Многія галіны ў цяперашні час сутыкаюцца з агульнай праблемай, якая заключаецца ў тым, што яны маюць патрэбу ў матэрыялах, якія з'яўляюцца трывалымі і гнуткімі, але лёгкімі. Кампазітныя матэрыялы могуць вырашыць гэтую праблему. Яны могуць спалучаць моцныя бакі розных матэрыялаў для дасягнення лепшых і больш эфектыўных вынікаў. Кампазітныя матэрыялы шырока выкарыстоўваюцца ў такіх галінах прамысловасці, як аэракасмічная, аўтамабілебудаванне і будаўніцтва. Што такое кампазітны матэрыял?

Гэтыя матэрыялы ўтвараюцца шляхам змешвання двух або больш розных рэчываў, кожнае з якіх валодае сваімі унікальнымі фізічнымі або хімічнымі характарыстыкамі. Такім чынам, злучаючыся разам, яны ствараюць новы матэрыял з палепшанымі характарыстыкамі. У выніку гэты новы матэрыял можа быць больш трывалым, лёгкім або больш устойлівым да ўздзеяння сіл у параўнанні з зыходнымі рэчывамі.

Вас цікавяць кампазітныя матэрыялы і іх віды? Давайце даведаемся, што робіць гэтыя матэрыялы унікальнымі і як яны прымяняюцца ў розных галінах прамысловасці.

Што такое кампазітны матэрыял?

Каб стварыць кампазітны матэрыял, інжынеры камбінуюць два розныя матэрыялы, кожны са сваімі унікальнымі ўласцівасцямі. Гэта спалучэнне прыводзіць да новага матэрыялу з характарыстыкамі, якіх няма ў арыгіналах. Яны распрацавалі гэты новы матэрыял, каб ён выконваў пэўныя функцыі, напрыклад, быў больш трывалым, лёгкім або ўстойлівым да электрычнасці. Акрамя таго, кампазітныя матэрыялы могуць павысіць трываласць і калянасць.

Кароткая гісторыя кампазітных матэрыялаў

Людзі пачалі выкарыстоўваць кампазітныя матэрыялы шмат гадоў таму ў мінулым. Ужо ў 3400 г. да н.э. Месапатамцы зрабілі першыя штучныя кампазітныя матэрыялы. Яны склейваюць тонкія кавалкі дрэва пад рознымі вугламі, каб зрабіць больш трывалую фанеру. Пазней, каля 2181 г. да н.э., старажытныя егіпцяне рабілі пасмяротныя маскі. Выкарыстоўвалі лён або папірус і пакрывалі гіпсам. Абодва таварыствы таксама дадавалі салому для ўмацавання іншых матэрыялаў, такіх як гліняная цэгла, кераміка і лодкі.

Прыкладна ў 1200 годзе нашай эры манголы стварылі магутны складаны лук. Для яго вырабу яны злучылі некалькі матэрыялаў, у тым ліку дрэва, сухажыллі, рог, бамбук, косць і шоўк. Яны выкарыстоўвалі шкіпінар у якасці клею для злучэння ўсіх частак, у выніку чаго атрымалася вельмі эфектыўная зброя.

Сучасныя дасягненні ў галіне кампазітаў

Пасля прамысловай рэвалюцыі сінтэтычныя смалы сталі цвёрдымі ў працэсе полімерызацыі, што прывяло да вытворчасці розных пластмас у 20 стагоддзі. Леа Бекеланд вынайшаў фенольную смалу, якая была вельмі папулярная дзякуючы сваім неправодным і тэрмаўстойлівым уласцівасцям. У 1930-х Owens Corning прадставіў шкловалакно і стаў піянерам у прамысловасці FRP (палімераў, армаваных валокнамі). Смалы, вырабленыя ў той час, моцна развіліся і выкарыстоўваюцца да гэтага часу. Праз два гады з'явілася больш моцная сістэма смалы.

Трывалае ўздзеянне кампазітаў

Першапачатковае вугляроднае валакно было запатэнтавана ў 1961 годзе і паступова набыло папулярнасць у камерцыйных прымяненнях. Да сярэдзіны 1990-х гадоў кампазітныя матэрыялы набылі вялікую папулярнасць у такіх галінах, як вытворчасць і будаўніцтва. Яны танней і трывалей старых матэрыялаў. Выкарыстанне кампазітаў у Boeing 787 Dreamliner у сярэдзіне 2000-х яшчэ больш паказала іх каштоўнасць. Гэта паказвае іх важнасць для прыкладанняў, якія патрабуюць высокай трываласці, што робіць іх неабходнымі для сучасных прыкладанняў.

З чаго зроблены кампазіты?

Людзі таксама называюць кампазіты армаванымі валокнамі палімерамі (FRP). Вытворцы ствараюць іх з выкарыстаннем палімернай матрыцы. Яны ўмацоўваюць гэтую матрыцу штучнымі, сінтэтычнымі або натуральнымі валокнамі, якія могуць уключаць такія матэрыялы, як шкло, вуглярод або арамід. Акрамя таго, яны могуць выкарыстоўваць іншыя матэрыялы для павышэння трываласці кампазіта.

Важную ролю адыгрывае матрыца. Ён абараняе валакна ад шкоды навакольнага асяроддзя і іншых знешніх уздзеянняў, а таксама палягчае перадачу нагрузкі паміж імі. З іншага боку, валакна надаюць трываласць і калянасць. Яны дапамагаюць падтрымліваць матрыцу і дазваляюць ёй супрацьстаяць расколінам і паломкам.

У шматлікіх прадуктах нашай галіны вытворцы часта складаюць матрыцу з поліэфірнай смалы і звычайна выкарыстоўваюць шкловалакно ў якасці армавальнага матэрыялу. Тым не менш, яны могуць ствараць кампазіты, выкарыстоўваючы розныя камбінацыі смалы і арматуры, прычым кожная пара адназначна ўплывае на адметныя характарыстыкі і ўласцівасці канчатковага прадукту. Хоць валакно трывалае, яно лёгка ламаецца, таму забяспечвае трываласць і калянасць. Між тым, гнуткая смала фармуе і абараняе валакно.

Кампазіты FRP могуць таксама ўключаць напаўняльнікі, дабаўкі і асноўныя матэрыялы. Яны нават могуць мець аздабленне паверхні. Гэтыя дадаткі выкарыстоўваюцца для паляпшэння вытворчага працэсу. Яны таксама паляпшаюць знешні выгляд прадукту і павышаюць яго прадукцыйнасць.

Асноўныя ўласцівасці кампазітных матэрыялаў

Кампазітныя матэрыялы валодаюць мноствам асаблівых уласцівасцяў. Дзякуючы гэтым характарыстыкам яны вельмі ўніверсальныя і добра працуюць нават у цяжкіх і патрабавальных умовах. Гэтыя важныя характарыстыкі моцна ўплываюць на іх эфектыўнасць. Зараз давайце паглядзім на розныя ўласцівасці, якія вельмі карысныя пры вырабе прадуктаў.

трываласць

Людзі прызнаюць кампазіты больш трывалымі, чым асобныя матэрыялы, з якіх яны ўтвараюцца. Такім чынам, яны павялічваюць трываласць і робяць канструкцыю больш трывалай. Такім чынам, кампазітныя матэрыялы служаць выдатным варыянтам для прыкладанняў, якія патрабуюць здольнасці вытрымліваць вялікія нагрузкі.

Durabilité

Кампазітныя матэрыялы можна выкарыстоўваць у цяжкіх умовах надвор'я або асяроддзях, якія выклікаюць карозію. Яны таксама добра працуюць пры паўторных стрэсах, такіх як удары і вібрацыі. Гэта робіць іх ідэальнымі для выкарыстання ў касмічных караблях, аўтамабілях і самалётах.

Ўдаратрываласць

Вытворцы распрацоўваюць гэтыя матэрыялы так, каб яны вытрымлівалі ўдары і распаўсюджвалі сілу, робячы гэта без пашкоджанняў. Гэта магчымасць мае вырашальнае значэнне, асабліва ў тых прыкладаннях, дзе верагодна ўздзеянне. Такім чынам, іх здольнасць супрацьстаяць пашкоджанням ад аварый або ўдараў робіць іх важнымі для канструкцый абароны ад аварый.

Хімічная ўстойлівасць

Кампазіты здольныя супрацьстаяць пашкоджанням ад моцных хімікатаў або жорсткіх умоў. Гэта робіць іх ідэальнымі для стварэння хімікатаўстойлівых пакрыццяў. Яны таксама выкарыстоўваюцца ў абсталяванні, якое працуе з хімікатамі.

Flexibilité

Кампазіты вельмі гнуткія і могуць згінацца або змяняць форму, не ламаючыся. Яны таксама могуць быць распрацаваны для згінання пэўным чынам у залежнасці ад іх прызначэння. Гэта робіць іх добрымі для вырабу пратэзаў канечнасцяў. Акрамя таго, іх гнуткі характар ​​дае інжынерам лепшы выбар для рэчаў, якія сутыкаюцца з рухомымі нагрузкамі або вібрацыямі.

Лёгкі

Гэтыя матэрыялы валодаюць моцнымі ўласцівасцямі, але не цяжкія. Яны дазваляюць вырабляць лёгкія дэталі і канструкцыі. Іх трываласць у параўнанні з іх вагой з'яўляецца важнай якасцю ў галінах, дзе зніжэнне вагі вельмі важна.

Цеплавая стабільнасць

Кампазітныя матэрыялы могуць захоўваць сваю форму пры ўздзеянні высокай тэмпературы. Здольнасць заставацца моцнай пры высокіх тэмпературах вельмі важная. Гэта неабходна для выкарыстання ў вельмі гарачых умовах.

Электраправоднасць

Кампазіты могуць мець вельмі добрыя электрычныя ўласцівасці. Іх можна прымусіць дзейнічаць як добрыя ізалятары або добра праводзіць электрычнасць.

Гукаізаляцыя

Кампазіты асаблівыя, таму што яны могуць паменшыць або спыніць праходжанне шуму. Гэта ўласцівасць блакавання гуку робіць іх ідэальнымі для гукаізаляцыі.

3 асноўных перавагі Composite Matériaux

Людзі часта выкарыстоўваюць кампазіты ў паўсядзённых прадметах. Мы можам знайсці іх у аўтамабілях, інвентары для гольфа і нават у трубах. Яны таксама вельмі важныя для перадавых машын, такіх як ракетныя караблі. Дзякуючы сваім асаблівым уласцівасцям, яны даюць больш пераваг у параўнанні з традыцыйнымі матэрыяламі. Інжынеры, дызайнеры і архітэктары аддаюць перавагу выкарыстоўваць кампазіты, асабліва ў складаных сітуацыях, калі важная высокая трываласць або тэрмаўстойлівасць.

Rentabilité

Кампазіты больш эканамічна эфектыўныя, чым звычайныя матэрыялы, такія як дрэва і метал. Акрамя таго, што яны танней, яны таксама забяспечваюць лепшую функцыянальнасць. Акрамя таго, кампазіты больш экалагічныя. Гэта таму, што яны ствараюць менш адходаў падчас іх вытворчасці і выкарыстання.

Скарачэнне часу вытворчасці і высілкаў

Выкарыстанне кампазітаў у працэсе вытворчасці дапамагае скараціць час вырабу прадукцыі. Гэта таксама зніжае колькасць працы, неабходнай для зборкі розных традыцыйных матэрыялаў.

Універсальнасць дызайну

Адным з ключавых пераваг кампазітных матэрыялаў з'яўляецца іх гібкасць канструкцыі. Інжынеры могуць зрабіць іх любой неабходнай формы. Гэта дазваляе ім ствараць складаныя дэталі і кампаненты з гэтых матэрыялаў.

Віды кампазітаў

Даведаўшыся пра агульныя перавагі кампазітаў, давайце зараз вывучым розныя тыпы кампазітаў.

Натуральныя кампазітныя матэрыялы

Кампазітны тып	армаванне	матрыца	Прыклад выкарыстання
Bois	Цэлюлозныя валакна	Лігнін (арганічныя палімеры на аснове вугляроду)	Будаўнічыя матэрыялы, выраб мэблі і інш.
касцяная	Коллагеновые валакна	Гидроксиапатит (крышталічны мінерал на аснове кальцыя)	Структурная апора ў жывых арганізмах
Бетон / цэгла	Салома	Гразь або гліна	Будаўніцтва будынкаў, інфраструктуры, напрыклад сцен і г.д.

Класічныя кампазітныя матэрыялы

У 1930-я гады з'явіўся першы сучасны кампазітны матэрыял - шкловалакно. Ён таксама вядомы як пластык, армаваны шкловалакном (GRFP або GRP). Па меры распрацоўкі GRP звычайна пастаўляецца ў выглядзе стужкі, прылепленай да формы для выкарыстання, пластыкавых рамянёў у якасці падкладкі для падтрымкі шкловалакна. Шкловалакно дапамагае ўмацаваць матэрыял. Пластык, армаваны вугляродным валакном (CRFP або CRP), падобны на GRP, але выкарыстоўвае вугляроднае валакно.

• Пластык, армаваны шкловалакном (GRP)

Асноўнае ўвядзенне

Шкловалакно было першым сучасным кампазітным матэрыялам. Першапачаткова ён называўся «шкловалакном», цяпер яго звычайна называюць пластыкам, армаваным шкловалакном (GRFP або GRP). Гэты матэрыял узнік у 1930-я гады.

Форма і кампазіцыя

Сёння вытворцы часта прапануюць шкловалакно ў выглядзе стужак, якія карыстальнікі могуць наклеіць на паверхню формы. Пластыкавая апорная стужка дзейнічае як матрыца, утрымліваючы шкляныя валакна на месцы. Аднак шкловалакно забяспечвае большую частку трываласці матэрыялу.

Уласцівасці матэрыялу

Пластык ад прыроды мяккі і гнуткі, а шкло трывалае, але далікатнае. У спалучэнні яны ўтвараюць трывалы і даўгавечны матэрыял. Гэты матэрыял ідэальна падыходзіць для кузаваў аўтамабіляў або лодак. У адрозненне ад металаў або сплаваў, ён меншы па вазе і ўстойлівы да іржы.

• Пластык, армаваны вугляродным валакном (CRFP або CRP)

Падключыцеся да ВРП

Гэта падобна на GRP.

Розніца

У ім выкарыстоўваюцца вугляродныя валакна замест шкляных валокнаў.

Сучасныя кампазіты

Сучасныя перадавыя кампазіты, як правіла, вырабляюцца з такіх матэрыялаў, як метал, пластык (палімер) або кераміка. У выніку гэтага ствараюцца тры асноўныя тыпы кампазітаў: кампазіты з металічнай матрыцай (MMC), кампазіты з палімернай матрыцай (PMC) і кампазіты з керамічнай матрыцай (CMC).

Кампазіты з металічнай матрыцай (MMC)

Вытворцы складаюць матрыцу MMC з лёгкіх металаў, такіх як алюміній або магніевыя сплавы. У вытворчасці яны выкарыстоўваюць кераміку або вугляродныя валакна для яго ўмацавання, напрыклад, алюміній, армаваны карбідам крэмнію, і медна-нікелевыя сплавы, армаваныя графенам. Гэтыя матэрыялы трывалыя, цвёрдыя, даўгавечныя, устойлівыя да іржы і адносна лёгкія. Аднак іх высокі кошт, як правіла, абмяжоўвае іх выкарыстанне. Яны папулярныя ў аэракасмічнай, ваеннай, аўтамабільнай і рэжучых інструментаў.

Кампазіты з керамічнай матрыцай (CMC)

Кампазіты з керамічнай матрыцай (CMC) выкарыстоўваюць у якасці матрыцы керамічны матэрыял, напрыклад, боросиликатное шкло. Вугляродныя або керамічныя валакна дадаюцца для армавання, каб паменшыць далікатнасць традыцыйнай керамікі. Прыклады CMC ўключаюць у сябе карбід крэмнію, армаваны вугляродным валакном (C/SiC) і карбід крэмнію, армаваны карбідам крэмнію (SiC/SiC).

Першапачаткова CMC былі распрацаваны для аэракасмічнага і ваеннага прымянення, дзе лёгкія матэрыялы і ўстойлівасць да высокіх тэмператур мелі вырашальнае значэнне. Сёння яны таксама выкарыстоўваюцца ў аўтамабільных тармазах, счапленнях, падшыпніках, цеплаабменніках і нават ядзерных рэактарах.

Кампазіты з палімернай матрыцай (PMC)

Такія ЧВК, як ВРП, адрозніваюцца. У PMCs керамічныя або вугляродныя валакна павышаюць трываласць і калянасць пластыкавай матрыцы, якая можа быць тэрмапластычнай або тэрмарэактыўнай. Як правіла, тэрмарэактыўныя КВК лепш вытрымліваюць высокія тэмпературы і растваральнікі, але менш трывалыя і вырабляюць іх больш часу. Яны выдатна падыходзяць для вытворчасці дэталяў для аўтамабіляў, лодак і самалётаў. Вытворцы шырока выкарыстоўваюць іх у вытворчасці спартыўнага інвентара. У аэракасмічнай прамысловасці звычайна выкарыстоўваюцца эпаксідныя (тэрмасеактыўныя) КВК, і там таксама расце значэнне ўстойлівых да высокіх тэмператур тэрмапластыкаў.

Прымяненне кампазіцыйных матэрыялаў

Кампазітныя матэрыялы выкарыстоўваюцца ў многіх галінах прамысловасці і маюць шмат прымянення. Вось некалькі прыкладаў:

• авіяцыйна-касмічны

Выкарыстанне кампазітаў у самалётах вырасла. Напрыклад, B787 складаецца з 50% кампазітаў па масе, з выкарыстаннем вугляродных сэндвіч-канструкцый, ламінатаў з вугляпласту і шкловалакна. Кампазіты аддаюць перавагу алюмінію з-за іх лепшай трываласці і ўласцівасцей пры расцяжэнні.

• Аўтамабільны

Вытворцы выкарыстоўваюць кампазіты ў спартыўных і электрычных транспартных сродках з-за іх лёгкіх уласцівасцяў, якія павышаюць прадукцыйнасць і павялічваюць запас ходу батарэі. Дэталі CFRC могуць паменшыць вагу аўтамабіля на 30%. Перапрацоўка вугляроднага валакна дапамагае эканоміць энергію і зніжаць выкіды.

• Ваенна-марскі флот

Кампазіты GF і CF шырока выкарыстоўваюцца ў суднабудаванні і рамонце суднаў. Яны выцеснілі традыцыйныя металы дзякуючы сваёй лёгкасці, выключнай трываласці і даўгавечнасці. Вытворцы аддаюць перавагу GRP за яго ўстойлівасць да суровых умоў і нізкія патрабаванні да абслугоўвання.

• Энергія ветру

Кампазіты важныя для лопасцей ветраных турбін з-за іх высокага суадносін трываласці і вагі. Паколькі старыя турбіны дасягаюць EoL, перапрацоўка мае вырашальнае значэнне. Некаторыя краіны ЕС забараняюць выкідваць кампазітныя ляза на сметнік, дамагаючыся лепшых рашэнняў па перапрацоўцы.

• Будаўніцтва і інфраструктура

Сучасныя кампазіты выкарыстоўваюцца пры будаўніцтве мастоў і мадэрнізацыі канструкцый для ўстойлівасці да землятрусаў. Шкло і вугляродныя валакна ў смолах з'яўляюцца агульнымі. Прамысловасць імкнецца да ўстойлівай перапрацоўкі для кіравання вялікімі адходамі EoL.

TEAM Rapid: ваш галоўны выбар для рашэнняў з кампазітных матэрыялаў

TEAM Rapid - гэта вядучая кампанія, якая спецыялізуецца на вытворчасці кампазітных матэрыялаў. Мы прапануем шырокі спектр паслуг, выкарыстоўваючы нашы перадавыя тэхналогіі і галіновыя веды. Наша кваліфікаваная каманда мае вялікі вопыт працы з рознымі кампазітнымі матэрыяламі і тэхналогіямі вытворчасці. Калі вашы патрэбы ў аэракасмічнай, аўтамабільнай, марской або іншых галінах прамысловасці, мы прапануем індывідуальныя рашэнні, распрацаваныя для задавальнення вашых канкрэтных патрабаванняў.

Дзякуючы нашай прыхільнасці якасці і інавацыям, мы гарантуем, што кампазітныя дэталі і прадукты, якія мы пастаўляем, адпавядаюць самым высокім стандартам. Дзякуючы сучаснаму аб'екту і вопытным спецыялістам, мы прапануем эфектыўныя і надзейныя паслугі для ўсіх вашых патрэб у кампазітных матэрыялах. Выбар TEAM Rapid Tooling гарантуе, што вы атрымаеце выдатную якасць і прадукцыйнасць у кожным праекце, пачынаючы ад Хуткае прататыпаванне з ЧПУ у дэталяў для ліцця пад ціскам. Звярніцеся да нас сёння, і дазвольце нам дапамагчы вам рэалізаваць ваш наступны кампазітны праект!

Пытанні і адказы

• Што даражэй кампазіт або традыцыйныя матэрыялы?

Кошт кампазітнага матэрыялу залежыць ад матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца для яго вырабу. Тып вытворчых працэсаў і матэрыялаў часам можа зрабіць кампазіты больш дарагімі, чым традыцыйныя матэрыялы. Аднак кампазіты лічацца эканамічна эфектыўнымі, таму што яны забяспечваюць лепшую прадукцыйнасць, меншы вага і больш высокую трываласць.

• Якія недахопы кампазітных матэрыялаў?

У той час як кампазітныя матэрыялы даюць шмат пераваг, яны таксама маюць некаторыя недахопы. Іх можа быць складана рамантаваць і абслугоўваць, бо пашкоджанні часта цяжка выявіць або выправіць. Расслаенне, калі пласты падзяляюцца, - яшчэ адна распаўсюджаная праблема. Акрамя таго, вытворчасць кампазітаў для канкрэтных прыкладанняў можа быць складаным і дарагім. Іх ударатрываласць часта ніжэйшая ў параўнанні з традыцыйнымі матэрыяламі, такімі як метал, што робіць іх менш прыдатнымі для некаторых асяроддзяў з высокім стрэсам.