51吃瓜

1. M??ratlus

Komposiitmaterjalid on uued materjalid, mis moodustuvad materjalikomponentide erinevate omaduste optimeerimisel ja kombineerimisel, kasutades t?iustatud materjalide ettevalmistamise tehnikaid. Komposiitmaterjalide üldine m??ratlus n?uab j?rgmiste tingimuste t?itmist:

i) komposiitmaterjalid peavad olema kunstlikud ning projekteeritud ja valmistatud vastavalt inimeste vajadustele;

ii) komposiitmaterjalid peavad koosnema kahest v?i enamast erinevate keemiliste ja füüsikaliste omadustega materjalikomponentist, mis on ühendatud kavandatud kujul, proportsioonis ja jaotuses ning millel on selged liidesed iga komponendi vahel;

iii) sellel on konstruktsiooniline projekteeritavus ja seda saab kasutada komposiitkonstruktsioonide projekteerimiseks;

iv) Komposiitmaterjalid mitte ainult ei s?ilita iga komponentmaterjali j?udluse eeliseid, vaid saavutavad ka tervikliku j?udluse, mida ei ole v?imalik saavutada ühe komponentmaterjaliga iga komponenti j?udluse vastastikuse t?iendavuse ja korrelatsiooni kaudu.

Komposiitmaterjalide maatriksmaterjalid jagunevad kahte kategooriasse: metalliline ja mittemetallne. Tavaliselt kasutatavad metallist substraadid on alumiinium, magneesium, vask, titaan ja nende sulamid. Mittemetallsed substraadid h?lmavad peamiselt sünteetilisi vaike, kummi, keraamikat, grafiiti, süsinikku jne. Peamised tugevdavad materjalid on klaaskiud, süsinikkiud, boorkiud, aramiidkiud, r?nikarbiidkiud, asbestkiud, vurrud ja metallid.

2. Klassifikatsioon

Komposiitmaterjalid on segu. See on m?nginud olulist rolli paljudes valdkondades, asendades palju traditsioonilisi materjale. Komposiitmaterjalid jagatakse metallist metalli komposiitmaterjalideks, mittemetallist metalli komposiitmaterjalideks ja mittemetallist mittemetalli komposiitmaterjalideks vastavalt nende koostisele. Vastavalt oma struktuurilistele omadustele v?ib seda jagada j?rgmisteks:

① Kiudtugevdatud komposiitmaterjalid. Koostage erinevaid kiudainetega tugevdatud materjale maatriksi materjalis. N?iteks kiudainetega tugevdatud plastid, kiudainetega tugevdatud metallid jne.

② Lamineeritud komposiitmaterjalid. Koosneb erinevate omadustega pinnamaterjalidest ja südamikumaterjalidest. Tavaliselt on pinnamaterjal k?rge tugevusega ja ?huke; Südamikumaterjal on kerge ja madala tugevusega, kuid sellel on teatud j?ikus ja paksus. See on jagatud kahte tüüpi: tahke v?ileib ja k?rje v?ileib.

① Peeneteralised komposiitmaterjalid. Jagage maatriksis ühtlaselt k?vad peened osakesed, n?iteks hajutatud tugevdatud sulamid, metallkeraamika jne.

① Hübriidkomposiitmaterjalid. Koosneb kahest v?i enamast tugevdusfaasist materjalist, mis on segatud ühe maatriksifaasi materjaliga. V?rreldes tavaliste ühefaasiliste tugevdatud komposiitmaterjalidega on selle l??gitugevus, v?simustugevus ja murdutugevus oluliselt paranenud ning sellel on spetsiaalsed termilise paisumise omadused. Jagatud kihisiseseks hübriidiks, kihisiseseks hübriidiks, sandwich hübriidiks, kihisiseseks / kihisiseseks hübriidiks ja super hübriidkomposiitmaterjalideks.

Komposiitmaterjale saab jagada peamiselt kahte kategooriasse: struktuurikomposiitmaterjalid ja funktsionaalsed komposiitmaterjalid.

Konstruktsioonikomposiitmaterjalid on materjalid, mida kasutatakse kandvate konstruktsioonidena, mis koosnevad p?him?tteliselt tugevduselementidest, mis suudavad taluda koormusi ja maatriksielemente, mis suudavad ühendada tugevduselemente terveks materjaliks, edastades samal ajal j?udu. Tugevdused h?lmavad erinevat tüüpi klaasi, keraamikat, süsinikku, polümeere, metalle, samuti looduslikke kiude, kangaid, vuntse, lehte ja osakesi, samas kui maatriksid h?lmavad polümeere (vaigud), metalle, keraamikat, klaasi, süsinikku ja tsementi. Erinevad struktuurilised komposiitmaterjalid v?ivad koosneda erinevatest tugevdusainetest ja maatriksist ning nimetada kasutatud maatriksi j?rgi, n?iteks polümeer (vaik) p?hinevad komposiitmaterjalid. Konstruktsiooniliste komposiitmaterjalide iseloomulik omadus on see, et neid saab projekteerida komponentide valimiseks vastavalt materjali pinge n?uetele kasutamise ajal ja mis veelgi t?htsam, v?ib teostada ka komposiitkonstruktsiooni projekteerimist, st tugevduskorralduse projekteerimist, mis v?ib m?istlikult rahuldada vajadusi ja s??sta materjale.

Funktsionaalsed komposiitmaterjalid koosnevad tavaliselt funktsionaalsetest kehakomponentidest ja maatriksikomponentidest, mis mitte ainult ei m?ngi rolli terviku moodustamisel, vaid v?ib tekitada ka sünergistlikke v?i tugevdavaid funktsioone. Funktsionaalsed komposiitmaterjalid viitavad komposiitmaterjalidele, millel on muud füüsikalised omadused kui mehaanilised omadused. N?iteks juhtivus, ülijuhtivus, pooljuht, magnetism, piesoelekter, summutamine, neeldumine, ülekanne, h??rdumine, kaitse, leegiaeglustus, soojuskindlus, helineeldumine, isolatsioon jne r?hutavad teatud funktsiooni. ?hiselt nimetatakse funktsionaalseid komposiitmaterjale. Funktsionaalsed komposiitmaterjalid koosnevad peamiselt funktsionaalsetest kehadest, tugevdavatest kehadest ja maatriksist. Funktsionaalsed kehad v?ivad koosneda ühest v?i mitmest funktsionaalsest materjalist. Mitmefunktsionaalsetel komposiitmaterjalidel v?ib olla mitu funktsiooni. Samal ajal on v?imalik luua ka uusi funktsioone t?nu komposiitefektidele. Multifunktsionaalsed komposiitmaterjalid on funktsionaalsete komposiitmaterjalide arengusuund.

Komposiitmaterjale saab jagada ka kahte kategooriasse: tavaliselt kasutatavad ja t?iustatud.

Tavalised komposiitmaterjalid, nagu klaaskiud, koosnevad madala j?udlusega tugevdustest, nagu klaaskiud ja tavalised k?rge polümeerid (vaigud). Madala hinna t?ttu on seda laialdaselt kasutatud erinevates valdkondades, nagu laevad, s?idukid, keemiatorustikud ja ladustamispaakid, ehituskonstruktsioonid ja spordivarustus.

T?iustatud komposiitmaterjalid viitavad komposiitmaterjalidele, mis koosnevad suure j?udlusega kuumuskindlatest polümeeridest, nagu süsinikkiud ja aramiid, hiljem lisati ka metallip?hised, keraamilised, süsinik (grafiit) ja funktsionaalsed komposiitmaterjalid. Kuigi neil on suurep?rane j?udlus, on nende hinnad suhteliselt k?rged, mida kasutatakse peamiselt kaitset??stuses, kosmoses, t?ppismasinates, süvamere allveelaevades, robotite konstruktsioonikomponentides ja tipptasemel spordivarustuses.

3. Kohaldamine

Komposiitmaterjalide peamised rakendusvaldkonnad on:

① ?hus?iduki v?li. Komposiitmaterjalide hea termilise stabiilsuse, k?rge eritugevuse ja j?ikuse t?ttu saab komposiitmaterjale kasutada ?hus?iduki tiibade ja eeskehade, satelliitantennide ja nende tugikonstruktsioonide, p?ikeseelementide tiibade ja kestade, suurte kanderakettide kestade, mootori kestade, kosmosesüstiku konstruktsioonikomponentide jne valmistamiseks.

② Autot??stus. Komposiitmaterjalide spetsiaalsete vibratsiooni summutamise omaduste t?ttu v?ivad need v?hendada vibratsiooni ja müra, neil on hea v?simuskindlus, neid on p?rast kahjustusi lihtne parandada ja neid on lihtne moodustada tervikuna. Seet?ttu saab neid kasutada autode kerede, kandvate komponentide, ülekandev?llide, mootori kinnituste ja nende sisekomponentide valmistamiseks.

① Keemia-, tekstiili- ja masinatootmise valdkonnas. Hea korrosioonikindlusega süsinikkiud- ja vaigumaatriksist koosnev materjal, mida saab kasutada keemiaseadmete, tekstiilimasinate, paberimasinate, koopiamasinate, kiirete t??pinkide, t?ppisinstrumentide jne valmistamiseks.

① Meditsiinivaldkond. Süsinikkiust komposiitmaterjalidel on suurep?rased mehaanilised omadused ja r?ntgenkiirte imendumatus ning neid saab kasutada meditsiiniliste r?ntgenkiirte masinate ja ortopeediliste stentide valmistamiseks. Süsinikkiust komposiitmaterjalidel on ka bioühilduvus ja vere ühilduvus, hea stabiilsus bioloogilistes keskkondades ja neid kasutatakse ka biomeditsiiniliste materjalidena. Lisaks kasutatakse komposiitmaterjale ka spordivarustuse tootmiseks ja ehitusmaterjalidena.

4. tsirkooniumfosfaadiga modifitseeritud komposiitmaterjal

Viimastel aastatel on polümeer / anorgaanilised kihilised nanokomposiidid p?lvinud laialdast t?helepanu t?nu oma suurep?rastele omadustele erinevates aspektides.Arvukad uuringud on n?idanud, et komposiitmaterjalide mehaanilisi ja termilisi omadusi saab m?rkimisv??rselt parandada v?ikese nanoanorgaaniliste t?iteainete sisaldusega. Praegu on olnud palju uuringuid anorgaaniliste kihiliste materjalide nagu montmorilloniit ja atapulgiit polümeeridega nanokomposiitide kohta, kuid polümeeri / tsirkooniumfosfaadi nanokomposiitide kohta on suhteliselt v?he uuringuid.

α-ZrP laminaadil on stabiilne struktuur ja see suudab s?ilitada suhteliselt stabiilse laminaadi isegi p?rast külalise sisseviimist vahekihi. Samuti on tal suur ioonvahetusv?ime ja omab reguleeritavat aspektisuhet ja kitsast osakeste suurusjaotust, mist?ttu see sobib polümeeri/kihiliste anorgaaniliste nanokomposiitide valmistamiseks. Tsirkooniumfosfaadi vahekihi suurendamiseks, selle delaminatsiooni soodustamiseks polümeermaatriksis ja tsirkooniumfosfaadi kihtide ja polümeermaatriksi ühilduvuse suurendamiseks on vaja a-ZrP orgaanilist modifitseerimist. α - ZrP-d modifitseeritakse tavaliselt v?ikeste molekulide amiinide v?i alkoholidega l?bi OH protonatsioonireaktsioonide v?i vesiniku ühendumise nende kihtide sees ja v?ljaspool ning seda v?ib ka vahelduda suurte molekulidega. Kuid v?ikese vahekihi t?ttu on raske vahelduda suuri molekule otseselt ja tavaliselt vajab v?ikeste molekulide eelnevat toetust enne vahetamist suurte molekulidega.

Pikaahelalised kvaternaarsed ammooniumsoolad (DMA-CMS) sünteesiti oktadetsüldimetüülamiini (DMA) ja p-klorometüüreeni (CMS) abil. α-ZrP toetati eelnevalt metüülamiiniga ja seej?rel vahetati DMA-CMS-ga orgaaniliselt modifitseeritud tsirkooniumfosfaadi (ZrP. DMA. CMS) saamiseks. Seej?rel sulatati orgaaniliselt t??deldud tsirkooniumfosfaadiga PS/orgaaniliselt modifitseeritud tsirkooniumfosfaadi nanokomposiitide valmistamiseks ning uuriti nende struktuuri ja omadusi.

XRD analüüs n?itab, et pikaahelalist kvaternaarset ammooniumsoola DMA-CMS on p?rast metüülamiini eelset toetust α-ZrP kihtide vahele suhteliselt lihtne sisestada. P?rast vahemikku suureneb tsirkooniumfosfaadi kihtide vaheline kaugus 0,8 nm-lt 4,0 nm-ni ja vahemik on m?rkimisv??rne. Nanokomposiitmaterjal, mis on valmistatud ZrP DMA-CMS modifitseeritud tsirkooniumfosfaadi (ZrP DMA-CMS) ja PS kaksikkruviga ekstrudeerimisel, laiendab veelgi vahekihtide vahet 4,0 nm-lt 4,3 nm-ni v?rreldes ZrP DMA-CMS-iga, kusjuures tsirkooniumfosfaadi vahekihti siseneb m?ni polüstüreen.

Mehaaniline analüüs n?itab, et kui tsirkooniumfosfaadi sisaldus on 1%, suurendatakse PS / orgaanilise modifitseeritud tsirkooniumfosfaadi nanokomposiitide t?mbetugevust, elastsusmoodulit, purunemist ja l??gitugevust vastavalt 4%, 21%, 8% ja 43%. Kuid tsirkooniumfosfaadi sisalduse suurenemisega n?itavad nanokomposiitide t?mbetugevus, elastmoodul, purunemine ja l??gitugevus langustrendi ning materjali tugevus, j?ikus ja sitkus hakkavad v?henema. Sobiva koguse orgaanilise modifitseeritud tsirkooniumfosfaadi ZrP DMA-CMS lisamisel on PS-ile teatav tugevdav ja karastava toime.