51吃瓜

1. Definition

Verbundwerkstoffe sind neue Materialien, die durch Optimierung und Kombination verschiedener Eigenschaften von Materialkomponenten unter Verwendung fortschrittlicher Materialaufbereitungstechniken entstehen. Die allgemeine Definition von Verbundwerkstoffen setzt folgende Voraussetzungen voraus:

i) Verbundwerkstoffe müssen künstlich sein und nach den Bedürfnissen der Menschen gestaltet und hergestellt werden;

ii) Verbundwerkstoffe müssen aus zwei oder mehr Werkstoffkomponenten mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften bestehen, die in der entworfenen Form, dem Verh?ltnis und der Verteilung miteinander kombiniert werden und klare Grenzfl?chen zwischen jedem Bauteil aufweisen;

(iii) Es hat strukturelle Entwurfsf?higkeit und kann für den Verbundstrukturentwurf verwendet werden;

iv) Verbundwerkstoffe behalten nicht nur die Vorteile der Leistung jedes Bauteilmaterials bei, sondern erzielen auch eine umfassende Leistung, die durch ein einzelnes Bauteilmaterial nicht durch die Komplementarit?t und Korrelation der Leistung jedes Bauteils erreicht werden kann.

Die Matrixmaterialien von Verbundwerkstoffen werden in zwei Kategorien unterteilt: metallisch und nichtmetallisch. H?ufig verwendete Metallsubstrate sind Aluminium, Magnesium, Kupfer, Titan und ihre Legierungen. Nichtmetallische Substrate umfassen haupts?chlich Kunstharze, Gummi, Keramik, Graphit, Kohlenstoff usw. Die wichtigsten Verst?rkungsmaterialien umfassen Glasfaser, Kohlenstofffaser, Borfaser, Aramidfaser, Siliziumkarbidfaser, Asbestfaser, Schnurrhaare und Metalle.

2. Klassifizierung

Verbundwerkstoffe sind eine Mischung. Es hat in vielen Bereichen eine bedeutende Rolle gespielt und viele traditionelle Materialien ersetzt. Verbundwerkstoffe werden je nach Zusammensetzung in Metall-zu-Metall-Verbundwerkstoffe, Nicht-Metall-zu-Metall-Verbundwerkstoffe und Nicht-Metall-zu-Nicht-Metall-Verbundwerkstoffe unterteilt. Entsprechend seinen strukturellen Eigenschaften kann es weiter unterteilt werden in:

① Faserverst?rkte Verbundwerkstoffe. Kombinieren Sie verschiedene faserverst?rkte Materialien innerhalb des Matrixmaterials. Wie faserverst?rkte Kunststoffe, faserverst?rkte Metalle, etc.

② Verbundwerkstoffe laminiert. Bestehend aus Oberfl?chenmaterialien und Kernmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Normalerweise hat das Oberfl?chenmaterial eine hohe Festigkeit und ist dünn; Das Kernmaterial ist leicht und hat eine geringe Festigkeit, aber es hat eine gewisse Steifigkeit und Dicke. Es ist in zwei Arten unterteilt: festes Sandwich und Honigwabensandwich.

③ Feink?rnige Verbundwerkstoffe. Verteilen Sie gleichm??ig harte Feinpartikel in der Matrix, wie dispersionsverst?rkte Legierungen, Metallkeramik usw.

④ Hybride Verbundwerkstoffe. Bestehend aus zwei oder mehr Verst?rkungsphasenmaterialien gemischt in einem Matrixphasenmaterial. Verglichen mit gew?hnlichen einphasigen Verbundwerkstoffen werden seine Schlagfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Bruchz?higkeit erheblich verbessert, und es hat spezielle thermische Ausdehnungseigenschaften. Unterteilt in Intra Layer Hybrid, Inter Layer Hybrid, Sandwich Hybrid, Intra/Inter Layer Hybrid und Super Hybrid Composite Materialien.

Verbundwerkstoffe k?nnen haupts?chlich in zwei Kategorien unterteilt werden: strukturelle Verbundwerkstoffe und funktionale Verbundwerkstoffe.

Strukturverbundwerkstoffe sind Werkstoffe, die als tragende Strukturen verwendet werden, die im Wesentlichen aus belastungsf?higen Verst?rkungselementen und Matrixelementen bestehen, die die Verst?rkungselemente zu einem ganzen Material verbinden und gleichzeitig Kr?fte übertragen k?nnen. Verst?rkungen umfassen verschiedene Arten von Glas, Keramik, Kohlenstoff, Polymere, Metalle sowie Naturfasern, Gewebe, Schnurrhaare, Bl?tter und Partikel, w?hrend Matrizen Polymere (Harze), Metalle, Keramik, Glas, Kohlenstoff und Zement umfassen. Verschiedene strukturelle Verbundwerkstoffe k?nnen aus verschiedenen Verst?rkungsmitteln und Matrizen zusammengesetzt sein und nach der verwendeten Matrix benannt werden, wie z.B. Verbundwerkstoffe auf Polymerbasis (Harz). Die Eigenschaft von strukturellen Verbundwerkstoffen besteht darin, dass sie für die Komponentenauswahl entsprechend den Anforderungen der Materialspannung w?hrend des Gebrauchs entworfen werden k?nnen, und, was noch wichtiger ist, kann Verbundstrukturentwurf auch durchgeführt werden, das hei?t, Bewehrungsanordnungsplanung, die vernünftigerweise die Bedürfnisse erfüllen und Materialien sparen kann.

Funktionsverbundwerkstoffe bestehen in der Regel aus funktionellen K?rperteilen und Matrixkomponenten. Die Matrix spielt nicht nur eine Rolle bei der Bildung des Ganzen, sondern kann auch synergistische oder verst?rkende Funktionen erzeugen. Funktionsverbundwerkstoffe beziehen sich auf Verbundwerkstoffe, die andere physikalische Eigenschaften als mechanische Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel heben Leitf?higkeit, Supraleitung, Halbleiter, Magnetismus, Piezoelektrik, D?mpfung, Absorption, ?bertragung, Reibung, Abschirmung, Flammschutz, Hitzebest?ndigkeit, Schallabsorption, Isolierung usw. eine bestimmte Funktion hervor. Zusammenfassend als funktionelle Verbundwerkstoffe bezeichnet. Funktionsverbundwerkstoffe bestehen haupts?chlich aus Funktionsk?rpern, Verst?rkungsk?rpern und Matrizen. Funktionsk?rper k?nnen aus einem oder mehreren Funktionsmaterialien bestehen. Multifunktionale Verbundwerkstoffe k?nnen mehrere Funktionen haben. Inzwischen ist es auch m?glich, neue Funktionen aufgrund von Composite-Effekten zu generieren. Multifunktionale Verbundwerkstoffe sind die Entwicklungsrichtung von funktionalen Verbundwerkstoffen.

Verbundwerkstoffe k?nnen auch in zwei Kategorien unterteilt werden: allgemein verwendet und fortschrittlich.

Gemeinsame Verbundwerkstoffe wie Fiberglas bestehen aus Hochleistungsverst?rkungen wie Glasfasern und gew?hnlichen hohen Polymeren (Harze). Aufgrund seines niedrigen Preises ist es in verschiedenen Bereichen wie Schiffen, Fahrzeugen, chemischen Pipelines und Lagertanks, Baustrukturen und Sportger?ten weit verbreitet.

Fortschrittliche Verbundwerkstoffe beziehen sich auf Verbundwerkstoffe, die aus Hochleistungs-hitzebest?ndigen Polymeren wie Kohlefaser und Aramid bestehen. Sp?ter wurden auch metallbasierte, keramische, Kohlenstoff (Graphit) basierte und funktionelle Verbundwerkstoffe einbezogen. Obwohl sie eine ausgezeichnete Leistung haben, sind ihre Preise relativ hoch, haupts?chlich verwendet in der Verteidigungsindustrie, Luft- und Raumfahrt, Pr?zisionsmaschinen, Tiefsee-Tauchbooten, Roboterbauteilen und High-End-Sportger?ten.

3. Anwendung

Die Hauptanwendungsgebiete von Verbundwerkstoffen sind:

① Luft- und Raumfahrtbereich. Aufgrund ihrer guten thermischen Stabilit?t, hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit k?nnen Verbundwerkstoffe verwendet werden, um Flugzeugflügel und -vork?rper, Satellitenantennen und ihre Tragstrukturen, Solarzellenflügel und -schalen, gro?e Tr?gerfahrzeugschalen, Motorschalen, Space Shuttle Strukturkomponenten usw. herzustellen.

② Die Automobilindustrie. Aufgrund der speziellen Schwingungsd?mpfungseigenschaften von Verbundwerkstoffen k?nnen sie Vibrationen und Ger?usche reduzieren, haben eine gute Ermüdungsbest?ndigkeit, sind nach Besch?digungen leicht zu reparieren und sind einfach als Ganzes zu bilden. Daher k?nnen sie verwendet werden, um Automobilkarosserien, tragende Komponenten, Getriebewellen, Motorlager und ihre internen Komponenten herzustellen.

③ In den Bereichen Chemie, Textil und Maschinenbau. Ein Material, das aus Kohlenstofffaser- und Harzmatrix mit guter Korrosionsbest?ndigkeit besteht, das verwendet werden kann, um chemische 础耻蝉谤ü蝉迟耻苍驳, Textilmaschinen, Papiermaschinen, Kopierer, Hochgeschwindigkeitsmaschinenwerkzeuge, Pr?zisionsinstrumente usw. herzustellen.

④ Medizinischer Bereich. Kohlefaserverbundwerkstoffe haben ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und nicht Absorption von R?ntgenstrahlen und k?nnen verwendet werden, um medizinische R?ntgenmaschinen und orthop?dische Stents herzustellen. Kohlefaserverbundwerkstoffe haben auch Biokompatibilit?t und Blutvertr?glichkeit, gute Stabilit?t in biologischen Umgebungen und werden auch als biomedizinische Materialien verwendet. Darüber hinaus werden Verbundwerkstoffe auch für die Herstellung von Sportger?ten und als Baumaterial verwendet.

4. Zirkoniumphosphat modifizierter Verbundwerkstoff

In den letzten Jahren haben polymer/anorganisch geschichtete Nanokomposite aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in verschiedenen Aspekten breite Aufmerksamkeit erregt. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen mit einem geringen Gehalt an nanoanorganischen Füllstoffen signifikant verbessert werden k?nnen. Derzeit gibt es viele Studien über die Nanokomposite anorganischer Schichtmaterialien wie Montmorillonit und Attapulgit mit Polymeren, aber es gibt relativ wenig Forschung über Polymer/Zirkoniumphosphat Nanokomposite.

Das Laminat α. Um den Zwischenlagenabstand von Zirkoniumphosphat zu erh?hen, seine Delamination in der Polymermatrix zu f?rdern und die Kompatibilit?t zwischen Zirkoniumphosphatschichten und der Polymermatrix zu verbessern, ist eine organische Modifikation von a-ZrP erforderlich. α-ZrP wird im Allgemeinen mit kleinmolekularen Aminen oder Alkoholen durch OxforOH-Protonierungsreaktionen oder Wasserstoffbindung innerhalb und au?erhalb ihrer Schichten modifiziert und kann auch mit gro?en Molekülen interkaliert werden. Aufgrund des kleinen Zwischenschichtabstandes ist es jedoch schwierig, gro?e Moleküle direkt zu interkalieren, und erfordert in der Regel kleine Molekülvorunterstützung vor dem Austausch mit gro?en Molekülen.

Langkettige quatern?re Ammoniumsalze (DMA-CMS) wurden mit Octadecyldimethylamin (DMA) und p-Chlormethylstyrol (CMS) synthetisiert, das α-ZrP wurde mit Methylamin vorunterstützt und anschlie?end mit DMA-CMS ausgetauscht, um organisch modifiziertes Zirkoniumphosphat (ZrP. DMA. CMS) zu erhalten. Das organisch behandelte Zirkoniumphosphat wurde dann mit PS gemischt, um PS/organisch modifizierte Zirkoniumphosphat Nanokomposite herzustellen, und ihre Struktur und Eigenschaften wurden untersucht.

Die XRD-Analyse zeigt, dass langkettiges quatern?res Ammoniumsalz DMA-CMS relativ einfach zwischen die Schichten von α-ZrP nach Methylamin-Vorunterstützung eingesetzt werden kann. Nach der Interkalation steigt der Zwischenschichtabstand von Zirkoniumphosphat von 0,8 nm auf 4,0 nm, und der Interkalationseffekt ist signifikant. Das Nanokompositmaterial, das durch Doppelschneckenextrusion von ZrP DMA-CMS modifiziertem Zirkoniumphosphat (ZrP DMA-CMS) und PS hergestellt wird, erweitert den Zwischenlagenabstand von 4.0 nm zu 4.3 nm im Vergleich zu ZrP DMA-CMS weiter, wobei etwas Polystyrol in die Zwischenschicht von Zirkoniumphosphat eintritt.

Die mechanische Analyse zeigt, dass, wenn der Gehalt an Zirkoniumphosphat 1%, betr?gt, die Zugfestigkeit, der Elastizit?tsmodul, die Bruchdehnung und die Schlagfestigkeit von PS/organisch modifizierten Zirkoniumphosphat-Nanokompositen um 4%, 21%, 8%, bzw. 43%, erh?ht werden. Aber mit dem Anstieg des Zirkoniumphosphat Gehalts zeigen die Zugfestigkeit, der Elastizit?tsmodul, die Bruchdehnung und die Schlagfestigkeit von Nanocomposites einen Abw?rtstrend, und die Festigkeit, Steifigkeit und Z?higkeit des Materials beginnen, zu verringern. Die Zugabe einer angemessenen Menge organisch modifizierten Zirkoniumphosphat ZrP DMA-CMS hat eine gewisse Verst?rkungs- und H?rtewirkung auf PS.