานะวิสโคพลาสติก มันจะกระจายตัวในแม่พิมพ์ภายใต้ความกดดัน ทำให้เกิดโครงสร้างที่สอดคล้องและอัดแน่น กระบวนการชุบแข็งขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาการเชื่อมโยงข้ามของโมเลกุลขนาดใหญ่เนื่องจากการควบแน่นระหว่างกลุ่มอิสระของสารยึดเกาะ ปฏิกิริยานี้ต้องใช้ความร้อน โดยในระหว่างนั้นจะมีการปล่อยสารระเหยที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เช่น เมทานอล น้ำ ฟอร์มาลดีไฮด์ แอมโมเนีย เป็นต้น
พารามิเตอร์สำหรับเทคโนโลยีการกดโดยตรง:
- อุณหภูมิอุ่น;
- ความดันกด;
- อุณหภูมิการกด;
- การสัมผัสชั่วคราวภายใต้ความกดดัน
- พารามิเตอร์การเตรียมพิมพ์
แรงดันจะกระทำโดยตรงกับวัสดุในช่องแม่พิมพ์ในระหว่างการกดโดยตรง ดังนั้นชิ้นส่วนแม่พิมพ์อาจสึกหรอก่อนเวลาอันควร รอบการกดอาจมีระยะเวลาตั้งแต่ 4 ถึง 7 นาที ขึ้นอยู่กับขนาดของผลิตภัณฑ์ การกดพลาสติกโดยตรงเพื่อเสริมแรงมีสองประเภท ซึ่งขึ้นอยู่กับวิธีการชุบฟิลเลอร์ไฟเบอร์:
- กดผ้าใบและผ้าที่แห้งและชุบไว้ล่วงหน้า
- พวกเขาถูกกดด้วยการทำให้ชุ่มในแม่พิมพ์
วิธีแรกเป็นที่นิยมมากขึ้น ในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างค่อนข้างเรียบง่าย จะใช้การอัดโดยตรง เนื่องจากความต้องการคุณภาพของพื้นผิวด้านนอกของชิ้นส่วนมีสูง จึงมีการสร้างการติดตั้งอัตโนมัติสำหรับส่วนประกอบในการจ่ายสารเมื่อเตรียมช่องว่างพรีเพรก หุ่นยนต์อัตโนมัติแบบพิเศษได้รับการออกแบบให้บรรจุหีบห่อของช่องว่างลงในแม่พิมพ์กดแบบหลายช่อง มีการติดตั้งเครื่องพิมพ์ความแม่นยำสูงรุ่นใหม่ ระบบที่ทันสมัยการควบคุมซึ่งทำให้ได้ชิ้นส่วนที่มีพื้นผิวคุณภาพสูงและราคาก็ใกล้เคียงกับชิ้นส่วนเหล็กโดยประมาณ
6. เทคโนโลยีบตท.
อุปสรรคสำคัญต่อการแพร่กระจายของวัสดุคอมโพสิตคือการปรับตัวเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมสำหรับการผลิตให้สอดคล้องกับความต้องการของการผลิตขนาดใหญ่สมัยใหม่ซึ่งเป็นระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบเช่นกัน ปัจจุบัน ชิ้นส่วนคอมโพสิตยังคงเป็น "สินค้าเป็นชิ้น" แรงงานที่มีราคาแพงของบุคลากรที่มีประสบการณ์มีส่วนช่วยอย่างมากต่อส่วนแบ่งต้นทุนของวัสดุเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เรามีความก้าวหน้าอย่างมากในการเตรียมวิธีอัตโนมัติสำหรับการผลิตคอมโพสิต เทคโนโลยี SMC ได้กลายเป็นหนึ่งในการพัฒนาที่ได้รับความนิยมมากที่สุด
ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ใช้เทคโนโลยีนี้ต้องผ่านกระบวนการสองขั้นตอน ขั้นตอนแรกของเทคโนโลยีมีลักษณะเฉพาะคือมีการผลิตพรีเพกบนชุดสายพานลำเลียงอัตโนมัติ และในขั้นตอนที่สอง พรีเพกจะถูกแปรรูปในแม่พิมพ์เหล็กเป็นชิ้นส่วนสำเร็จรูป ให้เราอธิบายขั้นตอนเหล่านี้โดยละเอียดยิ่งขึ้น เรซินโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวถูกใช้เป็นฐานสำหรับวัสดุยึดเกาะ ข้อดีของมันคือราคาต่ำและระยะเวลาในการบ่มสั้น ส่วนประกอบเสริมแรงคือไฟเบอร์กลาสสับซึ่งกระจายแบบสุ่มทั่วทั้งปริมาตรแผ่น การจัดเก็บข้อมูลระยะยาวเป็นเวลาหลายเดือนที่อุณหภูมิห้องโดยระบบการบ่มด้วยเรซิน สารเพิ่มความข้นของสารเคมีจะเพิ่มความหนืดของสารยึดเกาะหลังจากที่ใยแก้วถูกชุบด้วยขนาดต่างๆ กัน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความสามารถในการผลิตของพรีเพกและยังเพิ่มอายุการเก็บอีกด้วย สารตัวเติมแร่ซึ่งถูกใส่เข้าไปในสารยึดเกาะในปริมาณมากจะช่วยเพิ่มความต้านทานไฟของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปและและคุณภาพของพื้นผิวก็ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
พรีเพกที่ได้ที่ได้สามารถแปรรูปได้ในกระบวนการอัตโนมัติด้วยการกดในแม่พิมพ์เหล็กที่ให้ความร้อน แม่พิมพ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบคล้ายกับแม่พิมพ์ฉีดสำหรับเทอร์โมพลาสติก ด้วยสูตรผสมสารยึดเกาะ พรีเพกจึงแข็งตัวที่อุณหภูมิ 150 C และความดัน 50-80 บาร์ที่ความเร็ว ~30 วินาที/มม. ของความหนา การหดตัวของการบ่มที่ต่ำมากเป็นคุณลักษณะสำคัญของเทคโนโลยี SMC เนื่องจากมีสารตัวเติมแร่ธาตุและสารเติมแต่งเทอร์โมพลาสติกชนิดพิเศษในปริมาณสูง การหดตัวจึงสูงถึง 0.05% ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีความต้านทานแรงกระแทก 50-100 kJ/m2 และความต้านทานการดัดงอแบบทำลายล้าง 120-180 MPa มีความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจที่จะใช้เทคโนโลยี SMC เมื่อผลิตผลิตภัณฑ์คอมโพสิตคุณภาพสูงในปริมาณมากตั้งแต่หลายพันถึงหลายแสนต่อเดือน วัสดุที่คล้ายกันหลายแสนชิ้นถูกผลิตขึ้นในตลาดยุโรปต่อปี อุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า รถยนต์ และรถไฟเป็นผู้บริโภควัสดุเหล่านี้รายใหญ่ที่สุด
7. วิธี RTM (Resin Transfer Moulding)
วิธีการ RTM อาศัยการชุบและการฉีดขึ้นรูปของวัสดุผสม ซึ่งในระหว่างนั้นสารยึดเกาะจะถูกถ่ายโอนไปยังเมทริกซ์แบบปิดที่มีสารตัวเติมหรือผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นอยู่แล้ว ผ้าหลายชนิดที่มีลวดลายต่างๆ สามารถทำหน้าที่เป็นวัสดุเสริมแรงได้ ตัวอย่างเช่น วัสดุหลายแกนหรือวัสดุอิมัลชัน และแผ่นแก้วแบบผง สารยึดเกาะเป็นเรซินที่เจลได้ภายใน 50-120 นาที และมีความหนืดไดนามิกต่ำ GOST 28593-90 กำหนดความหนืดและเวลาในการเกิดเจลของเรซิน
วิธีนี้เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ปริมาณมาตรฐาน 500 -10,000 รายการต่อปี การออกแบบเมทริกซ์ประกอบด้วยรูปแบบคอมโพสิตหรือเหล็กที่เป็นไปตามรูปทรงภายนอกของชิ้นส่วนทั้งสองด้าน โครงสร้างมีคุณสมบัติด้านอุณหภูมิสูงซึ่งยึดอยู่กับที่โดยการวางแนวที่แม่นยำของโครงเหล็กที่ปิดล้อมซึ่งได้รับการรองรับที่ตำแหน่งจับยึด
วิธีนี้เหมาะสำหรับการผลิตเมทริกซ์ตั้งแต่ 0.2 ตร.ม. ถึง 100 ตร.ม. การออกแบบเมทริกซ์ประกอบด้วยรูปแบบคอมโพสิตหรือเหล็ก เมทริกซ์รูปร่างประกอบด้วยไฟแช็กและ การออกแบบที่ยืดหยุ่น- ครึ่งหนึ่งของเมทริกซ์เชื่อมต่อกันภายใต้อิทธิพลของสุญญากาศ
ข้อดีของเทคโนโลยี RTM:
- การผลิตแบบอัตโนมัติซึ่งจะช่วยลดลักษณะสุ่มของการแทรกแซงของมนุษย์
- มีการลดและควบคุมปริมาณวัตถุดิบที่ใช้
- ผลกระทบของวัสดุต่อสิ่งแวดล้อมลดลง
- สภาพการทำงานได้รับการปรับปรุง
- ผลิตภัณฑ์ที่ค่อนข้างคงทนถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการทำให้มีการเคลือบที่ดีกว่า
- อุปกรณ์ค่อนข้างถูก
1. วัสดุคอมโพสิตหรือวัสดุคอมโพสิต - วัสดุแห่งอนาคต
หลังจากที่ฟิสิกส์สมัยใหม่ของโลหะอธิบายให้เราฟังโดยละเอียดถึงสาเหตุของความเป็นพลาสติก ความแข็งแรง และการเพิ่มขึ้น การพัฒนาวัสดุใหม่อย่างเป็นระบบก็เริ่มขึ้น สิ่งนี้อาจนำไปสู่การสร้างวัสดุที่มีความแข็งแกร่งมากกว่าโลหะผสมทั่วไปในปัจจุบันในอนาคตอันใกล้นี้ ในกรณีนี้ จะให้ความสนใจเป็นอย่างมากกับกลไกที่ทราบกันดีอยู่แล้วของการชุบแข็งของเหล็กและการเสื่อมสภาพของโลหะผสมอะลูมิเนียม การผสมผสานระหว่างกลไกที่ทราบเหล่านี้กับกระบวนการขึ้นรูป และความเป็นไปได้มากมายในการสร้างวัสดุที่รวมกัน วัสดุผสมที่เสริมด้วยเส้นใยหรืออนุภาคของแข็งที่กระจัดกระจายทำให้เกิดทางเลือกสองทาง รายแรกที่แนะนำเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงที่สุดของแก้ว คาร์บอน โบรอน เบริลเลียม เหล็ก หรือผลึกเดี่ยวที่มีลักษณะคล้ายเกลียวในโลหะอนินทรีย์หรือเมทริกซ์โพลีเมอร์อินทรีย์ จากผลการรวมกันนี้ ความแข็งแรงสูงสุดจะรวมกับโมดูลัสยืดหยุ่นสูงและความหนาแน่นต่ำ วัสดุคอมโพสิตถือเป็นวัสดุแห่งอนาคตอย่างแท้จริง
วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุโครงสร้าง (โลหะหรืออโลหะ) ที่มีองค์ประกอบเสริมแรงในรูปแบบของเกลียว เส้นใย หรือสะเก็ดของวัสดุที่แข็งแรงกว่า ตัวอย่างของวัสดุคอมโพสิต: พลาสติกเสริมแรงด้วยโบรอน คาร์บอน ใยแก้ว เส้นใยหรือผ้า อลูมิเนียมเสริมด้วยด้ายเหล็กและเบริลเลียม ด้วยการรวมเนื้อหาเชิงปริมาตรของส่วนประกอบเข้าด้วยกันจึงเป็นไปได้ที่จะได้วัสดุคอมโพสิตที่มีค่าความแข็งแรง, ทนความร้อน, โมดูลัสยืดหยุ่น, ความต้านทานการกัดกร่อนรวมทั้งสร้างองค์ประกอบด้วยแม่เหล็ก, อิเล็กทริก, การดูดซับวิทยุและอื่น ๆ ที่จำเป็น คุณสมบัติพิเศษ
2. ประเภทของวัสดุคอมโพสิต
2.1. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะ
วัสดุคอมโพสิตหรือวัสดุคอมโพสิตประกอบด้วยเมทริกซ์โลหะ (โดยปกติคือ Al, Mg, Ni และโลหะผสมของพวกมัน) เสริมด้วยเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง (วัสดุที่เป็นเส้นใย) หรืออนุภาคทนไฟที่กระจายอย่างประณีตซึ่งไม่ละลายในโลหะฐาน (วัสดุที่มีความแข็งแรงในการกระจายตัว) . เมทริกซ์โลหะจับเส้นใย (อนุภาคที่กระจัดกระจาย) ให้เป็นชิ้นเดียว ไฟเบอร์ (อนุภาคที่กระจายตัว) บวกกับสารยึดเกาะ (เมทริกซ์) ที่ประกอบเป็นองค์ประกอบอย่างใดอย่างหนึ่งเรียกว่าวัสดุคอมโพสิต
2.2. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์อโลหะ
พบวัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์อโลหะ ประยุกต์กว้าง- โพลีเมอร์ คาร์บอน และ วัสดุเซรามิก- จากเมทริกซ์โพลีเมอร์ การกระจายตัวที่ยิ่งใหญ่ที่สุดได้รับอีพอกซี ฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ และโพลีเอไมด์
เมทริกซ์คาร์บอนโค้กหรือไพโรคาร์บอนได้มาจากโพลีเมอร์สังเคราะห์ที่ผ่านกระบวนการไพโรไลซิส เมทริกซ์จะผูกองค์ประกอบเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดเป็นรูปทรง สารเสริมกำลังคือเส้นใย: แก้ว, คาร์บอน, โบรอน, อินทรีย์ซึ่งมีพื้นฐานมาจากผลึกมัสสุ (ออกไซด์, คาร์ไบด์, บอไรด์, ไนไตรด์และอื่น ๆ ) รวมถึงโลหะ (ลวด) ซึ่งมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง
คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของส่วนประกอบ การรวมกัน อัตราส่วนเชิงปริมาณ และความแข็งแรงของพันธะระหว่างส่วนประกอบเหล่านั้น
วัสดุเสริมแรงสามารถอยู่ในรูปแบบของเส้นใย, เส้น, ด้าย, เทป, ผ้าหลายชั้น
ปริมาณสารทำให้แข็งในวัสดุเชิงปริมาณคือ 60-80 ปริมาตร % ในรูปแบบที่ไม่มุ่งเน้น (มีเส้นใยและหนวดแยกกัน) - 20-30 ปริมาตร - ยิ่งความแข็งแรงและโมดูลัสยืดหยุ่นของเส้นใยสูงเท่าใด ความแข็งแรงและความแข็งแกร่งของวัสดุคอมโพสิตก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติของเมทริกซ์จะกำหนดความแข็งแรงขององค์ประกอบภายใต้แรงเฉือนและแรงอัด และความต้านทานต่อความเสียหายจากความเมื่อยล้า
ขึ้นอยู่กับประเภทของการเสริมแรง วัสดุคอมโพสิตจะถูกจัดประเภทเป็นเส้นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอนร่วมกับเส้นใยคาร์บอน เส้นใยโบรอน และออร์กาโนไฟเบอร์
ในวัสดุที่เป็นชั้นเส้นใยด้ายเทปที่ชุบด้วยสารยึดเกาะจะถูกวางขนานกันในระนาบการวาง ชั้นแบนประกอบเป็นแผ่น คุณสมบัติเป็นแบบแอนไอโซโทรปิก เพื่อให้วัสดุใช้งานได้ในผลิตภัณฑ์ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงทิศทางของแรงกระทำด้วย สามารถสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทั้งไอโซโทรปิกและแอนไอโซทรอปิกได้
สามารถวางไฟเบอร์ได้ในมุมที่แตกต่างกัน โดยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิต ความแข็งแกร่งด้านแรงดัดงอและแรงบิดของวัสดุขึ้นอยู่กับลำดับการวางชั้นต่างๆ ตามความหนาของบรรจุภัณฑ์
ใช้กำลังเสริมสามสี่เธรดขึ้นไป
โครงสร้างที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือโครงสร้างของเธรดสามตัวตั้งฉากกัน เหล็กเสริมสามารถอยู่ในทิศทางตามแนวแกน แนวรัศมี และเส้นรอบวง
วัสดุสามมิติอาจมีความหนาเท่าใดก็ได้ในรูปของบล็อกหรือทรงกระบอก ผ้าขนาดใหญ่จะเพิ่มความแข็งแรงการลอกและความต้านทานแรงเฉือนเมื่อเปรียบเทียบกับผ้าลามิเนต ระบบสี่เธรดถูกสร้างขึ้นโดยการสลายตัวของเหล็กเสริมตามเส้นทแยงมุมของลูกบาศก์ โครงสร้างของเกลียวทั้งสี่นั้นมีความสมดุลและเพิ่มความแข็งแกร่งของแรงเฉือนในระนาบหลัก
อย่างไรก็ตาม การสร้างวัสดุสี่ทิศทางนั้นยากกว่าการสร้างวัสดุสามทิศทาง
3. การจำแนกประเภทของวัสดุคอมโพสิต
3.1. วัสดุผสมไฟเบอร์
บ่อยครั้งที่วัสดุคอมโพสิตเป็นโครงสร้างแบบชั้นซึ่งแต่ละชั้นเสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องแบบขนานจำนวนมาก แต่ละชั้นยังสามารถเสริมแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่ทอเป็นผ้าที่มีรูปทรงเดิม ความกว้าง และความยาวที่สอดคล้องกับวัสดุขั้นสุดท้าย บ่อยครั้งที่เส้นใยถูกถักทอเป็นโครงสร้างสามมิติ
วัสดุคอมโพสิตแตกต่างจากโลหะผสมทั่วไปในด้านค่าความต้านทานแรงดึงและขีดจำกัดความทนทานที่สูงกว่า (50–10%) โมดูลัสยืดหยุ่น ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็ง และลดความไวต่อการแตกร้าว การใช้วัสดุคอมโพสิตช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างในขณะเดียวกันก็ช่วยลดการใช้โลหะด้วย
ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิต (เส้นใย) ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของเส้นใย เมทริกซ์ควรกระจายความเค้นระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงเป็นหลัก ดังนั้นโมดูลัสความแข็งแรงและยืดหยุ่นของเส้นใยจะต้องมากกว่าโมดูลัสความแข็งแรงและยืดหยุ่นของเมทริกซ์อย่างมีนัยสำคัญ
เส้นใยเสริมแรงที่แข็งจะรับรู้ถึงความเค้นที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบระหว่างการบรรทุก ทำให้มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งในทิศทางของการวางแนวของเส้นใย
เพื่อเสริมสร้างอลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสม โบรอน รวมถึงเส้นใยจากสารประกอบทนไฟ (คาร์ไบด์ ไนไตรด์ บอไรด์ และออกไซด์) ที่มีโมดูลัสความแข็งแรงสูงและความยืดหยุ่นถูกนำมาใช้ ลวดที่ทำจากเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงมักถูกใช้เป็นเส้นใย
สำหรับการเสริมแรงไทเทเนียมและโลหะผสมจะใช้ลวดโมลิบดีนัม, เส้นใยแซฟไฟร์, ซิลิคอนคาร์ไบด์และไทเทเนียมโบไรด์
การเพิ่มความต้านทานความร้อนของโลหะผสมนิกเกิลทำได้โดยการเสริมแรงด้วยลวดทังสเตนหรือโมลิบดีนัม เส้นใยโลหะยังใช้ในกรณีที่ต้องมีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง สารเสริมกำลังที่น่าหวังสำหรับวัสดุคอมโพสิตเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูง ได้แก่ หนวดที่ทำจากอะลูมิเนียมออกไซด์และไนไตรด์ ซิลิคอนคาร์ไบด์และไนไตรด์ โบรอนคาร์ไบด์ ฯลฯ
วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโลหะมีความแข็งแรงและทนความร้อนสูง ในขณะเดียวกันก็มีความเป็นพลาสติกต่ำ อย่างไรก็ตาม เส้นใยในวัสดุคอมโพสิตจะช่วยลดอัตราการขยายตัวของรอยแตกร้าวที่เกิดขึ้นในเมทริกซ์ และความล้มเหลวที่เปราะกะทันหันก็หายไปเกือบหมด คุณสมบัติที่โดดเด่นวัสดุคอมโพสิตเส้นใยแกนเดียวมีลักษณะเฉพาะโดยคุณสมบัติทางกลแบบแอนไอโซโทรปีตามแนวและข้ามเส้นใย และมีความไวต่ำต่อตัวรวมความเครียด
แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์จะถูกนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบชิ้นส่วนเพื่อปรับคุณสมบัติให้เหมาะสมโดยจับคู่สนามต้านทานกับสนามความเค้น
การเสริมแรงโลหะผสมอลูมิเนียม แมกนีเซียม และไทเทเนียมด้วยเส้นใยทนไฟอย่างต่อเนื่องของโบรอน ซิลิคอนคาร์ไบด์ ไทเทเนียมโดโบไรด์ และอลูมิเนียมออกไซด์ช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อนได้อย่างมาก คุณลักษณะของวัสดุคอมโพสิตคืออัตราการอ่อนตัวต่ำเมื่อเวลาผ่านไปเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น
ข้อเสียเปรียบหลักของวัสดุคอมโพสิตที่มีการเสริมแรงแบบหนึ่งและสองมิติคือความต้านทานต่ำต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นและการแตกหักตามขวาง วัสดุที่มีการเสริมแรงด้วยปริมาตรไม่มีสิ่งนี้
3.2. วัสดุคอมโพสิตเสริมการกระจายตัว
ซึ่งแตกต่างจากวัสดุคอมโพสิตที่เป็นเส้นใยในวัสดุคอมโพสิตที่มีการกระจายตัวที่มีความแข็งแรงเมทริกซ์เป็นหลัก องค์ประกอบรับน้ำหนักและอนุภาคที่กระจัดกระจายจะขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ในนั้น
มีความแข็งแรงสูงด้วยขนาดอนุภาค 10-500 นาโนเมตร โดยมีระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอนุภาค 100-500 นาโนเมตร และการกระจายตัวสม่ำเสมอในเมทริกซ์
ความแข็งแรงและความต้านทานความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณปริมาตรของขั้นตอนการเสริมกำลังไม่ปฏิบัติตามกฎแห่งการบวก เนื้อหาที่เหมาะสมที่สุดของระยะที่สองสำหรับ โลหะต่างๆแตกต่างกันไป แต่โดยปกติจะไม่เกิน 5-10 vol. -
การใช้สารประกอบทนไฟที่มีความเสถียร (ออกไซด์ของทอเรียม, แฮฟเนียม, อิตเทรียม, สารประกอบเชิงซ้อนของออกไซด์และโลหะธาตุหายาก) ที่ไม่ละลายในโลหะเมทริกซ์เนื่องจากขั้นตอนการเสริมความแข็งแกร่งช่วยให้รักษาความแข็งแรงสูงของวัสดุได้สูงถึง 0.9-0.95 T ในเรื่องนี้วัสดุดังกล่าวมักถูกใช้เป็นวัสดุทนความร้อน วัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงในการกระจายตัวสามารถหาได้จากโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่ที่ใช้ในเทคโนโลยี
โลหะผสมที่ทำจากอะลูมิเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ SAP (ผงอะลูมิเนียมเผาผนึก)
ความหนาแน่นของวัสดุเหล่านี้เท่ากับความหนาแน่นของอลูมิเนียมซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าในด้านความต้านทานการกัดกร่อนและยังสามารถแทนที่ไทเทเนียมและเหล็กที่ทนต่อการกัดกร่อนเมื่อทำงานในช่วงอุณหภูมิ 250-500 ° C ในแง่ของความแข็งแกร่งในระยะยาวนั้นเหนือกว่าอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ดัดขึ้นรูป ความแข็งแกร่งระยะยาวสำหรับโลหะผสม SAP-1 และ SAP-2 ที่ 500 °C คือ 45-55 MPa
วัสดุที่มีการกระจายตัวของนิกเกิลมีแนวโน้มที่ดี
โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักที่มีปริมาตร 2-3 มีความต้านทานความร้อนสูงสุด % ทอเรียมไดออกไซด์หรือแฮฟเนียมไดออกไซด์ เมทริกซ์ของโลหะผสมเหล่านี้มักจะเป็นสารละลายของแข็งของ Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr และ Mo โลหะผสม VDU-1 (เสริมนิกเกิลด้วยทอเรียมไดออกไซด์), VDU-2 (เสริมนิกเกิลด้วยแฮฟเนียมไดออกไซด์) และ VD-3 (เมทริกซ์ Ni + 20% Cr, เสริมความแข็งแกร่งด้วยทอเรียมออกไซด์) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานความร้อนสูง วัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูงในการกระจายตัว เช่นเดียวกับเส้นใย มีความทนทานต่อการอ่อนตัวลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและระยะเวลาในการสัมผัสที่อุณหภูมิที่กำหนด
3.3. ไฟเบอร์กลาส.
ไฟเบอร์กลาสเป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยเรซินสังเคราะห์ซึ่งเป็นสารยึดเกาะและตัวเติมใยแก้ว ใยแก้วแบบต่อเนื่องหรือแบบสั้นถูกใช้เป็นสารตัวเติม ความแข็งแรงของไฟเบอร์กลาสเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง (เนื่องจากอิทธิพลของความไม่สม่ำเสมอและรอยแตกที่เกิดขึ้นในส่วนที่หนา) คุณสมบัติของไฟเบอร์กลาสยังขึ้นอยู่กับปริมาณอัลคาไลในองค์ประกอบด้วย ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในแก้วที่ไม่มีสารอัลคาไลที่มีส่วนประกอบของอลูมิโนโบโรซิลิเกต
ใยแก้วที่ไม่เน้นมีเส้นใยสั้นเป็นสารตัวเติม ซึ่งช่วยให้คุณสามารถกดชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนได้โดยใช้การเสริมแรงด้วยโลหะ วัสดุนี้ได้มาจากลักษณะความแข็งแรงของไอโซโทปที่สูงกว่าวัสดุผงกดและแม้แต่เส้นใยมาก ตัวแทนของวัสดุนี้คือเส้นใยแก้ว AG-4V เช่นเดียวกับ DSV (เส้นใยแก้วแบบมิเตอร์) ซึ่งใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนไฟฟ้ากำลัง ชิ้นส่วนวิศวกรรมเครื่องกล (สปูลวาล์ว ซีลปั๊ม ฯลฯ ) เมื่อใช้โพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวเป็นสารยึดเกาะ จะได้พรีมิกซ์ PSC (แป้งเปียก) และพรีเพก AP และ PPM (ขึ้นอยู่กับแผ่นแก้ว) พรีเพกสามารถใช้กับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างเรียบง่าย (ตัวรถ เรือ ตัวอุปกรณ์ ฯลฯ)
ใยแก้วแบบวางแนวมีตัวบรรจุอยู่ในรูปของเส้นใยยาว จัดเรียงเป็นเกลียวแต่ละเส้นและติดกาวอย่างระมัดระวังด้วยสารยึดเกาะ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแข็งแกร่งของไฟเบอร์กลาสที่สูงขึ้น
ไฟเบอร์กลาสสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิตั้งแต่ –60 ถึง 200 °C รวมทั้งใน สภาพเขตร้อนทนทานต่อการโอเวอร์โหลดแรงเฉื่อยขนาดใหญ่
เมื่อมีอายุครบ 2 ปี ค่าสัมประสิทธิ์การชราภาพ K = 0.5-0.7
รังสีไอออไนซ์มีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูงพร้อมการเสริมแรงและเกลียว
3.4. เส้นใยคาร์บอน
เส้นใยคาร์บอน (คาร์บอนไฟเบอร์) เป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยสารยึดเกาะโพลีเมอร์ (เมทริกซ์) และสารเสริมแรงในรูปของเส้นใยคาร์บอน (คาร์บอนไฟเบอร์)
พลังงานพันธะสูงของเส้นใยคาร์บอน C-C ช่วยให้เส้นใยคาร์บอนสามารถรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงมาก (ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและลดลงได้ถึง 2200 °C) เช่นเดียวกับที่ อุณหภูมิต่ำ- เส้นใยป้องกันจากการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิว เคลือบป้องกัน(ไพโรไลติก) คาร์บอนไฟเบอร์แตกต่างจากใยแก้วตรงที่สารยึดเกาะเปียกได้ไม่ดี
(พลังงานพื้นผิวต่ำ) จึงถูกแกะสลัก ในเวลาเดียวกันระดับการกระตุ้นของคาร์บอนไฟเบอร์ในแง่ของปริมาณของกลุ่มคาร์บอกซิลบนพื้นผิวจะเพิ่มขึ้น ความต้านทานแรงเฉือนระหว่างชั้นของพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์เพิ่มขึ้น 1.6-2.5 เท่า มีการใช้การทำให้แข็งตัวของผลึกฟิลาเมนต์ TiO, AlN และ SiN ซึ่งส่งผลให้ความแข็งแกร่งของชั้นระหว่างชั้นเพิ่มขึ้น 2 เท่าและความแข็งแกร่ง 2.8 เท่า ใช้โครงสร้างเสริมเชิงพื้นที่
สารยึดเกาะเป็นโพลีเมอร์สังเคราะห์ (โพลีเมอร์คาร์บอนไฟเบอร์); โพลีเมอร์สังเคราะห์ที่ผ่านกระบวนการไพโรไลซิส (คาร์บอนไฟเบอร์โค้ก); ไพโรไลติกคาร์บอน (เส้นใยคาร์บอนไพโรคาร์บอน)
เส้นใยคาร์บอนอีพ็อกซีฟีนอลเสริมแรง KMU-1l เสริมด้วยเทปคาร์บอน และ KMU-1u บนเชือกที่มีหนวดเครา สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงถึง 200 °C
เส้นใยคาร์บอน KMU-3 และ KMU-2l ผลิตโดยใช้สารยึดเกาะอีพอกซีอะนิลีน-ฟอร์มาลดีไฮด์ สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 100 °C ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุด เส้นใยคาร์บอน มจธ.-2 และ
KMU-2l ที่ใช้สารยึดเกาะโพลีอิไมด์สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง
300 องศาเซลเซียส
เส้นใยคาร์บอนมีความโดดเด่นด้วยความต้านทานต่อความล้าทางสถิติและไดนามิกสูงและยังคงคุณสมบัตินี้ไว้ที่อุณหภูมิปกติและต่ำมาก (ค่าการนำความร้อนสูงของเส้นใยช่วยป้องกันความร้อนในตัวเองของวัสดุเนื่องจากแรงเสียดทานภายใน) มีความทนทานต่อน้ำและสารเคมี หลังจากสัมผัสกับอากาศ รังสีเอกซ์และ E แทบจะไม่เปลี่ยนแปลง
ค่าการนำความร้อนของพลาสติกเสริมใยแก้วมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าค่าการนำความร้อนของพลาสติกเสริมใยแก้ว 1.5-2 เท่า มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าดังต่อไปนี้: = 0.0024-0.0034 โอห์ม ซม. (ตามเส้นใย); - = 10 และ tg =0.001 (ที่ความถี่ปัจจุบัน 10 Hz)
ไฟเบอร์กลาสคาร์บอนประกอบด้วยเส้นใยแก้วพร้อมกับคาร์บอนซึ่งช่วยลดต้นทุนของวัสดุ
3.5. คาร์บอนไฟเบอร์กับเมทริกซ์คาร์บอน
วัสดุโค้กผลิตจากเส้นใยคาร์บอนโพลีเมอร์ทั่วไปที่ผ่านการไพโรไลซิสในบรรยากาศเฉื่อยหรือบรรยากาศลดลง ที่อุณหภูมิ 800-1500 °C จะเกิดคาร์บอไนซ์ ที่อุณหภูมิ 2,500-3,000 °C จะเกิดเส้นใยคาร์บอนกราไฟต์ เพื่อให้ได้วัสดุไพโรคาร์บอน ตัวทำให้แข็งจะถูกวางตามรูปร่างของผลิตภัณฑ์ และวางไว้ในเตาเผาซึ่งมีการส่งก๊าซไฮโดรคาร์บอน (มีเทน) เข้าไป ภายใต้ระบอบการปกครองบางอย่าง (อุณหภูมิ 1,100 °C และความดันตกค้าง 2,660 Pa) มีเทนจะสลายตัวและคาร์บอนไพโรไลติกที่เกิดขึ้นจะสะสมอยู่บนเส้นใยเสริมแรงและจับกับพวกมัน
โค้กที่เกิดขึ้นระหว่างไพโรไลซิสของสารยึดเกาะมีความแข็งแรงในการยึดเกาะกับคาร์บอนไฟเบอร์สูง ในเรื่องนี้วัสดุคอมโพสิตมีคุณสมบัติทางกลและการระเหยสูงและมีความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน
คาร์บอนไฟเบอร์ที่มีเมทริกซ์คาร์บอนประเภท KUP-VM มีความแข็งแรงและแรงกระแทกสูงกว่ากราไฟท์พิเศษถึง 5-10 เท่า เมื่อถูกความร้อนในบรรยากาศเฉื่อยและสุญญากาศจะคงความแข็งแกร่งไว้ได้ถึง 2200
°C ออกซิไดซ์ในอากาศที่อุณหภูมิ 450 °C และต้องมีการเคลือบป้องกัน
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของคาร์บอนไฟเบอร์หนึ่งผสมกับเมทริกซ์คาร์บอนอยู่ในสูง (0.35-0.45) และการสึกหรอต่ำ (0.7-1 ไมครอนสำหรับการเบรก)
3.6. เส้นใยโบรอน
เส้นใยโบรอนเป็นองค์ประกอบของสารยึดเกาะโพลีเมอร์และสารเสริมความแข็งแรง - เส้นใยโบรอน
เส้นใยโบรอนมีลักษณะเฉพาะคือแรงอัดสูง แรงเฉือนและแรงเฉือน การคืบต่ำ ความแข็งสูงและโมดูลัสยืดหยุ่น การนำความร้อน และการนำไฟฟ้า โครงสร้างจุลภาคของเซลล์ของเส้นใยโบรอนให้ความต้านทานแรงเฉือนสูงที่ส่วนต่อประสานเมทริกซ์
นอกจากเส้นใยโบรอนต่อเนื่องแล้ว ยังใช้ไนเตรตแก้วโบรอนเชิงซ้อนอีกด้วย โดยเส้นใยโบรอนหลายเส้นขนานกันถูกถักด้วยใยแก้ว ซึ่งให้ความคงตัวของมิติ การใช้ด้ายแก้วโบรอนทำให้ง่ายขึ้น กระบวนการทางเทคโนโลยีการผลิตวัสดุ
สารยึดเกาะอีพอกซีและโพลีอิไมด์ดัดแปลงถูกใช้เป็นเมทริกซ์สำหรับการผลิตไนเตรตของเส้นใยโบรอน เส้นใยโบรอน KMB-1 และ
KMB-1k ได้รับการออกแบบมาเพื่อการใช้งานระยะยาวที่อุณหภูมิ 200 °C KMB-3 และ KMB-3k ไม่ต้องการแรงดันสูงระหว่างการประมวลผล และสามารถทำงานที่อุณหภูมิไม่เกิน 100 °C; KMB-2k ทำงานที่อุณหภูมิ 300 °C
เส้นใยโบรอนมีความทนทานต่อความล้าสูงและทนทานต่อรังสี น้ำ ตัวทำละลายอินทรีย์ และสารหล่อลื่น
3.7. Organofibers.
Organofibers เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยสารยึดเกาะโพลีเมอร์และสารเสริมแรง (ตัวเติม) ในรูปของเส้นใยสังเคราะห์ วัสดุดังกล่าวมีมวลต่ำ มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งจำเพาะค่อนข้างสูง และมีความเสถียรภายใต้การกระทำของโหลดสลับและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหัน สำหรับเส้นใยสังเคราะห์ การสูญเสียความแข็งแรงระหว่างการแปรรูปสิ่งทอมีน้อย พวกเขาไม่ไวต่อความเสียหาย
สำหรับออร์กาโนไฟเบอร์ค่าของโมดูลัสยืดหยุ่นและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นของตัวเสริมความแข็งแกร่งและสารยึดเกาะจะใกล้เคียงกัน
การแพร่กระจายของส่วนประกอบของสารยึดเกาะเข้าไปในเส้นใยและปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างกันเกิดขึ้น โครงสร้างของวัสดุไม่มีข้อบกพร่อง ความพรุนไม่เกิน 1-3% (ในวัสดุอื่น 10-20%) ดังนั้นความเสถียรของคุณสมบัติเชิงกลของออร์กาโนไฟเบอร์ภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว การกระแทก และโหลดแบบไซคลิก แรงกระแทกสูง (400-700 kJ/m²) ข้อเสียของวัสดุเหล่านี้คือกำลังรับแรงอัดค่อนข้างต่ำและการคืบสูง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเส้นใยยืดหยุ่น)
เส้นใยอินทรีย์ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและสภาพอากาศเขตร้อนชื้น คุณสมบัติเป็นฉนวนสูงและค่าการนำความร้อนต่ำ สารออร์กาโนไฟเบอร์ส่วนใหญ่สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 100-150 °C และสารยึดเกาะโพลีอิไมด์และเส้นใยโพลีออกซาไดโซล - ที่อุณหภูมิ 200-300 °C
ในวัสดุผสม พร้อมด้วยเส้นใยสังเคราะห์ มีการใช้เส้นใยแร่ (แก้ว คาร์บอนไฟเบอร์ และเส้นใยโบรอน) วัสดุดังกล่าวมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งมากขึ้น
4. ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของการใช้วัสดุคอมโพสิต
ขอบเขตการใช้งานของวัสดุคอมโพสิตนั้นไม่จำกัด พวกมันถูกใช้ในการบินสำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักมากของเครื่องบิน (ผิวหนัง, สปาร์, ซี่โครง, แผง ฯลฯ) และเครื่องยนต์ (ใบพัดคอมเพรสเซอร์และกังหัน ฯลฯ) ในเทคโนโลยีอวกาศสำหรับส่วนประกอบของโครงสร้างกำลังของอุปกรณ์ที่ต้องได้รับความร้อน สำหรับ สารทำให้แข็ง แผง ในอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อทำให้ตัวถัง สปริง เฟรม แผงตัวถัง กันชน ฯลฯ มีน้ำหนักเบาลง ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ (เครื่องมือขุดเจาะ ชิ้นส่วนสำหรับการรวม ฯลฯ) ในงานวิศวกรรมโยธา (ช่วงสะพาน องค์ประกอบของชิ้นส่วนสำเร็จรูป โครงสร้างของอาคารสูง ฯลฯ) ฯลฯ) และในด้านอื่น ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ
การใช้วัสดุคอมโพสิตทำให้เกิดก้าวกระโดดเชิงคุณภาพในการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ พลังงาน และการติดตั้งการขนส่ง และการลดน้ำหนักของเครื่องจักรและอุปกรณ์
เทคโนโลยีการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปและผลิตภัณฑ์จากวัสดุคอมโพสิตได้รับการพัฒนาค่อนข้างดี
วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ ได้แก่ เส้นใยคาร์บอนโพลีเมอร์ ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการต่อเรือและยานยนต์ (ตัวรถ แชสซี ใบพัด) ตลับลูกปืน แผงทำความร้อน อุปกรณ์กีฬา และชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์ผลิตจากสิ่งเหล่านี้ เส้นใยคาร์บอนโมดูลัสสูงใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน อุปกรณ์สำหรับ อุตสาหกรรมเคมี,ในเครื่องเอ็กซเรย์ และอื่นๆ
เส้นใยคาร์บอนที่มีเมทริกซ์คาร์บอนเข้ามาแทนที่กราไฟท์ประเภทต่างๆ ใช้สำหรับป้องกันความร้อน จานเบรกของเครื่องบิน และอุปกรณ์ทนต่อสารเคมี
ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเส้นใยโบรอนถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีการบินและอวกาศ (โปรไฟล์ แผง ใบพัดและใบพัดของคอมเพรสเซอร์ ใบพัดและเพลาส่งกำลังของเฮลิคอปเตอร์ ฯลฯ)
Organofibers ถูกใช้เป็นวัสดุฉนวนและโครงสร้างในอุตสาหกรรมไฟฟ้าและวิทยุ เทคโนโลยีการบิน และอุตสาหกรรมยานยนต์ ใช้ทำท่อ ภาชนะสำหรับรีเอเจนต์ สารเคลือบตัวเรือ และอื่นๆ
สามารถดูโฆษณาซื้อ-ขายอุปกรณ์ได้ที่
คุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับข้อดีของแบรนด์โพลีเมอร์และคุณสมบัติได้ที่
ลงทะเบียนบริษัทของคุณใน Enterprise Directory