51吃瓜

1. Opredelitev

Sestavljeni materiali so novi materiali, nastali z optimizacijo in kombiniranjem razli?nih lastnosti materialnih komponent z uporabo naprednih tehnik priprave materiala. Splo?na opredelitev kompozitnih materialov zahteva, da so izpolnjeni naslednji pogoji:

(i) sestavljeni materiali morajo biti umetni ter oblikovani in izdelani glede na potrebe ljudi;

(ii) sestavljeni materiali morajo biti sestavljeni iz dveh ali ve? materialnih sestavnih delov z razli?nimi kemi?nimi in fizikalnimi lastnostmi, kombiniranih v obliki, sorazmerju in porazdelitvi, z jasnimi vmesniki med vsako komponento;

(iii) ima strukturno oblikovanje in se lahko uporablja za konstrukcijo kompozitnih konstrukcij;

(iv) Sestavljeni materiali ne ohranjajo le prednosti zmogljivosti vsakega sestavnega materiala, temve? tudi dosegajo celovito zmogljivost, ki je ni mogo?e dose?i z enim sestavnim materialom s komplementarnostjo in korelacijo zmogljivosti vsakega sestavnega dela.

Matri?ni materiali kompozitnih materialov so razdeljeni v dve kategoriji: kovinski in nekovinski. Pogosto uporabljeni kovinski substrati vklju?ujejo aluminij, magnezij, baker, titan in njihove zlitine. Nekovinski substrati vklju?ujejo predvsem sinteti?ne smole, gumo, keramiko, grafit, ogljik itd. Glavni oja?evalni materiali vklju?ujejo steklena vlakna, ogljikova vlakna, borova vlakna, aramidna vlakna, silicijeva karbidna vlakna, azbestna vlakna, brke in kovine.

2. Razvrstitev

Sestavljeni materiali so me?anica. Imel je pomembno vlogo na ?tevilnih podro?jih in nadome??al ?tevilne tradicionalne materiale. Kombinirani materiali so razdeljeni na kovinske kompozitne materiale, nekovinske do kovinske kompozitne materiale in nekovinske do nekovinske kompozitne materiale glede na njihovo sestavo. Glede na strukturne zna?ilnosti ga je mogo?e nadalje razdeliti na:

① Kombinirani materiali, oja?ani z vlakni. Sestavite razli?ne materiale, oja?ane z vlakni znotraj matri?nega materiala. Kot so plastika, oja?ana z vlakni, kovine, oja?ane z vlakni itd.

② Laminirani kompozitni materiali. Sestavljen iz povr?inskih materialov in materialov jedra z razli?nimi lastnostmi. Obi?ajno ima povr?inski material visoko trdnost in je tanek; Jedrni material je lahek in ima nizko trdnost, vendar ima dolo?eno togost in debelino. Razdeljen je na dve vrsti: trden sendvi? in sendvi? satja.

① Fino zrnati kompozitni materiali. Enotno porazdelite trde drobne delce v matriki, kot so disperzijsko oja?ane zlitine, kovinska keramika itd.

① hibridni kompozitni materiali. Sestavljen iz dveh ali ve? oja?evalnih faznih materialov, me?anih v eno matri?no fazo materiala. V primerjavi z navadnimi enofaznimi oja?animi kompozitnimi materiali se njegova trdnost udarca, utrujenost in ?ilavost zloma bistveno izbolj?ajo in ima posebne lastnosti toplotne ekspanzije. Razdeljeno na hibridne znotraj plasti, hibridne znotraj plasti, hibridne sendvi?, hibridne znotraj / medplastne in super hibridne kompozitne materiale.

Kombinirani materiali se lahko ve?inoma razdelijo v dve kategoriji: strukturne kompozitne materiale in funkcionalne kompozitne materiale.

Konstrukcijski kompozitni materiali so materiali, ki se uporabljajo kot nosilne konstrukcije, ki so v osnovi sestavljeni iz oja?evalnih elementov, ki lahko prenesejo obremenitve in matri?nih elementov, ki lahko oja?evalne elemente pove?ejo v celoten material, hkrati pa prena?ajo sile. Oja?itve vklju?ujejo razli?ne vrste stekla, keramike, ogljika, polimere, kovine, pa tudi naravna vlakna, tkanine, brke, plo?evine in delce, medtem ko matrice vklju?ujejo polimere (smole), kovine, keramiko, steklo, ogljik in cement. Razli?ni strukturni kompozitni materiali so lahko sestavljeni iz razli?nih oja?evalnih sredstev in matric in poimenovani po uporabljeni matriki, kot so kompozitni materiali na osnovi polimera (smole). Zna?ilnost konstrukcijskih kompozitnih materialov je, da jih je mogo?e zasnovati za izbiro komponent v skladu z zahtevami materiala med uporabo, kar je ?e pomembneje, da se lahko izvede tudi konstrukcija kompozitnih konstrukcij, to je konstrukcija oja?itve, ki lahko razumno zadovolji potrebe in prihrani materiale.

Funkcionalni kompozitni materiali so obi?ajno sestavljeni iz funkcionalnih komponent telesa in matri?nih komponent, ki ne igrajo le vloge pri oblikovanju celote, temve? lahko ustvarijo tudi sinergijske ali oja?evalne funkcije. Funkcionalni kompozitni materiali se nana?ajo na kompozitne materiale, ki zagotavljajo fizikalne lastnosti, ki niso mehanske lastnosti. Na primer, prevodnost, superprevodnost, polprevodnik, magnetizem, piezoelektrika, du?enje, absorpcija, prenos, trenje, za??ita, zaviranje gorenja, toplotna odpornost, absorpcija zvoka, izolacija itd. poudarjajo dolo?eno funkcijo. Skupno imenovani funkcionalni kompozitni materiali. Funkcionalni kompozitni materiali so sestavljeni predvsem iz funkcionalnih teles, oja?evalnih teles in matric. Funkcionalna telesa so lahko sestavljena iz enega ali ve? funkcionalnih materialov. Ve?funkcionalni kompozitni materiali imajo lahko ve? funkcij. Medtem pa je mogo?e ustvariti nove funkcije zaradi sestavljenih u?inkov. Ve?funkcionalni kompozitni materiali so smer razvoja funkcionalnih kompozitnih materialov.

Sestavljeni materiali se lahko razdelijo tudi v dve kategoriji: obi?ajno uporabljajo in napredni.

Obi?ajni kompozitni materiali, kot so steklena vlakna, so sestavljeni iz oja?itev nizke zmogljivosti, kot so steklena vlakna in navadni visoki polimeri (smole). Zaradi nizke cene se pogosto uporablja na razli?nih podro?jih, kot so ladje, vozila, kemi?ni cevovodi in rezervoarji za skladi??enje, gradbene konstrukcije in ?portna oprema.

Napredni kompozitni materiali se nana?ajo na kompozitne materiale, sestavljene iz visokozmogljivih toplotno odpornih polimerov, kot so ogljikova vlakna in aramid, kasneje pa so bili vklju?eni tudi kovinski, kerami?ni, ogljikovi (grafitni) in funkcionalni kompozitni materiali. ?eprav imajo odli?no zmogljivost, so njihove cene sorazmerno visoke, ve?inoma se uporabljajo v obrambni industriji, letalski in vesoljski industriji, natan?nih strojih, globokomorskih potopnih plovilih, strukturnih komponentah robotov in vrhunski ?portni opremi.

3. Uporaba

Glavna podro?ja uporabe kompozitnih materialov so:

① Letalsko polje. Zaradi dobre toplotne stabilnosti, visoke specifi?ne trdnosti in togosti se kompozitni materiali lahko uporabljajo za izdelavo kril in sprednjih teles letal, satelitskih anten in njihovih nosilnih konstrukcij, kril in lupin son?nih celic, velikih lupin lansiralnih vozil, lupin motorjev, konstrukcijskih komponent vesoljskih plovil itd.

② Avtomobilska industrija. Zaradi posebnih zna?ilnosti du?enja vibracij kompozitnih materialov lahko zmanj?ajo vibracije in hrup, imajo dobro odpornost proti utrujenosti, jih je enostavno popraviti po po?kodbah in jih enostavno oblikovati kot celoto, zato jih lahko uporabljamo za izdelavo avtomobilskih karoserij, nosilnih komponent, menjalnih gredi, nosilcev motorja in njihovih notranjih komponent.

① Na podro?ju kemi?ne, tekstilne in strojne proizvodnje. Material, sestavljen iz ogljikovih vlaken in smolne matrice z dobro korozijsko odpornostjo, ki se lahko uporablja za izdelavo kemi?ne opreme, tekstilnih strojev, papirnih strojev, kopirnih strojev, visokohitrostnih strojev, preciznih instrumentov itd.

① Medicinsko podro?je. Kombinirani materiali iz ogljikovih vlaken imajo odli?ne mehanske lastnosti in ne absorpcijo rentgenskih ?arkov, in se lahko uporabljajo za izdelavo medicinskih rentgenskih strojev in ortopedskih stentov. Kombinirani materiali iz ogljikovih vlaken imajo tudi biokompatibilnost in zdru?ljivost s krvjo, dobro stabilnost v biolo?kih okoljih in se uporabljajo tudi kot biomedicinski materiali. Poleg tega se kompozitni materiali uporabljajo tudi za proizvodnjo ?portne opreme in kot gradbeni materiali.

4. kompozitni material, modificiran s cirkonijevim fosfatom

V zadnjih letih so polimerni/anorganski nanokompoziti pritegnili ?iroko pozornost zaradi svojih odli?nih lastnosti v razli?nih vidikih, ?tevilne ?tudije so pokazale, da je mehanske in toplotne lastnosti kompozitnih materialov mogo?e bistveno izbolj?ati z majhno vsebnostjo nano anorganskih polnil. Trenutno je bilo veliko ?tudij o nanokompozitih anorganskih plastnih materialov, kot sta montmorilonit in atapulgit s polimeri, vendar je razmeroma malo raziskav o nanokompozitih polimerja/cirkonijevega fosfata.

α - ZrP laminat ima stabilno strukturo in lahko vzdr?uje relativno stabilen laminat tudi po vnosu gosta v vmesni sloj, ima tudi veliko zmogljivost ionske izmenjave in ima nadzorovano razmerje vi?ine in ozko porazdelitev velikosti delcev, zaradi ?esar je primeren za pripravo polimernih/plastnih anorganskih nanokompozitov. Za pove?anje razmika med sloji cirkonijevega fosfata, spodbujanje njegove delaminacije v polimerni matriki in pove?anje zdru?ljivosti med plastmi cirkonijevega fosfata in polimerno matrico je potrebna organska modifikacija a-ZrP. α - ZrP se obi?ajno modificira z majhnimi molekulskimi amini ali alkoholi skozi - OH protonacijske reakcije ali vodikovo vezavo znotraj in zunaj njihovih plasti, in se lahko tudi medkalira z velikimi molekulami, vendar je zaradi majhnega razmika med sloji te?ko neposredno medkalirati velike molekule in obi?ajno potrebuje majhno molekulsko predhodno podporo pred izmenjavo z velikimi molekulami.

Dolgo veri?ne kvaternarne amonijeve soli (DMA-CMS) so sintetizirali z oktadecildimetilaminom (DMA) in p-klorometilstiren (CMS). α-ZrP so predhodno podprli z metilaminom in nato zamenjali z DMA-CMS, da bi pridobili organsko modificirani cirkonijev fosfat (ZrP. DMA. CMS). Organsko obdelani cirkonijev fosfat so nato talili s PS za pripravo PS/organsko modificiranih nanokompozitov cirkonijevega fosfata in prou?ili njihovo strukturo in lastnosti.

Analiza XRD ka?e, da je dolgo veri?no kvaternarno amonijevo sol DMA-CMS relativno enostavno vstaviti med plasti α - ZrP po predhodni podpori metilamina. Po medplastni razdalji cirkonijevega fosfata se pove?a z 0,8 nm na 4,0 nm, medplastni u?inek pa je pomemben. Nanokompozitni material, pripravljen z dvojnim vijakom ekstrudiranja ZrP DMA-CMS modificiranega cirkonijevega fosfata (ZrP DMA-CMS) in PS, dodatno raz?iri razmik med sloji od 4,0 nm na 4,3 nm v primerjavi z ZrP DMA-CMS, pri ?emer nekaj polistirena vstopi v vmesni sloj cirkonijevega fosfata.

Mehanska analiza ka?e, da se, ko je vsebnost cirkonijevega fosfata 1%, natezna trdnost, elasti?ni modul, raztezek pri lomu in udarna trdnost nanokompozitov PS / organsko modificiranih cirkonijevega fosfata pove?ajo za 4%, 21%, 8% oziroma 43%. Toda s pove?anjem vsebnosti cirkonijevega fosfata natezna trdnost, elasti?ni modul, raztezek pri lomu in udarna trdnost nanokompozitov ka?ejo trend padanja, trdnost, togost in ?ilavost materiala pa se za?nejo zmanj?ati. Dodajanje ustrezne koli?ine organskega modificiranega cirkonijevega fosfata ZrP DMA-CMS ima dolo?en krepitveni in utrjevalni u?inek na PS.