51吃瓜

1. Defini?ie

Materialele compozite sunt materiale noi formate prin optimizarea ?i combinarea diferitelor propriet??i ale componentelor materiale folosind tehnici avansate de preg?tire a materialului. Defini?ia general? a materialelor compozite necesit? ?ndeplinirea urm?toarelor condi?ii:

(i) materialele compozite trebuie s? fie artificiale ?i proiectate ?i fabricate ?n func?ie de nevoile oamenilor;

(ii) materialele compozite trebuie s? fie compuse din dou? sau mai multe componente materiale cu propriet??i chimice ?i fizice diferite, combinate ?n forma, propor?ia ?i distribu?ia proiectate, cu interfe?e clare ?ntre fiecare component?;

(iii) are proiectabilitate structural? ?i poate fi utilizat pentru proiectarea structurii compozite;

(iv) Materialele compozite nu numai c? men?in avantajele performan?ei fiec?rui material component, ci ?i ob?in performan?e cuprinz?toare care nu pot fi ob?inute de un singur material component prin complementaritatea ?i corelarea performan?elor fiec?rei componente.

Materialele matricii de materiale compozite sunt ?mp?r?ite ?n dou? categorii: metalice ?i nemetalice. Substraturile metalice utilizate frecvent includ aluminiu, magneziu, cupru, titan ?i aliajele lor. Substraturile nemetalice includ ?n principal r??ini sintetice, cauciuc, ceramic?, grafit, carbon etc. Principalele materiale de armare includ fibra de sticl?, fibra de carbon, fibra de bor, fibra aramid?, fibra de carbur? de siliciu, fibra de azbest, must??ile ?i metalele.

2. Clasificare

Materialele compozite sunt un amestec. A jucat un rol semnificativ ?n multe domenii, ?nlocuind multe materiale tradi?ionale. Materialele compozite sunt ?mp?r?ite ?n materiale compozite metalice la metal, materiale compozite non-metal la metal ?i materiale compozite non-metal la non-metal ?n func?ie de compozi?ia lor. ?n func?ie de caracteristicile sale structurale, acesta poate fi ?mp?r?it ?n continuare ?n:

① Materiale compozite armate cu fibre. Compozita?i diferite materiale armate cu fibre ?n interiorul materialului matrice. Cum ar fi plastic armat cu fibre, metale armate cu fibre etc.

② Materiale compozite laminate. Compus din materiale de suprafa?? ?i materiale de baz? cu propriet??i diferite. De obicei, materialul de suprafa?? are o rezisten?? ridicat? ?i este sub?ire; Materialul de baz? este u?or ?i are rezisten?? sc?zut?, dar are o anumit? rigiditate ?i grosime. Este ?mp?r?it ?n dou? tipuri: sandwich solid ?i sandwich fagure.

② Materiale compozite cu granula?ie fin?. Distribui?i uniform particulele fine dure ?n matrice, cum ar fi aliajele ?nt?rite prin dispersie, ceramic? metalic? etc.

② Materiale compozite hibride. Compus din dou? sau mai multe materiale de faz? de armare amestecate ?ntr-o singur? matrice de faz?. ?n compara?ie cu materialele compozite obi?nuite monofazate, rezisten?a la impact, rezisten?a la oboseal? ?i rezisten?a la fractur? sunt ?mbun?t??ite semnificativ ?i are propriet??i speciale de expansiune termic?. ?mp?r?it ?n hibrid intra strat, hibrid inter strat, hibrid sandwich, hibrid intra / inter strat, ?i materiale compozite super hibrid.

Materialele compozite pot fi ?mp?r?ite ?n principal ?n dou? categorii: materiale compozite structurale ?i materiale compozite func?ionale.

Materialele compozite structurale sunt materiale utilizate ca structuri portante, care sunt compuse practic din elemente de armare care pot rezista la sarcini ?i elemente matrice care pot conecta elementele de armare ?ntr-un material ?ntreg, transmi??nd, de asemenea, for?e. ?nt?ririle includ diferite tipuri de sticl?, ceramic?, carbon, polimeri, metale, precum ?i fibre naturale, ?es?turi, must??i, foi ?i particule, ?n timp ce matricele includ polimeri (r??ini), metale, ceramic?, sticl?, carbon ?i ciment. Diferite materiale compozite structurale pot fi compuse din diferi?i agen?i de armare ?i matrici, ?i numite dup? matricea utilizat?, cum ar fi materialele compozite pe baz? de polimer (r??in?). Caracteristica materialelor compozite structurale este c? pot fi proiectate pentru selectarea componentelor ?n func?ie de cerin?ele stresului materialului ?n timpul utiliz?rii ?i, mai important, proiectarea structurii compozite poate fi efectuat?, adic? proiectarea aranjamentului de armare, care poate satisface ?n mod rezonabil nevoile ?i poate salva materialele.

Materialele compozite func?ionale sunt, ?n general, compuse din componente func?ionale ale corpului ?i componente matrice, matricea nu numai c? joac? un rol ?n formarea ?ntregului, dar, de asemenea, poate produce func?ii sinergice sau de consolidare. Materialele compozite func?ionale se refer? la materialele compozite care ofer? propriet??i fizice, altele dec?t propriet??ile mecanice. De exemplu, conductivitatea, superconductivitatea, semiconductorul, magnetismul, piezoelectricitatea, amortizarea, absorb?ia, transmisia, frecarea, ecranarea, ?nt?rzierea fl?c?rii, rezisten?a la c?ldur?, absorb?ia fonic?, izola?ia etc eviden?iaz? o anumit? func?ie. Numite colectiv materiale compozite func?ionale. Materialele compozite func?ionale sunt compuse ?n principal din corpuri func?ionale, corpuri de armare ?i matrici. Corpurile func?ionale pot fi compuse din unul sau mai multe materiale func?ionale. Materialele compozite multifunc?ionale pot avea mai multe func?ii. ?ntre timp, este posibil? generarea de func?ii noi datorit? efectelor compuse. Materialele compozite multifunc?ionale sunt direc?ia de dezvoltare a materialelor compozite func?ionale.

Materialele compozite pot fi, de asemenea, ?mp?r?ite ?n dou? categorii: utilizate ?n mod obi?nuit ?i avansate.

Materialele compozite comune, cum ar fi fibra de sticl?, sunt compuse din ?nt?riri de performan?? sc?zut?, cum ar fi fibre de sticl? ?i polimeri obi?nui?i de ?nalt? calitate (r??ini). Datorit? pre?ului s?u sc?zut, a fost utilizat pe scar? larg? ?n diverse domenii, cum ar fi nave, vehicule, conducte chimice ?i rezervoare de stocare, structuri de construc?ii ?i echipamente sportive.

Materialele compozite avansate se refer? la materiale compozite compuse din polimeri rezisten?i la c?ldur? de ?nalt? performan??, cum ar fi fibra de carbon ?i aramida. Mai t?rziu, pe baz? de metal, pe baz? de ceramic?, pe baz? de carbon (grafit) ?i materiale compozite func?ionale au fost, de asemenea, incluse. De?i au performan?e excelente, pre?urile lor sunt relativ ridicate, utilizate ?n principal ?n industria de ap?rare, aerospa?ial?, ma?ini de precizie, submersibile de ad?ncime, componente structurale ale robo?ilor ?i echipamente sportive de ?nalt? genera?ie.

3. Aplicare

Principalele domenii de aplicare ale materialelor compozite sunt:

① C?mp aerospa?ial. Datorit? stabilit??ii termice bune, rezisten?ei specifice ridicate ?i rigidit??ii, materialele compozite pot fi utilizate pentru fabricarea aripilor ?i a fronturilor aeronavelor, antenelor satelit ?i structurilor lor de sprijin, aripilor celulelor solare ?i cochiliilor, cochiliilor vehiculelor mari de lansare, cochiliilor motoarelor, componentelor structurale ale navetelor spa?iale etc.

② Industria auto. Datorit? caracteristicilor speciale de amortizare a vibra?iilor ale materialelor compozite, acestea pot reduce vibra?iile ?i zgomotul, au o bun? rezisten?? la oboseal?, sunt u?or de reparat dup? deteriorare ?i sunt u?or de format ?n ansamblu. Prin urmare, ele pot fi utilizate pentru fabricarea caroseriilor auto, componentelor portante, arborilor de transmisie, monturilor motorului ?i componentelor lor interne.

② ?n domeniul produc?iei chimice, textile ?i utilaje. Un material compus din fibr? de carbon ?i matrice de r??in? cu o bun? rezisten?? la coroziune, care poate fi utilizat pentru fabricarea echipamentelor chimice, ma?inilor textile, ma?inilor de h?rtie, copiatoarelor, ma?inilor unelte de mare vitez?, instrumentelor de precizie etc.

② Domeniul medical. Materialele compozite din fibr? de carbon au propriet??i mecanice excelente ?i neabsorb?ia razelor X ?i pot fi utilizate pentru fabricarea ma?inilor medicale cu raze X ?i stenturi ortopedice. Materialele compozite din fibr? de carbon au, de asemenea, biocompatibilitate ?i compatibilitate cu s?ngele, stabilitate bun? ?n mediile biologice ?i sunt, de asemenea, utilizate ca materiale biomedicale. ?n plus, materialele compozite sunt, de asemenea, utilizate pentru fabricarea echipamentelor sportive ?i ca materiale de construc?ie.

4. Fosfat de zirconiu modificat material compozit

?n ultimii ani, nanocompozitele stratificate polimerice/anorganice au atras aten?ia larg? datorit? propriet??ilor lor excelente ?n diferite aspecte. Numeroase studii au ar?tat c? propriet??ile mecanice ?i termice ale materialelor compozite pot fi ?mbun?t??ite semnificativ cu un con?inut mic de nano-umpluturi anorganice. ?n prezent, au existat multe studii privind nanocompozitele materialelor stratificate anorganice, cum ar fi montmorillonitul ?i atapulgitul cu polimeri, dar exist? relativ pu?ine cercet?ri privind nanocompozitele polimer / fosfat de zirconiu.

Laminatul α - ZrP are o structur? stabil? ?i poate men?ine un laminat relativ stabil chiar ?i dup? introducerea oaspetelui ?n stratul intermediar. De asemenea, are o capacitate mare de schimb de ioni ?i dispune de raport de aspect controlabil ?i distribu?ie ?ngust? a dimensiunii particulelor, ceea ce ?l face potrivit pentru prepararea nanocompozitelor anorganice polimerice/stratificate. Pentru a cre?te distan?a dintre straturile intermediare ale fosfatului de zirconiu, a promova delaminarea acestuia ?n matricea polimeric? ?i a spori compatibilitatea dintre straturile de fosfat de zirconiu ?i matricea polimeric?, este necesar? modificarea organic? a-ZrP. α - ZrP este modificat ?n general cu amine molecule mici sau alcooli prin reac?ii de protonare OH sau prin legarea hidrogenului ?n interiorul ?i exteriorul straturilor lor, ?i poate fi, de asemenea, intercalat cu molecule mari. Cu toate acestea, datorit? spa?ierii mici ?ntre straturi, este dificil s? intercala?i direct molecule mari ?i, de obicei, necesit? suport prealabil moleculelor mici ?nainte de a face schimb cu molecule mari.

S?rurile de amoniu cuternare cu lan? lung (DMA-CMS) au fost sintetizate folosind octadecildimetilamin? (DMA) ?i p-clorometilstiren (CMS). α-ZrP a fost pre-sus?inut cu metilamin? ?i apoi schimbat cu DMA-CMS pentru a ob?ine fosfat de zirconiu modificat organic (ZrP. DMA. CMS). Fosfatul de zirconiu tratat organic a fost apoi topit amestecat cu PS pentru a prepara nanocompozitele PS/fosfatul de zirconiu modificat organic, iar structura ?i propriet??ile lor au fost studiate.

Analiza XRD arat? c? sarea de amoniu cuternar? DMA-CMS cuternar? cu lan? lung este relativ u?or de introdus ?ntre straturile α - ZrP dup? pre-suport metilamin?. Dup? intercalare, distan?a dintre straturile de fosfat de zirconiu cre?te de la 0,8 nm la 4,0 nm, iar efectul de intercalare este semnificativ. Materialul nanocompozit preg?tit prin extrudarea cu dou? ?uruburi a fosfatului de zirconiu modificat ZrP DMA-CMS (ZrP DMA-CMS) ?i PS extinde ?n continuare spa?ierea straturilor intermediare de la 4,0 nm la 4,3 nm comparativ cu ZrP DMA-CMS, cu un anumit polistiren care intr? ?n stratul intermediar al fosfatului de zirconiu.

Analiza mecanic? arat? c? atunci c?nd con?inutul de fosfat de zirconiu este de 1%, rezisten?a la trac?iune, modulul elastic, alungirea la rupere ?i rezisten?a la impact a nanocompozitelor PS / fosfat de zirconiu modificat organic sunt crescute cu 4%, 21%, 8%, respectiv 43%. Dar odat? cu cre?terea con?inutului de fosfat de zirconiu, rezisten?a la trac?iune, modulul elastic, alungirea la rupere ?i rezisten?a la impact a nanocompozitelor arat? o tendin?? descendent?, iar rezisten?a, rigiditatea ?i duritatea materialului ?ncep s? scad?. Ad?ugarea unei cantit??i adecvate de fosfat de zirconiu modificat organic ZrP DMA-CMS are un anumit efect de ?nt?rire ?i ?nt?rire asupra PS.