51吃瓜

1. Defini??o

Materiais compósitos s?o novos materiais formados pela otimiza??o e combina??o de diferentes propriedades de componentes de materiais usando técnicas avan?adas de prepara??o de materiais. A defini??o geral de materiais compósitos exige que sejam cumpridas as seguintes condi??es:

(i) Os materiais compósitos devem ser artificiais e concebidos e fabricados de acordo com as necessidades das pessoas;

ii) Os materiais compósitos devem ser compostos por dois ou mais componentes materiais com propriedades químicas e físicas diferentes, combinados na forma, propor??o e distribui??o concebidos, com interfaces claras entre cada componente;

(iii) Tem designability estrutural e pode ser usado para o projeto composto da estrutura;

(iv) Os materiais compósitos n?o só mantêm as vantagens do desempenho de cada material componente, mas também alcan?am um desempenho abrangente que n?o pode ser alcan?ado por um único material componente através da complementaridade e correla??o do desempenho de cada componente.

Os materiais matriciais de materiais compósitos s?o divididos em duas categorias: metálicos e n?o metálicos. Os substratos metálicos comumente usados incluem alumínio, magnésio, cobre, tit?nio e suas ligas. Os substratos n?o metálicos incluem principalmente resinas sintéticas, borracha, cer?mica, grafite, carbono, etc. Os principais materiais de refor?o incluem fibra de vidro, fibra de carbono, fibra de boro, fibra de aramida, fibra de carboneto de silício, fibra de amianto, bigodes e metais.

2. Classifica??o

Os materiais compósitos s?o uma mistura. Tem desempenhado um papel significativo em muitos campos, substituindo muitos materiais tradicionais. Os materiais compósitos s?o divididos em materiais compósitos de metal para metal, materiais compósitos n?o metálicos para metal e materiais compósitos n?o metálicos para n?o metálicos de acordo com sua composi??o. De acordo com suas características estruturais, ele pode ser dividido em:

① Materiais compósitos refor?ados com fibra. Componha vários materiais refor?ados com fibra dentro do material da matriz. Tais como plásticos refor?ados com fibra, metais refor?ados com fibra, etc.

② Materiais compósitos laminados. Composto por materiais de superfície e materiais de núcleo com propriedades diferentes. Geralmente, o material de superfície tem alta resistência e é fino; O material do núcleo é leve e tem baixa resistência, mas tem uma certa rigidez e espessura. ? dividido em dois tipos: sanduíche sólido e sanduíche de favo de mel.

① Materiais compósitos de granula??o fina. Distribua uniformemente partículas finas duras na matriz, como ligas refor?adas por dispers?o, cer?mica metálica, etc.

① Materiais compósitos híbridos. Composto por dois ou mais materiais de fase de refor?o misturados em um material de fase matricial. Comparado com materiais compostos de fase única refor?ados comuns, sua resistência ao impacto, resistência à fadiga e tenacidade à fratura s?o significativamente melhoradas, e tem propriedades especiais de expans?o térmica. Dividido em híbrido intra camada, híbrido inter camada, híbrido sanduíche, híbrido intra / inter camada e materiais compósitos super híbridos.

Os materiais compósitos podem ser divididos principalmente em duas categorias: materiais compósitos estruturais e materiais compósitos funcionais.

Materiais compósitos estruturais s?o materiais usados como estruturas de suporte de carga, que s?o basicamente compostos por elementos de refor?o que podem suportar cargas e elementos matriciais que podem conectar os elementos de refor?o em um material inteiro, transmitindo também for?as. Os refor?os incluem vários tipos de vidro, cer?mica, carbono, polímeros, metais, bem como fibras naturais, tecidos, bigodes, folhas e partículas, enquanto as matrizes incluem polímeros (resinas), metais, cer?mica, vidro, carbono e cimento. Vários materiais compósitos estruturais podem ser compostos de diferentes agentes de refor?o e matrizes, e nomeados após a matriz usada, tais como materiais compósitos à base de polímero (resina). A característica dos materiais compósitos estruturais é que eles podem ser projetados para sele??o de componentes de acordo com os requisitos do estresse do material durante o uso, e mais importante, o projeto de estrutura composta também pode ser realizado, ou seja, o projeto de arranjo de refor?o, que pode razoavelmente atender às necessidades e economizar materiais.

Os materiais compósitos funcionais s?o geralmente compostos por componentes funcionais do corpo e componentes da matriz. A matriz n?o só desempenha um papel na forma??o do todo, mas também pode produzir fun??es sinérgicas ou de refor?o. Materiais compósitos funcionais referem-se a materiais compósitos que fornecem propriedades físicas diferentes das propriedades mec?nicas. Por exemplo, condutividade, supercondutividade, semicondutor, magnetismo, piezoeletricidade, amortecimento, absor??o, transmiss?o, fric??o, blindagem, retardamento de chama, resistência ao calor, absor??o sadia, isolamento, etc. destacam uma determinada fun??o. Colectivamente referidos como materiais compósitos funcionais. Materiais compósitos funcionais s?o compostos principalmente de corpos funcionais, corpos de refor?o e matrizes. Os corpos funcionais podem ser compostos por um ou mais materiais funcionais. Materiais compósitos multifuncionais podem ter múltiplas fun??es. Enquanto isso, também é possível gerar novas fun??es devido a efeitos compostos. Materiais compósitos multifuncionais s?o a dire??o de desenvolvimento de materiais compósitos funcionais.

Os materiais compósitos também podem ser divididos em duas categorias: comumente usados e avan?ados.

Materiais compósitos comuns, como fibra de vidro, s?o compostos de refor?os de baixo desempenho, como fibras de vidro e polímeros altos comuns (resinas). Devido ao seu baixo pre?o, tem sido amplamente utilizado em vários campos, como navios, veículos, dutos químicos e tanques de armazenamento, estruturas de constru??o e equipamentos esportivos.

Materiais compósitos avan?ados referem-se a materiais compósitos compostos de polímeros resistentes ao calor de alto desempenho, como fibra de carbono e aramida. Posteriormente, materiais à base de metal, cer?mica, carbono (grafite) e compostos funcionais também foram incluídos. Embora tenham excelente desempenho, seus pre?os s?o relativamente altos, usados principalmente na indústria de defesa, aeroespacial, máquinas de precis?o, submersíveis em alto mar, componentes estruturais de rob?s e equipamentos esportivos de alta qualidade.

3. Aplica??o

As principais áreas de aplica??o de materiais compósitos s?o:

① Campo aeroespacial. Devido à sua boa estabilidade térmica, alta resistência específica e rigidez, materiais compósitos podem ser usados para fabricar asas e antepassados de aeronaves, antenas de satélite e suas estruturas de suporte, asas e conchas de células solares, conchas de veículos lan?adores grandes, conchas de motor, componentes estruturais de ?nibus espacial, etc.

② A indústria automóvel. Devido às características especiais de amortecimento de vibra??o de materiais compósitos, eles podem reduzir a vibra??o e o ruído, têm boa resistência à fadiga, s?o fáceis de reparar após danos e s?o fáceis de formar como um todo. Portanto, eles podem ser usados para fabricar corpos de automóveis, componentes de rolamento de carga, eixos de transmiss?o, montagens de motor e seus componentes internos.

① Nos campos de fabrica??o de produtos químicos, têxteis e máquinas. Um material composto de fibra de carbono e matriz de resina com boa resistência à corros?o, que pode ser usado para fabricar equipamentos químicos, máquinas têxteis, máquinas de papel, copiadoras, máquinas-ferramentas de alta velocidade, instrumentos de precis?o, etc.

① Campo médico. Os materiais compósitos de fibra de carbono têm excelentes propriedades mec?nicas e n?o absor??o de raios X, e podem ser usados para fabricar máquinas médicas de raios X e stents ortopédicos. Os materiais compósitos de fibra de carbono também têm biocompatibilidade e compatibilidade sanguínea, boa estabilidade em ambientes biológicos e também s?o usados como materiais biomédicos. Além disso, materiais compósitos também s?o usados para a fabrica??o de equipamentos esportivos e como materiais de constru??o.

4. Material compósito modificado com fosfato de zircónio

Nos últimos anos, os nanocompósitos estratificados polímeros/inorg?nicos têm atraído a aten??o generalizada devido às suas excelentes propriedades em vários aspectos.Numerosos estudos mostraram que as propriedades mec?nicas e térmicas dos materiais compósitos podem ser significativamente melhoradas com um pequeno teor de nanocargas inorg?nicas. Atualmente, tem havido muitos estudos sobre os nanocompósitos de materiais inorg?nicos em camadas, tais como montmorilonite e attaplgite com polímeros, mas há relativamente pouca pesquisa em nanocompósitos de fosfato de polímero/zirc?nio.

O laminado α - ZrP tem uma estrutura estável e pode manter um laminado relativamente estável mesmo após a introdu??o do convidado no interlayer.Ele também tem uma grande capacidade de troca i?nica e apresenta rela??o de aspecto controlável e distribui??o estreita do tamanho da partícula, tornando-o apropriado para a prepara??o de nanocompósitos inorg?nicos de polímero / camadas. Para aumentar o espa?amento entre camadas do fosfato de zirc?nio, promover sua delamina??o na matriz polimérica e melhorar a compatibilidade entre camadas de fosfato de zirc?nio e a matriz polimérica, a modifica??o org?nica de a-ZrP é necessária. α - ZrP é geralmente modificado com pequenas moléculas aminas ou álcoois através de rea??es de protona??o OH ou liga??o de hidrogênio dentro e fora de suas camadas, e também pode ser intercalado com moléculas grandes. No entanto, devido ao pequeno espa?amento entre camadas, é difícil intercalar diretamente moléculas grandes, e geralmente requer pequena molécula pré suporte antes de trocar com moléculas grandes.

Os sais quaternários de am?nio de cadeia longa (DMA-CMS) foram sintetizados utilizando octadecildimetilamina (DMA) e p-clorometilestireno (CMS). O α-ZrP foi pré-suportado com metilamina e depois trocado com DMA-CMS para obter fosfato de zirc?nio modificado organicamente (ZrP. DMA. CMS). O fosfato de zirc?nio tratado organicamente foi ent?o fundido misturado com PS para preparar nanocompósitos PS/fosfato de zirc?nio modificado organicamente, e sua estrutura e propriedades foram estudadas.

A análise por DRX mostra que o sal quaternário de am?nio de cadeia longa DMA-CMS é relativamente fácil de inserir entre as camadas de α - ZrP após pré-suporte de metilamina. Após a intercala??o, a dist?ncia da camada do fosfato de zirc?nio aumenta de 0,8 nm para 4,0 nm, e o efeito de intercala??o é significativo. O material nanocompósito preparado pela extrus?o de parafuso duplo do fosfato de zirc?nio modificado de ZrP DMA-CMS (ZrP DMA-CMS) e PS expande ainda mais o espa?amento interlayer de 4,0 nm a 4,3 nm comparado a ZrP DMA-CMS, com algum poliestireno entrando na interlayer de fosfato de zirc?nio.

A análise mec?nica mostra que quando o teor de fosfato de zirc?nio é de 1%, a resistência à tra??o, o módulo elástico, o alongamento na ruptura e a resistência ao impacto de nanocompósitos PS/fosfato de zirc?nio modificado org?nico s?o aumentados em 4%, 21%, 8%, e 43%, respectivamente. Mas com o aumento do teor de fosfato de zirc?nio, a resistência à tra??o, o módulo elástico, o alongamento na ruptura e a resistência ao impacto dos nanocompósitos mostram uma tendência descendente, e a resistência, rigidez e tenacidade do material come?am a diminuir. A adi??o de uma quantidade apropriada de fosfato de zirc?nio modificado org?nico ZrP DMA-CMS tem um certo efeito de fortalecimento e endurecimento no PS.