Baie nywerhede staar tans 'n algemene probleem in die gesig, naamlik dat hulle materiale benodig wat sterk en buigsaam is, maar tog liggewig. Saamgestelde materiale kan hierdie probleem oplos. Hulle kan die sterk punte van verskillende materiale kombineer om beter, meer effektiewe resultate te behaal. Saamgestelde materiale word wyd gebruik in nywerhede soos lugvaart, motorvervaardiging en konstruksie. Wat is saamgestelde materiaal?

Hierdie materiale word gevorm deur twee of meer afsonderlike stowwe te meng, wat elk sy eie unieke fisiese of chemiese eienskappe besit. Gevolglik, wanneer hulle saamgevoeg word, skep hulle 'n nuwe materiaal met verbeterde kenmerke. As gevolg hiervan kan hierdie nuwe materiaal sterker, ligter of meer weerstand teen kragte wees in vergelyking met die oorspronklike stowwe.

Is jy nuuskierig oor saamgestelde materiale en hul tipes? Kom ons ondersoek wat hierdie materiale uniek maak en hoe dit in verskeie industrieë toegepas word.

Wat is saamgestelde materiaal?

Om 'n saamgestelde materiaal te skep, kombineer ingenieurs twee verskillende materiale, elk met sy eie unieke eienskappe. Hierdie kombinasie lei tot 'n nuwe materiaal met eienskappe wat nie in die oorspronklikes gevind word nie. Hulle ontwerp hierdie nuwe materiaal om spesifieke funksies te verrig, soos om sterker, ligter of weerstand teen elektrisiteit te wees. Boonop kan saamgestelde materiale beide sterkte en styfheid verbeter.

Kort geskiedenis van saamgestelde materiaal

Mense het baie jare gelede in die verlede saamgestelde materiale begin gebruik. So vroeg as 3400 vC het Mesopotamiërs die eerste mensgemaakte saamgestelde materiale gemaak. Hulle plak dun stukke hout teen verskillende hoeke aanmekaar om 'n sterker laaghout te maak. Later, omstreeks 2181 vC, het die antieke Egiptenare doodsmaskers gemaak. Hulle het linne of papirus gebruik en dit met gips bedek. Albei samelewings het ook strooi bygevoeg om ander materiale te versterk, soos modderstene, pottebakkery en bote.

Omstreeks 1200 nC het die Mongole 'n kragtige saamgestelde boog geskep. Om dit te maak, het hulle verskeie materiale gekombineer, insluitend hout, sening, horing, bamboes, been en sy. Hulle het terpentyn as gom gebruik om al die dele bymekaar te hou, wat 'n uiters doeltreffende wapen tot gevolg gehad het.

Moderne vooruitgang in komposiete

Ná die Industriële Revolusie het sintetiese harse solied geword deur die proses van polimerisasie, wat gelei het tot die vervaardiging van verskeie plastiek in die 20ste eeu. Leo Baekeland het die fenoliese hars uitgevind, wat baie gewild was vir sy nie-geleidende en hittebestande eienskappe. In die 1930's het Owens Corning glasvesels bekend gestel en die baanbreker in die FRP (veselversterkte polimeer) bedryf. Die harse wat in daardie tyd gemaak is, het sterk ontwikkel en word vandag nog gebruik. Twee jaar later het 'n sterker harsstelsel ontstaan.

Die blywende impak van samestellings

Die aanvanklike koolstofvesel is in 1961 gepatenteer en het geleidelik gewild geword in kommersiële toepassings. Teen die middel van die 1990's het saamgestelde materiale groter gewildheid verkry in nywerhede soos vervaardiging en konstruksie. Hulle is goedkoper en sterker as ou materiale. Die gebruik van komposiete in die Boeing 787 Dreamliner in die middel 2000's het die waarde daarvan verder gedemonstreer. Dit toon hul belangrikheid vir toepassings wat hoë sterkte vereis, wat dit 'n noodsaaklikheid maak vir moderne toepassings.

Waarvan word samestellings gemaak?

Mense verwys ook na komposiete as veselversterkte polimeer (FRP) komposiete. Vervaardigers skep hulle deur 'n polimeermatriks te gebruik. Hulle versterk hierdie matriks met gemanipuleerde, sintetiese of natuurlike vesels, wat materiale soos glas, koolstof of aramide kan insluit. Daarbenewens kan hulle ander materiale gebruik om die saamgestelde sterkte te verbeter.

Die matriks speel 'n belangrike rol. Dit beskerm die vesels teen omgewingskade en ander eksterne invloede, terwyl dit ook lasoordrag tussen hulle vergemaklik. Aan die ander kant gee die vesels sterkte en styfheid. Hulle help om die matriks te ondersteun en laat dit krake en breek weerstaan.

In talle produkte in ons bedryf maak vervaardigers gereeld die matriks van poliësterhars saam en gebruik gewoonlik glasvesel as 'n versterkingsmateriaal. Nietemin kan hulle samestellings skep deur verskillende kombinasies van hars en versterking te gebruik, met elke paring wat die finale produk se kenmerkende eienskappe en eienskappe uniek beïnvloed. Alhoewel die vesel sterk is, is dit geneig om maklik te breek, so dit bied krag en styfheid. Intussen vorm en beskerm die buigsame hars die vesel.

FRP-komposiete kan ook vullers, bymiddels en kernmateriale insluit. Hulle kan selfs oppervlakafwerkings hê. Hierdie toevoegings word gebruik om die produksieproses beter te maak. Hulle verbeter ook hoe die produk lyk en verhoog sy werkverrigting.

Belangrikste eienskappe van saamgestelde materiale

Saamgestelde materiale het baie spesiale eienskappe. As gevolg van hierdie eienskappe is hulle baie veelsydig en presteer goed selfs in moeilike en veeleisende gebruike. Hierdie belangrike eienskappe het 'n groot impak op hul doeltreffendheid. Kom ons kyk nou na die verskillende eienskappe wat baie nuttig is wanneer produkte gemaak word.

krag

Mense erken dat komposiete sterker is as die individuele materiale wat dit vorm. Gevolglik verhoog hulle sterkte en maak strukture meer stewig. Daarom dien saamgestelde materiale as 'n uitstekende opsie vir toepassings wat die vermoë vereis om swaar vragte te ondersteun.

Duursaamheid

Saamgestelde materiale kan gebruik word in moeilike weer of omgewings wat korrosie veroorsaak. Hulle werk ook goed onder herhaalde spanning soos skokke en vibrasies. Dit maak hulle ideaal vir gebruik in ruimtetuie, motors en vliegtuie.

Impak weerstand

Vervaardigers ontwerp hierdie materiale om impakte te hanteer en die krag uit te versprei, sonder om skade op te doen. Hierdie vermoë is van kardinale belang, veral in toepassings waar impak waarskynlik is. Gevolglik maak hul vermoë om skade van ongelukke of trefslae te weerstaan ​​hulle noodsaaklik vir botsbeskermingstrukture.

Chemiese weerstand

Komposiete kan skade deur sterk chemikalieë of moeilike omgewings weerstaan. Dit maak hulle ideaal vir die skep van chemiese weerstandbiedende bedekkings. Hulle word ook gebruik in toerusting wat chemikalieë hanteer.

Buigsaamheid

Komposiete is hoogs buigsaam en kan buig of van vorm verander sonder om te breek. Hulle kan ook ontwerp word om op spesifieke maniere te buig, afhangende van hul beoogde gebruik. Dit maak hulle goed vir die maak van prostetiese ledemate. Ook, hul buigsame aard gee ingenieurs beter keuses vir dinge wat te staan ​​kom vir bewegende vragte of vibrasies.

Liggewig

Hierdie materiale het sterk eienskappe, maar is nie swaar nie. Hulle maak voorsiening vir die vervaardiging van dele en strukture wat lig is. Hul sterkte in vergelyking met hul gewig is 'n belangrike eienskap in nywerhede waar gewigsvermindering baie belangrik is.

Termiese stabiliteit

Saamgestelde materiale kan hul vorm behou wanneer dit aan hoë hitte blootgestel word. Die vermoë om sterk te bly onder hoë temperature is baie belangrik. Dit is nodig vir gebruike wat baie warm toestande ondervind.

Elektriese geleidingsvermoë

Komposiete kan baie goeie elektriese eienskappe hê. Hulle kan gemaak word om as goeie isoleerders op te tree of elektrisiteit goed te gelei.

Akoestiese isolasie

Saamgestelde produkte is spesiaal omdat hulle geraas kan verminder of keer om deur te gaan. Hierdie klankblokkerende eienskap maak hulle perfek vir klankdigtingsdoeleindes.

Top 3 voordele van saamgestelde Materiale

Mense gebruik dikwels komposiete in alledaagse items. Ons kan hulle in motors, gholftoerusting en selfs in pype vind. Hulle is ook baie belangrik vir gevorderde masjiene soos vuurpylskepe. As gevolg van hul spesiale eienskappe bied hulle meer voordele in vergelyking met tradisionele materiale. Ingenieurs, ontwerpers en argitekte verkies om samestellings te gebruik, veral in moeilike situasies waar hoë sterkte of hittebestandheid belangrik is.

Koste-effektiwiteit

Saamgestelde materiale is meer koste-effektief as gewone materiale soos hout en metaal. Behalwe dat dit goedkoper is, bied hulle ook beter funksionaliteit. Boonop is komposiete meer omgewingsvriendelik. Dit is omdat hulle minder afval tydens hul produksie en gebruik skep.

Verminderde produksietyd en moeite

Die gebruik van komposiete in die produksieproses help om die tyd wat nodig is vir die maak van produkte te verminder. Dit verlaag ook die hoeveelheid werk wat nodig is om verskillende tradisionele materiale saam te stel.

Ontwerp Veelsydigheid

Een van die belangrikste voordele van saamgestelde materiale is hul buigsaamheid in ontwerp. Ingenieurs kan dit maak in enige vorms of vorms wat hulle nodig het. Dit stel hulle in staat om komplekse dele en komponente met hierdie materiale te skep.

Tipes samestellings

Nadat ons geleer het oor die algemene voordele van komposiete, kom ons ondersoek nou die verskillende tipes komposiete.

Natuurlike saamgestelde materiale

Saamgestelde tipe	versterking	Matrix	Voorbeeld Gebruik
Wood	Sellulose vesels	Lignien (organiese, koolstofgebaseerde polimere)	Boumateriaal, meubelvervaardiging, ens.
Been	Kollageenvesels	Hydroxyapatiet (kalsium-gebaseerde kristallyne mineraal)	Strukturele ondersteuning binne lewende organismes
Beton / Baksteen	Strooi	Modder of klei	Konstruksie van geboue, infrastruktuur soos mure, ens.

Klassieke saamgestelde materiale

In die 1930's het die eerste moderne saamgestelde materiaal, glasvesel, verskyn. Dit staan ​​ook bekend as glasveselversterkte plastiek (GRFP of GRP). Met ontwikkeling kom GRP gewoonlik in die vorm van kleefband, wat op die vorm geplak is vir gebruik, plastiekbande as 'n substraat om die glasvesel te ondersteun. Die glasvesel help om die materiaal te versterk. Koolstofveselversterkte plastiek (CRFP of CRP) is soortgelyk aan GRP, maar gebruik koolstofvesel.

• Glasveselversterkte plastiek (GRP)

Basiese inleiding

Veselglas was die eerste moderne saamgestelde materiaal. Aanvanklik gespel as "veselglas," word dit nou algemeen genoem glasveselversterkte plastiek (GRFP of GRP). Hierdie materiaal het in die 1930's ontstaan.

Vorm en samestelling

Vandag bied vervaardigers dikwels veselglas aan in die vorm van bande wat gebruikers op die oppervlak van 'n vorm kan aanbring. Die plastiek-rugband dien as die matriks en hou die glasvesels in plek. Die glasvesels verskaf egter die meeste van die materiaal se sterkte.

Materiële eienskappe

Plastiek is van nature sag en buigsaam, terwyl glas sterk maar bros is. Wanneer dit gekombineer word, vorm hulle 'n materiaal wat beide sterk en duursaam is. Hierdie materiaal is ideaal vir toepassings soos motor- of bootliggame. Anders as metale of legerings, is dit ligter in gewig en bestand teen roes.

• Koolstofveselversterkte plastiek (CRFP of CRP)

Koppel aan die GRP

Dit is soortgelyk aan GRP.

Verskil

Dit gebruik koolstofvesels in plaas van glasvesels.

Moderne samestellings

Moderne gevorderde komposiete word oor die algemeen gebou met behulp van materiale soos metaal, plastiek (polimeer) of keramiek. Gevolglik gee dit aanleiding tot drie primêre tipes samestellings: metaalmatrikssamestellings (MMC), polimeermatrikssamestellings (PMC), en keramiekmatrikssamestellings (CMC).

Metal Matrix Composites (MMC)

Vervaardigers maak die matriks van MMC saam met liggewig metale soos aluminium of magnesiumlegerings. In produksie gebruik hulle keramiek of koolstofvesels om dit te versterk, soos aluminium versterk met silikonkarbied en koper-nikkel-legerings wat met grafeen versterk is. Hierdie materiale is sterk, hard, duursaam, roesbestand en relatief lig. Die hoë koste daarvan is egter geneig om hul gebruik te beperk. Hulle is gewild in lugvaart-, militêre-, motor- en snygereedskaptoepassings.

Keramiese Matrix Composites (CMC)

Keramiekmatrikssamestellings (CMC) gebruik 'n keramiekmateriaal, soos borosilikaatglas, as die matriks. Koolstof- of keramiekvesels word bygevoeg vir versterking om die brosheid van tradisionele keramiek te verminder. Voorbeelde van CMC's sluit in koolstof-vesel-versterkte silikonkarbied (C/SiC) en silikonkarbied-versterkte silikonkarbied (SiC/SiC).

Aanvanklik is CMC's ontwikkel vir lugvaart- en militêre toepassings waar liggewigmateriale en hoë-temperatuurweerstand deurslaggewend was. Vandag word hulle ook in motorremme, koppelaars, laers, hitteruilers en selfs kernreaktors gebruik.

Polimeer Matrix Composites (PMC)

PMC's soos GRP is duidelik. In PMC's verbeter keramiek- of koolstofvesels die sterkte en styfheid van die plastiekmatriks wat termoplasties of termohardend kan wees. Oor die algemeen is termohardende-gebaseerde PMC's beter om hoë temperature en oplosmiddels te weerstaan, maar is minder taai en neem langer om te maak. Hulle is uitstekend vir die vervaardiging van onderdele vir motors, bote en vliegtuie. Vervaardigers gebruik dit wyd in die vervaardiging van sporttoerusting. Die lugvaartbedryf gebruik gewoonlik epoksie-gebaseerde (termoset) PMC's, en die belangrikheid van hoë-temperatuur-bestande termoplastiese-gebaseerde PMC's word ook daar groter.

Toepassings van saamgestelde materiale

Saamgestelde materiale word in baie nywerhede gebruik en het baie toepassings. Hier is 'n paar voorbeelde:

• Lugdiens

Die gebruik van komposiete in vliegtuie het gegroei. Byvoorbeeld, die B787 is 50% saamgestelde gewig, met behulp van koolstoftoebroodjiestrukture, CFRP-laminate en veselglas. Komposiete word bo aluminium verkies vir hul beter sterkte en trek eienskappe.

• Automotive

Vervaardigers gebruik komposiete in sport- en elektriese voertuie vir hul liggewig-eienskappe, wat werkverrigting verbeter en batteryreeks verleng. CFRC-onderdele kan voertuiggewig met 30% verminder. Die herwinning van koolstofvesel help om energie te bespaar en emissies te verlaag.

• Navy

GF- en CF-komposiete word wyd gebruik in skeepsbou en mariene herstelwerk. Hulle het tradisionele metale vervang weens hul liggewig aard, uitsonderlike sterkte en duursaamheid. Vervaardigers verkies GRP vir sy weerstand teen strawwe omgewings en lae onderhoudsvereistes.

• Wind Energie

Komposiete is noodsaaklik in windturbinelemme vir hul hoë sterkte-tot-gewig-verhouding. Soos ou turbines EoL bereik, is herwinning van kardinale belang. Sommige EU-lande verbied die storting van saamgestelde lemme en dring aan op beter herwinningsoplossings.

• Konstruksie en infrastruktuur

Gevorderde samestellings word gebruik om brûe te bou en strukture vir aardbewingweerstand te herstel. Glas- en koolstofvesels in harse is algemeen. Die bedryf soek volhoubare herwinning om groot EoL-materiaalafval te bestuur.

TEAM Rapid: Jou eerste keuse vir oplossings vir saamgestelde materiaal

TEAM Rapid is 'n topmaatskappy wat spesialiseer in saamgestelde materiale. Ons bied 'n wye verskeidenheid dienste, wat gebruik maak van ons voorpunttegnologie en bedryfskennis. Ons bekwame span het uitgebreide ervaring met verskeie saamgestelde materiale en vervaardigingstegnieke. Of u behoeftes in lugvaart-, motor-, mariene- of ander nywerhede is, ons lewer pasgemaakte oplossings wat ontwerp is om aan u spesifieke vereistes te voldoen.

Met ons verbintenis tot kwaliteit en innovasie, verseker ons dat die saamgestelde onderdele en produkte wat ons lewer van die hoogste standaard is. Met ons moderne fasiliteite en hoogs ervare professionele persone lewer ons doeltreffende en betroubare dienste vir al jou saamgestelde materiaalbehoeftes. Om vir TEAM Rapid Tooling te kies, verseker dat u uitstekende kwaliteit en werkverrigting ontvang in elke projek wat wissel van CNC vinnige prototipering om spuitgietonderdele. Reik vandag na ons en laat ons jou help om jou volgende saamgestelde projek tot stand te bring!

Vrae & Antwoorde

• Wat is duurder, saamgestelde of tradisionele materiale?

Die koste van 'n saamgestelde materiaal hang af van die materiaal wat gebruik word om dit te maak. Die tipe produksieprosesse en materiale kan komposiete soms duurder maak as tradisionele materiale. Komposiete word egter as kostedoeltreffend beskou omdat dit beter werkverrigting, ligter gewig en hoër duursaamheid bied.

• Wat is die nadele van saamgestelde materiale?

Terwyl saamgestelde materiale baie voordele bied, het dit ook 'n paar nadele. Dit kan uitdagend wees om te herstel en in stand te hou, aangesien skade dikwels moeilik is om op te spoor of reg te stel. Delaminering, waar lae skei, is nog 'n algemene probleem. Daarbenewens kan die vervaardiging van samestellings vir spesifieke toepassings kompleks en duur wees. Hul impakweerstand is dikwels laer in vergelyking met tradisionele materiale soos metaal, wat hulle minder geskik maak vir sekere hoë-stres omgewings.