51吃瓜

1. Definicja

Materia?y kompozytowe to nowe materia?y powstaj?ce poprzez optymalizacj? i ??czenie ró?nych w?a?ciwo?ci komponentów materia?owych przy u?yciu zaawansowanych technik przygotowania materia?ów. Ogólna definicja materia?ów kompozytowych wymaga spe?nienia nast?puj?cych warunków:

(i) Materia?y kompozytowe musz? by? sztuczne i zaprojektowane i wytwarzane zgodnie z potrzebami ludzi;

ii) materia?y kompozytowe musz? sk?ada? si? z dwóch lub wi?cej sk?adników materia?ów o ró?nych w?a?ciwo?ciach chemicznych i fizycznych, po??czonych w zaprojektowanej formie, proporcji i rozk?adzie, z wyra?nymi interfejsami mi?dzy ka?dym sk?adnikiem;

(iii) ma konstrukcyjn? mo?liwo?? projektowania i mo?e by? stosowany do projektowania konstrukcji kompozytowych;

(iv) Materia?y kompozytowe nie tylko utrzymuj? zalety wynikaj?ce z dzia?ania ka?dego materia?u sk?adowego, ale tak?e osi?gaj? kompleksow? dzia?alno??, której nie mo?na osi?gn?? za pomoc? jednego materia?u sk?adowego poprzez komplementarno?? i korelacj? dzia?ań ka?dego komponentu.

Materia?y matrycowe materia?ów kompozytowych s? podzielone na dwie kategorie: metaliczne i niemetaliczne. Powszechnie stosowane pod?o?e metalowe obejmuj? aluminium, magnez, mied?, tytan i ich stopy. Pod?o?a niemetalowe obejmuj? g?ównie ?ywice syntetyczne, gum?, ceramik?, grafit, w?giel itp. G?ówne materia?y wzmacniaj?ce obejmuj? w?ókno szklane, w?ókno w?glowe, w?ókno borowe, w?ókno aramidowe, w?ókno w?glika krzemu, w?ókno azbestowe, w?sy i metale.

2. Klasyfikacja

Materia?y kompozytowe to mieszanka. Odgrywa? istotn? rol? w wielu dziedzinach, zast?puj?c wiele tradycyjnych materia?ów. Materia?y kompozytowe s? podzielone na materia?y kompozytowe metalowo-metalowe, materia?y kompozytowe niemetalowo-metalowe i materia?y kompozytowe niemetalowo-metalowe zgodnie z ich sk?adem. Zgodnie z jego cechami strukturalnymi mo?na go dalej podzieli? na:

① Materia?y kompozytowe wzmocnione w?óknem. Z?o?y? ró?ne materia?y wzmocnione w?óknem w ramach materia?u matrycowego. Takie jak tworzywa sztuczne wzmocnione w?óknem, metale wzmocnione w?óknem itp.

② Laminowane materia?y kompozytowe. Z?o?ony z materia?ów powierzchniowych i materia?ów rdzeniowych o ró?nych w?a?ciwo?ciach. Zazwyczaj materia? powierzchniowy ma wysok? wytrzyma?o?? i jest cienki; Materia? rdzeniowy jest lekki i ma nisk? wytrzyma?o??, ale ma pewn? sztywno?? i grubo??. Podzielony jest na dwa rodzaje: sta?? kanapk? i kanapk? plastra miodu.

③ Drobnoziarniste materia?y kompozytowe. Równomierne rozprowadzanie twardych drobnych cz?stek w matrycy, takich jak stopy wzmocnione dyspersj?, ceramika metalowa itp.

④ Materia?y kompozytowe hybrydowe. Z?o?ony z dwóch lub wi?cej materia?ów fazy wzmacniaj?cej zmieszanych w jednym materia?ie fazy matrycowej. W porównaniu ze zwyk?ymi jednofazowymi materia?ami kompozytowymi, jego wytrzyma?o?? na uderzenia, wytrzyma?o?? zm?czeniowa i wytrzyma?o?? na p?kania s? znacznie poprawione, a ma specjalne w?a?ciwo?ci rozszerzalno?ci termicznej. Podzielony na wewn?trz warstwowe hybrydy, mi?dzywarstwowe hybrydy, warstwowe hybrydy, wewn?trz/mi?dzywarstwowe hybrydy i super hybrydy kompozytowe.

Materia?y kompozytowe mo?na podzieli? g?ównie na dwie kategorie: konstrukcyjne materia?y kompozytowe i funkcjonalne materia?y kompozytowe.

Materia?y kompozytowe konstrukcyjne to materia?y stosowane jako konstrukcje no?ne, które w zasadzie sk?adaj? si? z elementów zbrojeniowych, które mog? wytrzyma? obci??enia oraz elementów matrycowych, które mog? ??czy? elementy zbrojeniowe w ca?y materia? przy jednoczesnym przenoszeniu si?. Wzmocnienia obejmuj? ró?ne rodzaje szk?a, ceramiki, w?gla, polimerów, metali, a tak?e w?ókien naturalnych, tkanin, w?sów, arkuszy i cz?stek, podczas gdy macierze obejmuj? polimery (?ywice), metale, ceramik?, szk?o, w?giel i cement. Ró?ne konstrukcyjne materia?y kompozytowe mog? by? sk?adane z ró?nych ?rodków wzmacniaj?cych i macierzy i nazwane od u?ytej matrycy, takich jak materia?y kompozytowe na bazie polimerów (?ywicy). Cech? charakterystyczn? materia?ów kompozytowych jest to, ?e mog? by? zaprojektowane do doboru komponentów zgodnie z wymaganiami napr??enia materia?u podczas u?ytkowania, a co wa?niejsze, mo?na równie? przeprowadzi? projekt konstrukcji kompozytowej, czyli projekt uk?adu zbrojenia, który mo?e racjonalnie zaspokoi? potrzeby i oszcz?dza? materia?y.

Funkcjonalne materia?y kompozytowe sk?adaj? si? zazwyczaj z funkcjonalnych sk?adników cia?a i sk?adników matrycy, które nie tylko odgrywaj? rol? w tworzeniu ca?o?ci, ale tak?e mog? wytwarza? funkcje synergiczne lub wzmacniaj?ce. Funkcjonalne materia?y kompozytowe odnosz? si? do materia?ów kompozytowych, które zapewniaj? w?a?ciwo?ci fizyczne inne ni? w?a?ciwo?ci mechaniczne. Na przyk?ad przewodno??, nadprzewodno??, pó?przewodnik, magnetyzm, piezoelektryczno??, t?umienie, absorpcja, transmisja, tarcie, ekranowanie, zmniejszenie palno?ci, odporno?? cieplna, poch?anianie d?wi?ku, izolacja itp. podkre?laj? pewn? funkcj?. Zbiorowo okre?lane jako funkcjonalne materia?y kompozytowe. Funkcjonalne materia?y kompozytowe sk?adaj? si? g?ównie z cia? funkcjonalnych, cia? wzmacniaj?cych i macierzy. Organy funkcjonalne mog? sk?ada? si? z jednego lub wi?cej materia?ów funkcjonalnych. Wielofunkcyjne materia?y kompozytowe mog? mie? wiele funkcji. Tymczasem mo?liwe jest równie? generowanie nowych funkcji dzi?ki efektom kompozytowym. Wielofunkcyjne materia?y kompozytowe s? kierunkiem rozwoju funkcjonalnych materia?ów kompozytowych.

Materia?y kompozytowe mo?na równie? podzieli? na dwie kategorie: powszechnie stosowane i zaawansowane.

Typowe materia?y kompozytowe, takie jak w?ókno szklane, sk?adaj? si? z niskowydajnych wzmocnień, takich jak w?ókna szklane i zwyk?e wysokie polimery (?ywice). Ze wzgl?du na nisk? cen? by? szeroko stosowany w ró?nych dziedzinach, takich jak statki, pojazdy, ruroci?gi chemiczne i zbiorniki magazynowe, konstrukcje budowlane i sprz?t sportowy.

Zaawansowane materia?y kompozytowe odnosz? si? do materia?ów kompozytowych sk?adaj?cych si? z wysokowydajnych polimerów odpornych na ciep?o, takich jak w?ókno w?glowe i aramid.Pó?niej uwzgl?dniono równie? materia?y kompozytowe na bazie metalu, ceramiki, w?gla (grafitu) i funkcjonalne materia?y kompozytowe. Chocia? maj? doskona?? wydajno??, ich ceny s? stosunkowo wysokie, stosowane g?ównie w przemy?le obronnym, lotnictwie, maszynach precyzyjnych, ?odziach g??bokich, komponentach konstrukcyjnych robotów i wysokiej klasy sprz?cie sportowym.

3. Wniosek

G?ówne obszary zastosowania materia?ów kompozytowych to:

① Pole lotnicze. Ze wzgl?du na ich dobr? stabilno?? termiczn?, wysok? wytrzyma?o?? w?a?ciw? i sztywno??, materia?y kompozytowe mog? by? wykorzystywane do produkcji skrzyde? i przedwozia samolotów, anten satelitarnych i ich konstrukcji no?nych, skrzyde? i pow?ok ogniw s?onecznych, du?ych pow?ok pojazdów startowych, muszli silników, elementów konstrukcyjnych wahad?owca kosmicznego itp.

② Przemys? motoryzacyjny. Ze wzgl?du na specjalne w?a?ciwo?ci t?umienia drgań materia?ów kompozytowych, mog? zmniejszy? drgania i ha?as, maj? dobr? odporno?? na zm?czenie, s? ?atwe do naprawy po uszkodzeniu i s? ?atwe do formowania jako ca?o?ci.Dlatego mog? by? stosowane do produkcji nadwozia samochodów, elementów no?nych, wa?ów przek?adni, mocowań silnika i ich wewn?trznych komponentów.

③ W dziedzinie produkcji chemicznej, tekstylnej i maszyn. Materia? z?o?ony z w?ókna w?glowego i matrycy ?ywicy o dobrej odporno?ci na korozj?, który mo?e by? wykorzystywany do produkcji sprz?tu chemicznego, maszyn tekstylnych, maszyn papierniczych, kopiarek, szybkich obrabiarek, precyzyjnych instrumentów itp.

④ Dzia? medyczny. Materia?y kompozytowe z w?ókien w?glowych maj? doskona?e w?a?ciwo?ci mechaniczne i brak absorpcji promieniowania rentgenowskiego i mog? by? stosowane do produkcji medycznych maszyn rentgenowskich i stentów ortopedycznych. Materia?y kompozytowe z w?ókien w?glowych maj? równie? biokompatybilno?? i kompatybilno?? krwi, dobr? stabilno?? w ?rodowisku biologicznym, a tak?e s? stosowane jako materia?y biomedyczne. Ponadto materia?y kompozytowe s? równie? wykorzystywane do produkcji sprz?tu sportowego i jako materia?y budowlane.

4. Materia? kompozytowy modyfikowany fosforanem cyrkonu

W ostatnich latach nanokompozyty warstwowe polimerowe/nieorganiczne przyci?gn??y szerok? uwag? ze wzgl?du na ich doskona?e w?a?ciwo?ci w ró?nych aspektach. Liczne badania wykaza?y, ?e w?a?ciwo?ci mechaniczne i termiczne materia?ów kompozytowych mo?na znacznie poprawi? dzi?ki niewielkiej zawarto?ci nanowype?niaczy nieorganicznych. Obecnie przeprowadzono wiele badań nad nanokompozytami nieorganicznych materia?ów warstwowych, takich jak montmorillonit i attapulgit z polimerami, ale badania nad nanokompozytami polimerowo-fosforanowymi s? stosunkowo niewiele.

Laminat α-ZrP ma stabiln? struktur? i mo?e utrzyma? stosunkowo stabilny laminat nawet po wprowadzeniu go?cia do warstwy mi?dzywarstwy. Ma równie? du?? zdolno?? wymiany jonów i charakteryzuje si? kontrolowanym stosunkiem aspektów i w?skim rozk?adem wielko?ci cz?stek, co sprawia, ?e nadaje si? do przygotowania polimerowych/warstwowych nanokompozytów nieorganicznych. Aby zwi?kszy? odst?p mi?dzywarstwowy fosforanu cyrkonowego, promowa? jego delaminacj? w matrycy polimerowej i zwi?kszy? kompatybilno?? mi?dzy warstwami fosforanu cyrkonowego a matryc? polimerow?, wymagana jest modyfikacja organiczna a-ZrP. α.ZrP jest zazwyczaj modyfikowany za pomoc? amin ma?ych cz?steczek lub alkoholi poprzez reakcje protonacyjne perfoOH lub wi?zanie wodorowe wewn?trz i na zewn?trz ich warstw, i mo?e by? równie? wzajemnie wzajemnie z du?ymi cz?steczkami. Jednak ze wzgl?du na ma?y odst?p mi?dzywarstwowy trudno jest bezpo?rednio interkalowa? du?e cz?steczki i zwykle wymaga wst?pnego wsparcia ma?ej cz?steczki przed wymian? z du?ymi cz?steczkami.

Czwarto?ańcuchowe sole amonowe o d?ugim ?ańcuchu (DMA-CMS) syntetyzowano przy u?yciu oktadecyldimetyloaminy (DMA) i p-chlorometyrolstyrenu (CMS). α-ZrP by?o wst?pnie wspierane metyloamin?, a nast?pnie wymieniane z DMA-CMS w celu uzyskania organicznie modyfikowanego fosforanu cyrkonu (ZrP. DMA. CMS). Organicznie obrabiany fosforan cyrkonu zosta? nast?pnie stopiony z PS w celu przygotowania nanokompozytów PS/organicznie modyfikowanych fosforanów cyrkonu, a tak?e zbadano ich struktur? i w?a?ciwo?ci.

Analiza XRD pokazuje, ?e d?ugo?ańcuchowa czwarto?ańcuchowa sol amonowa DMA-CMS jest stosunkowo ?atwa do wprowadzenia mi?dzy warstwy α,ZrP po wst?pnym wsparciu metyloaminy. Po interkalacji odleg?o?? mi?dzywarstwowego fosforanu cyrkonu zwi?ksza si? od 0,8 nm do 4,0 nm, a efekt interkalacji jest znacz?cy. Materia? nanokompozytowy przygotowany przez wyt?aczanie dwu?limakowe zmodyfikowanego fosforanu cyrkonu ZrP DMA-CMS (ZrP DMA-CMS) i PS dodatkowo rozszerza odst?p mi?dzywarstwowy od 4,0 nm do 4,3 nm w porównaniu do ZrP DMA-CMS, przy czym niektóre polistyreny wchodz? do mi?dzywarstwy fosforanu cyrkonu.

Analiza mechaniczna wykazuje, ?e gdy zawarto?? fosforanu cyrkonu wynosi 1%, wytrzyma?o?? na rozci?ganie, modu? spr??ysto?ci, wyd?u?enie przy p?kni?ciu i wytrzyma?o?? na uderzenia nanokompozytów fosforanu cyrkonu modyfikowanego PS/organicznego zwi?ksza si? odpowiednio o 4%, 21%, 8%, i 43%, odpowiednio. Ale wraz ze wzrostem zawarto?ci fosforanu cyrkonowego wytrzyma?o?? na rozci?ganie, modu? spr??ysto?ci, wyd?u?enie przy p?kni?ciu i wytrzyma?o?? na uderzenia nanokompozytów wykazuj? trend spadkowy, a wytrzyma?o??, sztywno?? i wytrzyma?o?? materia?u zaczynaj? spada?. Dodanie odpowiedniej ilo?ci organicznie modyfikowanego fosforanu cyrkonu ZrP DMA-CMS ma pewny wzmacniaj?cy i utwardzaj?cy wp?yw na PS.