Композиционный материал
Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.
Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.
В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композиции, не только отражающий исходные характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.
Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит (слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера… Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.
В последнее время материаловеды экспериментируют с целью создать более удобные в производстве, а значит — и более дешёвые материалы. Исследуются саморастущие кристаллические структуры, склеенные в единую массу полимерным клеем (цементы с добавками водорастворимых клеев), композиции из термопласта с короткими армирующими волоконцами и пр.
Содержание
Классификация композитов
Композиты обычно классифицируются по виду армирующего наполнителя: [1]
Преимущества композиционных материалов
Главное преимущество КМ в том, что материал и конструкция создается одновременно. Исключением являются препреги, которые являются полуфабрикатом для изготовления конструкций. Стоит сразу оговорить, что КМ создаются под выполнение данных задач, соответственно не могут вмещать в себя все возможные преимущества, но, проектируя новый композит, инженер волен задать ему характеристики значительно превосходящие характеристики традиционных материалов при выполнении данной цели в данном механизме, но уступающие им в каких-либо других аспектах. Это значит, что КМ не может быть лучше традиционного материала во всём, то есть для каждого изделия инженер проводит все необходимые расчёты и только потом выбирает оптимум между материалами для производства.
Причём, разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами. Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно.
Недостатки композиционных материалов
Композиционные материалы имеют достаточно большое количество недостатков, которые сдерживают их распространение.
Высокая стоимость
Высокая стоимость КМ обусловлена высокой наукоёмкостью производства, необходимостью применения специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны.
Анизотропия свойств
Низкая ударная вязкость
Низкая ударная вязкость также является причиной повышения коэффициента запаса прочности. Кроме этого, низкая ударная вязкость обуславливает высокую повреждаемость изделий из КМ, высокую вероятность возникновения скрытых дефектов, которые могут быть выявлены только инструментальными методами контроля.
Высокий удельный объем
Высокий удельный объем является существенным недостатком при применении КМ в областях с жесткими ограничениями по занимаемому объему. Это относится, например, к сверхзвуковым самолётам, у которых даже незначительное увеличение объема самолёта приводит к существенному росту волнового аэродинамического сопротивления.
Гигроскопичность
Композиционные материалы гигроскопичны, т.е. склонны впитывать влагу, что обусловлено несплошностью внутренней структуры КМ. При длительной эксплуатации и многократном переходе температуры через 0 по Цельсию вода, проникающая в структуру КМ, разрушает изделие из КМ изнутри (эффект по природе аналогичен разрушению автомобильных дорог в межсезонье). Так одной из возможных причин авиакатастрофы American Airlines Flight 587, в которой от фюзеляжа оторвался композитный киль, названо разрушение структуры композитного киля от периодически замерзавшей в ней воды. Аналогичные примеры отделения композитного киля от фюзеляжа происходили также в России. [2]
КМ могут впитывать также другие жидкости, обладающие высокой проникающей способностью, например, авиационный керосин.
Токсичность
При эксплуатации КМ могут выделять пары, которые часто являются токсичными. Если из КМ изготавливают изделия, которые будут располагаться в непосредственной близости от человека (таким примером может послужить композитный фюзеляж самолета Boeing 787 Dreamliner), то для одобрения применяемых при изготовлении КМ материалов требуются дополнительные исследования воздействия компонентов КМ на человека.
Низкая эксплуатационная технологичность
Композиционные материалы обладают низкой эксплуатационной технологичностью, низкой ремонтопригодностью и высокой стоимостью эксплуатации. Это связано с необходимостью применения специальных трудоемких методов, специальных инструментов для доработки и ремонта объектов из КМ. Часто объекты из КМ вообще не подлежат какой-либо доработке и ремонту.
Области применения
Товары широкого потребления
Спортивное оборудование
Машиностроение
В машиностроении композиционные материалы широко применяются для создания защитных покрытий на поверхностях трения, а также для изготовления различных деталей двигателей внутреннего сгорания (поршни, шатуны).
Характеристика
Технология применяется для формирования на поверхностях в парах трения сталь-резина дополнительных защитных покрытий. Применение технологии позволяет увеличить рабочий цикл уплотнений и валов промышленного оборудования, работающих в водной среде.
Композиционные материалы состоят из нескольких функционально отличных материалов. Основу неорганических материалов составляют модифицированные различными добавками силикаты магния, железа, алюминия. Фазовые переходы в этих материалах происходят при достаточно высоких локальных нагрузках, близких к пределу прочности металла. При этом на поверхности формируется высокопрочный металлокерамический слой в зоне высоких локальных нагрузок, благодаря чему удается изменить структуру поверхности металла.
Полимерные материалы на основе политетрафторэтиленов модифицируются ультрадисперсными алмазографитовыми порошками, получаемыми из взрывных материалов, а также ультрадисперсных порошков мягких металлов. Пластифицирование материала осуществляется при сравнительно невысоких (менее 300 °C) температурах.
Металлоорганические материалы, полученные из природных жирных кислот, содержат значительное количество кислотных функциональных групп. Благодаря этому взаимодействие с поверхностными атомами металла может осуществляться в режиме покоя. Энергия трения ускоряет процесс и стимулирует появление поперечных сшивок.
Технические характеристики
Защитное покрытие в зависимости от состава композиционного материала может характеризоваться следующими свойствами:
Технико-экономические преимущества
Области применения технологии
Авиация и космонавтика
В авиации и космонавтике с 1960-х годов существует настоятельная необходимость в изготовлении прочных, лёгких и износостойких конструкций. Композиционные материалы применяются для изготовления силовых конструкций летательных аппаратов, искусственных спутников, теплоизолирующих покрытий шатлов, космических зондов. Всё чаще композиты применяются для изготовления обшивок воздушных и космических аппаратов, и наиболее нагруженных силовых элементов.
Вооружение и военная техника
Благодаря своим характеристикам (прочности и лёгкости) КМ применяются в военном деле для производства различных видов брони:
Что такое композит?
Что такое композит?
Простыми словами о сложном.
В современном мире существует огромное множество различных материалов, как природного происхождения, так и искусственного. Все эти соединения обладают разнообразными свойствами и внешним видом. В зависимости от данных характеристик, материалы используются – каждый для своей определенной цели.
Например, бывают, теплоизоляционные материалы, которые применяются в строительстве. Задача данных теплоизоляционных веществ – сохранение тепла внутри помещений.
Или же биоматериалы, которые достаточно широко востребованы в области медицины и биологии. Попытка использования данных материалов в других, противоположных целях – явно не принесет успеха производителю.
А это значит, что при создании своей продукции или товара, изготовитель должен тщательно подбирать необходимый, именно ему, материал.
Если говорить, о защитных подносках, которые успешно производим мы – ООО «Мелания», для создания самой оптимальной и продаваемой специальной обуви – то мы, как очень ответственное и грамотное предприятие, берем для подносков самые прочные материалы.
Цель защитных подносков – обеспечение безопасности ног сотрудников, чья работа, связана с потенциальным риском получения травм: порезов, ушибов, повреждений от электротока или химических реагентов. Поэтому, материал, из которого создаются прочные и безопасные защитные подноски обязан обладать универсальными свойствами.
Ранее, как уже известно, из предыдущих статей нашего блога, огромной популярностью пользовались подноски для обуви, изготовленные из металлов. Однако, металлические защитные подноски, не всегда справляются со своими прямыми обязанностями, хоть данный материал и считается достаточно прочным и надежным.
Сейчас, на смену этой металлической основы, пришло новое, прочное, совершенное соединение, которое, как показывает многолетняя практика – отлично справляется с защитой ног рабочих от различного рода травм. Данный материал получил название композит.
Хоть и композитные соединения, считаются достаточно сложными по своей структуре, мы, сегодня, постараемся рассказать вам о них, как можно больше интересной и познавательной информации, простым и доступным языком.
Композитные материалы – это соединения, при изготовлении которых, используются разнообразные, по своим свойствам, материалы. Композит может включать в свой состав два компонента, три компонента, или же, может являться многокомпонентным.
Теперь, когда у нас есть минимальное представление, что же такое композит, можно смело приступать к изучению современной классификации композитных материалов.
Не трудно догадаться, что любой композитный материал, может отличаться от другого, набором определенных соединений, свойств и прямых функций. Мы, сегодня, рассмотрим разнообразие видов композита, в зависимости от структуры своих соединений.
Наука делит композиты на три больших вида:
Волокнистые композитные материалы
Данный вид композитов – это прочное соединение, состав которого усилен надежной арматурой, арматурными наполнителями. Данная арматура, в большинстве своем, выполнена в виде нитей, лент, сеток и т.д.
Наличие данных усилителей в составе композита, делает материал намного прочнее, улучшает его механические свойства.
Волокнами армируются разнообразные материалы: пластмассы, металлы, матрицы из углерода и керамики.
Волокнистые композитные материалы различаются по способу укладки волокон в матрице – основном составе композита.
Сами армирующие волокна – это разнообразные, прочные и надежные усилители: борные, углеродные, карбидные и другие нити.
Конечно, получить такой композитный материал, усиленный прочной арматурой достаточно сложно, однако результат определенно стоит таких трудов.
Мы начали рассматривать материалы – композит, именно с волокнистых соединений, так как ярчайшим примером использования этого материала – мы считаем изготовление наших надежных защитных подносков.
И ведь действительно, отличительный состав этих композитных подносков –армирование прочными кевларовыми нитями.
Кевларовые волокна – настолько прочный элемент, что он, с успехом, используется при создании бронированных автомобилей и бронежилетов.
Это значит, что сомневаться в надежности композитных подносков – нет никакой необходимости.
А легкая матрица композитных подносков из полимеров делает их достаточно легкими и удобными в применении.
В заключение, о волокнистых композитных материалах, хочется добавить один интересный факт.
Хоть соединение и кажется нам довольно сложным по своему составу и происхождению, однако, первый прототип этого материала был создан еще в Древнем Египте.
Оболочки, для египетских мумий, изготавливали из папируса, который являлся волокнистым соединением и смолы, признанной основной матрицей композитного материала.
Гранулированные композитные материалы
Иногда, композит носит название порошковых или зернистых.
Гранулы, успешно, дополняют собой матрицу композитного материала. Зернистый наполнитель усиливает состав, делая его значительно прочнее. В результате чего, риск возникновения трещин при использовании соединений, стремится к нулю.
Гранулы, усиливающие материал, могут различаться по своим размерам и способу своего происхождения.
По размерам они делятся на: крупные или мелкие зерна, по способу происхождения на: естественные и искусственные.
К естественным относят: мел, тальк, кварц и многое другое.
К искусственным относят: углероды, металлы, силикаты и иное.
Использование мелкозернистых гранул придает материалу высокий уровень прочности, в отличие от сырья с крупными зернами усилителя.
Если в работе, имеется возможность создания зерен размеров менее 0,1 мкм (микрометр – международная единица измерения длины, равна миллионной доле одного метра), то композиты, с данным наполнителем, можно считать дисперсионно – упрочненными.
Эти мелкие гранулы наполнителя для композитов, имеют названия наночастиц или нанопорошка.
В качестве основного материала, часто используют полимерные матрицы, например полиуретан, эпоксидные смолы, поликарбонаты и другое.
Область применения этих композитов достаточно обширна: начиная от авиастроения, заканчивая областью народного хозяйства. Один из самых запоминающихся примеров данного гранулированного композита – кузов и бампер автомобиля.
Слоистые композитные материалы
К данному виду композитов относят материалы, структура которых, выполнена слоями из разнообразных соединений. В настоящее время, это один из самых популярных и доступных способов изготовления композитов.
Впервые, такой вид материала, начали использовать для изготовления надежных металлических доспехов, из многих слоев стали.
Состав структуры слоистого композита не ограничен.
Производители используют огромное разнообразие вариаций смешанных слоями соединений, в зависимости от требований к непосредственному изделию.
В составе могут присутствовать как природные материалы, так и искусственные, созданные человеком. При этом допустима и поочередная выкладка слоев материала из наполнителя и матрицы.
Главная особенность этих композитов – это своеобразная пластичность, возможность изгиба материала и износостойкость.
В зависимости от толщины самих слоев композита, материалы делятся на: пластины (1 – 10 мм.), фольгу (0,05 – 1 мм.), пленку (0,001 – 0,05 мм.).
В современном, высокотехнологичном мире для данных композитов, часто используют знакомые нам термопласты и реактопласты (подробнее о данных полимерах, вы можете узнать в нашей статье – «Применение пластмасс и ее разновидности»).
Для чего же, в конечном итоге, создаются несколько слоев в материале – композит, и какие у них функции?
Наглядным примером многослойного композитного изделия можно считать автомобильные стекла.
В их составе имеется, как органическое стекло, так и полимер, в виде пленки. За счет данного состава изделия, в случае удара по стеклу автомобиля, пленка предотвратит моментальное рассыпание стекла, это достаточно практично и безопасно для автолюбителей.
Рассмотрев эти три обширных вида композитов, следует сделать вывод, что это самый универсальный материал, при помощи которого, существует возможность изготавливать неповторимые элементы, с неограниченными функциями.
Область применения композитов не имеет границ, ежедневно, с помощью данных технологий, производят сотни тысяч незаменимых деталей.
Композитные материалы были изобретены не в процессе погони ученых за абсолютным соединением, а еще в древнее время, в условиях срочной потребности в прочных материалах.
Однако, именно современные знания и мощная техника, позволила усовершенствовать составы этих соединений и их структуры.
Новейшие композитные изделия делают существование общества значительно интереснее и проще.
К слову, большинство медицинских протезов, изготавливаются из прочных композитов.
Поэтому, композитный материал – просто незаменимая часть нашей жизни.
Не исключено, что в возможном будущем, учеными – техниками и химиками будет совершено новое колоссальное открытие и на смену композитам придет другой популярный материал.
Однако, в настоящее время, приоритетным и высокофункциональным, для изготовления прочных деталей и элементов, остается композит.
ООО «Мелания»
Именно поэтому, мы ООО «Мелания», производим надежные защитные подноски для специальной обуви из композитных материалов.
Состав наших композитных подносков позволяет избежать всевозможных травм на производстве. Поэтому обувь с данным защитным подноском очень популярна и достаточно быстро продается.
Если вы находитесь в поиске отличного защитного элемента для рабочей и специальной обуви, то будьте уверены, что прочнее, современнее и безопасней материала, чем композит — не существует.
А мы, как крупное предприятие, с многолетним опытом работы — готовы изготовить для вас партии подносков, любых объемов именно из этого незаменимого соединения.
Наши специалисты создают подноски из композита по геометрии ваших колодок. А это значит, что при изготовлении собственной обуви – не возникнет проблем с монтажом элемента.
Ваш бизнес станет лучше, прибыльнее и популярнее, стоит только связаться с нашими сотрудниками!
Выражаем большую благодарность за прочтение нашей статьи. Нам будет очень приятно, если вы поделитесь нашими контактами со своими знакомыми. Ведь может прямо сейчас, кто – то из них, заинтересован в сотрудничестве с нами!
Что такое композитный материал и что такое ламинат?
Главная страница » Что такое композитный материал и что такое ламинат?
Нелогичным видится результат для математики, если складывая две единицы, получают в сумме три. Однако подобная логика приобретает смысл, когда речь заходит о композитах. Но что это такое — композитный материал, именуемый сокращённо «композит»? Если взять два разных материала и объединить каким-либо образом, в результате получится третий объект. В ущерб математике, это будет уже совершенно другая структура, отличная от двух сложенных. В некотором смысле, такая структура превосходит любой из оригинальных составляющих компонентов.
Раскрыть тайну композитных структур
Композитные материалы изначально воспринимаются незнакомыми вещами. Но подобного рода вещи распространены достаточно обширно в окружающем мире. На основе композитных материалов делаются многие знакомые вещи:
Корпуса автомобилей, самолётов, катеров традиционно производят из композитных материалов, подобных стекловолокну или карбону. Поэтому характеризовать композитный материал суперсовременным продуктом не стоит.
Корпус автомобиля, сделанный на основе карбона – композитного волокна, обладающего уникальными свойствами, в которых нуждается современная техника на колёсах
Проще оглянуться вокруг: бетон, дерево, костяшки — всё это композитные материалы. Ламинат, кстати, тот же самый композит, где слои разных материалов склеены один с другим, с целью придания дополнительной прочности, долговечности и других преимуществ.
Что представляет собой структура композитных материалов?
Цели изготовления композитных материалов путём объединения двух или более разных структур, видится очевидной. Таким способом стремятся достичь улучшения структуры при условии сохранения чётких и разных идентичностей в конечном продукте. Поэтому композитный материал не следует представлять:
Рассматривать композитный материал логичнее в рамках сравнения, например, с бетоном, где между цементом распределяются камни разных размеров.
Железобетон также представляет собой композитный стройматериал, изготовленный из стальных арматурных стержней, помещенных в жидкий бетон, за счёт чего фактически образуется композит из композита. Стекловолокно представляет собой смесь крошечных стеклянных частиц, склеенных внутри пластика.
Внутри бетона, железобетона, стекловолокна и т.п., оригинальные ингредиенты достаточно легко обнаружить. Так, в структуре бетона явно просматриваются камни в окружении цемента – эти компоненты не исчезают и не растворяются.
Для чего нужны композитные материалы?
Необходимость в композитном материале объясняется главным моментом – конечный продукт должен быть лучше составляющих, из которых изготовлен. Иначе необходимость в надобности полностью отпадает.
Рассматривая тот же бетон, можно отметить силу продукта в случае использования для сооружения вертикальных балок. Чтобы держать вес здания или конструкции с нагрузкой вниз, бетон удачно работает на сжатие. Но бетон демонстрирует явную слабость и тенденцию к разрушению, если используется горизонтально, когда превалируют силы на растяжение.
Структура композиционного бетона – как пример создания продукта, наделённого более выраженными эксплуатационными свойствами в том или ином варианте
Последним случаем формируется серьёзная проблема для зданий, где много горизонтальных бетонных балок. Решением проблемы является заливка плотных стальных стержней (арматурных стержней) жидким бетоном, создавая, таким образом, композитный материал — железобетон.
Сталь натягивает бетон и сопротивляется силам растяжения, а бетон защищает сталь от ржавчины и гниения. В итоге получается композитный материал, удачно работающий на растяжение и на сжатие.
Усиление структуры — наиболее распространенная причина создания композитных материалов, но не единственная. Иногда стремятся сделать структуру, обладающую другими свойствами.
Например, требуется деталь самолёта, обладающая более высоким сопротивлением усталости по сравнению с металлом. Такая деталь не ломается от многократных напряжений, присутствующих в процессе полёта.
Или, допустим, нужна деталь двигателя, способная сохранять целостность структуры при более высоких температурах, чем обычная керамика. Возможно, потребуется пластик, более жёсткий и прочный, но лёгкий, или пластик с лучшими тепловыми изоляционными свойствами, чем даёт обычный пластик. Композитный материал способствует решению задач в таких ситуациях.
Как изготавливается композитный материал?
Структура композита, как правило, изготавливается на основе двух составляющих (но не исключены добавки):
Не следует рассматривать армирование исключительно волоконной структурой (подобно стекловолокну). Такая конфигурация поддерживается не всегда. Структура железобетона, к примеру, содержит «волокна», которые по факту являются крупногабаритными витыми стальными стержнями.
Структура стекловолокна состоит из крошечных «стеклянных усов». Иногда арматурный элемент изготавливается на основе гранул, частиц или усов, не исключается исполнение на основе сложенного текстиля.
Армированные волокном композитные конструкции на основе термопластичных матриц со встроенными пьезокерамическими модулями: 1, 4 – термопластичная несущая плёнка; 2 – поверхностно-металлизированная пьезокерамическая пластина; 3 – опорная конструкция электрода; 5 – гребенчатый электрод; 6 – пьезокерамический пластинчатый композит
Расположением частиц армирования в матрице определяются механические свойства композитного материала в каждом направлении (изотропные) или свойства в разных направлениях (анизотропные).
Все волокна, направленные одинаково, делают состав анизотропным — более сильным в одном направлении, чем в другом. С другой стороны, частицы, усы или волокна, случайно ориентированные в структуре композита, сделают продукт одинаково прочным во всех направлениях.
Какую бы форму не принимал композитный материал, работа подкрепления состоит в том, чтобы противостоять внешним силам. Работа матрицы заключается в жёстком креплении арматуры на месте и защите арматуры от вредных воздействий окружающей среды.
Какие существуют типы композитных материалов?
Разнообразие типичного исполнения достаточно обширное. Рассматривая это разнообразие, можно выделить наиболее часто попадающиеся на практике экземпляры.
Натуральные композиты
Как правило, представляются композиты прочными, лёгкими, ультрасовременными изделиями. Такие изделия тщательно спроектированы для конкретных применений, например в конструкциях космических ракет и реактивных самолётов. Но если рассматривать исключительно такие продукты, легко забыть природные композитные материалы, существующие изначально и всегда.
Структура натурального дерева: 1 – годичное кольцо; 2 – лучи; 3 – возрастной индикатор; 4 – заболонная древесина; 5 – слой камбия; 6 – кора; 7 – береста; 8 — сердцевина
Древесина – пример натурального композита, состоящего из целлюлозных волокон (армирование), растущего внутри лигнина (матрица из органических полимеров на основе углерода). Кость – пример другого натурального композита, где коллагеновые волокна усиливают матрицу гидроксиапатита (кристаллический минерал на основе кальция).
И даже созданные искусственно композиты не обязательно должны выступать высокотехнологичными и современными. Бетон и кирпич – стройматериалы, сделанные из глины, усиленные соломой, являются примерами композитов, сделанными искусственно. Такие материалы активно использовались в течение тысяч лет.
Классические композиты
Первым современным композитным материалом считается стекловолокно (первоначальное название «фибреглас»). Время изобретения — 30 годы XIX столетия.
Современное стекловолокно обычно выпускается в виде лент, которые допустимо наклеивать на поверхности. Пластмассовая защитная лента — это матрица, удерживающая стеклянные волокна на месте, но именно волокна обеспечивают высокую прочность матрицы.
Пластик имеет относительно мягкую и гибкую структуру, а стекло прочную, но хрупкую. Если же соединить две структуры вместе, получается прочный, долговечный продукт, подходящий для производства, к примеру, кузова автомобиля или корпуса лодки.
Структура конструкции речного (морского) катера, корпус которого изготовлен на основе композита: 1 – корпус судна; 2 – структурная сетка; 3 – основа (подошва) кабины (рубки); 4 – палуба; 5 – центральная консоль
Стекловолокно легче металлов или сплавов, из которых допустимо производить те же самые вещи, но стекловолокно не подвержено коррозии. Углепластик похож на стекловолокно, но вместо стеклянных волокон структура углепластика включает углеродное волокно.
Современные композиты
Современные композитные материалы, как правило, основаны на металле, пластике (полимере) или керамике. Это даёт три основных типа современных композитных материалов:
Металлические матричные композиты (ММК)
Этот вид композитных материалов имеют матрицу из легкого металла — алюминия или сплава магния, усиленного керамическими или углеродными волокнами. Примеры включают алюминий, армированный карбидом кремния, и сплав меди и никеля, армированный графеном (тип углеродного волокна). Включением графена в металлы на несколько порядков усиливается свойство прочности по отношению к обычному виду.
Металлические матричные композиты:
но, как правило, дорогостоящие продукты и трудно поддаются обработке. ММК широко используются в авиакосмической промышленности (детали реактивных двигателей), для военных целей (нитрид бора используется для усиления резервуаров), в автомобильной промышленности (поршни дизельных двигателей) и в режущих инструментах.
Керамические матричные композиты (КМК)
Эта разновидность построена на керамической основе (боросиликатное стекло), выступающей в качестве фоновой матрицы, с углеродными или керамическими волокнами (карбид кремния).
Волокна усиливают и помогают преодолеть ключевую слабость обычной керамики. Примеры включают карбид кремния, армированный углеродным волокном (C/SiC), и карбид кремния, армированный карбидом кремния (SiC/SiC).
Пример керамического матричного композита – вариант продукта, который достаточно часто можно встретить на строительстве специальных объектов
Первоначально КМК разрабатывались для аэрокосмического и военного применения, где очень важны легкость и высокотемпературные характеристики (газотурбинные установки, выхлопные сопла реактивных двигателей).
Однако в последующем КМК также нашли применение в производстве автомобильных тормозов и сцепления, подшипников, теплообменников и ядерных реакторов.
Поскольку керамические матричные композиты обычно используются для высокотемпературных применений, полимерные волокна и обычные легкоплавкие стеклянные волокна не используются в качестве армирующих элементов.
Полимерные матричные композиты (ПМК)
Композиты с полимерной матрицей (ПМК) имеют свои отличающие особенности. В то время как волокна КМК делают материал более жестким и менее хрупким, внутри структуры ПМК керамические или углеродные волокна повышают прочность и жёсткость фонового пластика. Такие свойства, как:
делают полимерные матричные композиты (стекловолокно и др.), отличными материалами для производства деталей автомобилей, лодок, самолётов и т.д. Полимерные матричные композиты также широко используются в производстве спортивных товаров (теннисные ракетки, клюшки для гольфа, сноуборды, лыжи и т.п.).
Композитные материалы будущего
Многие современные исследования направлены на совершенство композитных материалов с использованием волокон примерно в 1000 раз меньше традиционных. Такой подход обещает дать гораздо больший эффект.
Эти так называемые нанокомпозиты являются примером нанотехнологий, где используются углеродные нанотрубки (наночастицы) в качестве подкрепления.
Проверка на прочность хоккейной клюшки конструкции «Colt Hockey» показала удивительные результаты. Таких результатов помогла достичь уникальная композитная структура
Композитные материалы будущего представляются более дешёвыми, обладающими лучшими механическими и электрическими свойствами по сравнению с традиционными композитами.
Яркий пример композитного материала будущего: продукт «Colt Hockey» — хоккейная клюшка из углеродного волокна, покрытого никель-кобальтовым нанокомпозитом. Согласно утверждениям производителей, эта хоккейная клюшка в 2,8 раза прочнее и на 20% более гибкая, чем стальной вариант.
Что такое ламинат?
Своего рода особый вид композитного материала, сформированного путём сращивания слоев двух или более других материалов при помощи клея – называется ламинатом.
Поскольку слои ламината обычно составлены разными материалами, ламинаты являются очевидными примерами композитных материалов, несмотря на отсутствие технологии объединения подобно другим (матричными) композитам.
Важно отметить: ламинат — это не просто несколько отдельно взятых слоёв материалов. Все составляющие ламината постоянно склеены, поэтому представлены как единый материал. Клей (или несколько различных клеев) также выступает составляющей частью ламината.
Структура несложного ламината: 1 – упругий высоко-износостойкий верхний слой; 2 – декоративное покрытие высокой чёткости; 3 – влагостойкая доска сердечника типа HDF, сделанная из натуральных волокон древесины; 4 – обработанное смолой балансное покрытие
Почему существует необходимость ламината? Объясняется потребность просто. Например, бумага, дерево, стекло, — материалы недостаточно прочные и долговечные в их натуральном виде.
Так, бумага легко пропитывается водой, а выполнить печать на пластике достаточно сложно. Между тем, печать можно выполнить на бумаге, после чего покрыть бумагу пластиком. Ламинированный композитный материал приобретает дополнительные свойства.
Примеры использования ламинирования
Примеров для разъяснения этого вопроса можно набрать больше чем достаточно. Рассмотрим некоторые из реальных примеров, которые встречаются на практике.
Ламинированная древесина
Полы из натуральной древесины пользуются высокой популярностью, демонстрируют яркий пример износостойкости. Здесь логично рассмотреть обычный пол из твёрдой древесины и пол ламинированный. В отличие от традиционного пола из твердой древесины, ламинированный пол обычно состоит из четырех слоев:
Многие недорогие мебельные изделия, напоминающие твёрдую древесину, реально представляют ламинаты, изготовленные из древесных материалов более низкого качества (ДСП, ДВП) с тонким покрытием из шпона, пластика или даже бумаги. Основным недостатком ламинированных полов является неспособность противостоять влаге.
Ламинированное стекло
Ветровые и пуленепробиваемые стёкла — фактически тяжёлые ламинаты, собранные из нескольких слоёв стекла и пластика. Наружные слои стекла устойчивы к атмосферным воздействиям и царапинам, в то время как внутренние слои пластика обеспечивают прочность и некоторый процент гибкости, предотвращая разрушение стекла. Стекло также ламинируется пластиком для изготовления композитов, подобных, например, стеклу, армированному пластиком.
Тканевые ламинированные материалы
Большая часть обуви и верхней одежды, как правило, сделаны из ламинированных материалов. Типичный плащ обычно имеет водонепроницаемую мембрану между износостойким наружным слоем и мягким, комфортным внутренним слоем. Иногда мембрана непосредственно связана с внутренним и внешним слоями.
Таким способом делается прочная и долговечная одежда на основе 3-слойного ламината. Если мембрана связана с внешней тканью без внутренней подкладки, это называется 2,5-слойным ламинатом. Водонепроницаемая одежда, изготовленная таким способом, видится более «дышащей», чем трехслойные ламинаты, так как используется лёгкий вариант удаления влаги.
Бумажные ламинированные материалы
Часто в бытовой и хозяйственной практике пользуются портативными машинами для ламинирования. Такой техникой покрывают кусочки бумаги, карты или фотографии тонким, но прочным слоем пластика. Достаточно приобрести пакет пластиковых «мешочков», вставить внутрь бумажный предмет и пропустить набор через машину.
Ламинирующая машина нагревает, склеивает пластик и плотно прижимает два разных структуры, создавая атмосферостойкое и долговечное покрытие. Идентификационные (ID) карты и кредитные карты также ламинированы прозрачным пластиком. Поэтому карты используются без проблем несколько лет.
