Mange industrier står i øjeblikket over for et fælles problem, som er, at de har brug for materialer, der er både stærke og fleksible, men alligevel lette. Kompositmaterialer kan løse dette problem. De kan kombinere styrkerne af forskellige materialer for at opnå bedre og mere effektive resultater. Kompositmaterialer bruges i vid udstrækning i industrier som rumfart, bilproduktion og byggeri. Hvad er kompositmateriale?

Disse materialer er dannet ved at blande to eller flere forskellige stoffer, som hver har sine egne unikke fysiske eller kemiske egenskaber. Når de sættes sammen, skaber de derfor et nyt materiale med forbedrede funktioner. Som følge heraf kan dette nye materiale være stærkere, lettere eller mere modstandsdygtigt over for kræfter sammenlignet med de originale stoffer.

Er du nysgerrig på kompositmaterialer og deres typer? Lad os undersøge, hvad der gør disse materialer unikke, og hvordan de anvendes i forskellige industrier.

Hvad er kompositmateriale?

For at skabe et kompositmateriale kombinerer ingeniører to forskellige materialer, hver med sine egne unikke egenskaber. Denne kombination resulterer i et nyt materiale med egenskaber, der ikke findes i originalerne. De designer dette nye materiale til at udføre specifikke funktioner, såsom at være stærkere, lettere eller modstandsdygtige over for elektricitet. Derudover kan kompositmaterialer øge både styrke og stivhed.

Kort historie om kompositmateriale

Folk begyndte at bruge kompositmaterialer for mange år siden i fortiden. Så tidligt som i 3400 f.Kr. lavede mesopotamierne de første menneskeskabte kompositmaterialer. De limer tynde stykker træ sammen i forskellige vinkler for at lave en stærkere krydsfiner. Senere, omkring 2181 f.Kr., lavede de gamle egyptere dødsmasker. De brugte linned eller papyrus og dækkede det med gips. Begge samfund tilføjede også halm for at forstærke andre materialer, såsom muddersten, keramik og både.

Omkring 1200 e.Kr. skabte mongolerne en kraftig sammensat bue. For at lave det kombinerede de flere materialer, herunder træ, sener, horn, bambus, ben og silke. De brugte terpentin som lim til at holde alle delene sammen, hvilket resulterede i et yderst effektivt våben.

Moderne fremskridt inden for kompositter

Efter den industrielle revolution blev syntetiske harpikser faste gennem polymerisationsprocessen, som førte til produktionen af ​​forskellige plastik i det 20. århundrede. Leo Baekeland opfandt phenolharpiksen, som var meget populær for sine ikke-ledende og varmebestandige egenskaber. I 1930'erne introducerede Owens Corning glasfibre og var pioner inden for FRP (fiberforstærket polymer) industrien. De harpikser, der blev fremstillet i den tid, udviklede sig stærkt og er stadig i brug i dag. To år senere dukkede et stærkere harpikssystem op.

Den vedvarende indvirkning af kompositter

Den oprindelige kulfiber blev patenteret i 1961 og vandt gradvist popularitet i kommercielle applikationer. I midten af ​​1990'erne opnåede kompositmaterialer større popularitet i industrier som fremstilling og byggeri. De er billigere og stærkere end gamle materialer. Brugen af ​​kompositter i Boeing 787 Dreamliner i midten af ​​2000'erne viste yderligere deres værdi. Det viser deres betydning for applikationer, der kræver høj styrke, hvilket gør dem til en nødvendighed for moderne applikationer.

Hvad er kompositter lavet af?

Folk omtaler også kompositter som fiberforstærkede polymerer (FRP) kompositter. Producenter skaber dem ved hjælp af en polymermatrix. De styrker denne matrix med konstruerede, syntetiske eller naturlige fibre, som kan omfatte materialer som glas, kulstof eller aramid. Derudover kan de bruge andre materialer til at forbedre komposittens styrke.

Matrixen spiller en vigtig rolle. Det beskytter fibrene mod miljøskader og andre ydre påvirkninger, samtidig med at det letter belastningsoverførslen mellem dem. På den anden side giver fibrene styrke og stivhed. De hjælper med at støtte matrixen og tillader den at modstå revner og brud.

I adskillige produkter inden for vores industri sammensætter producenter ofte matrixen af ​​polyesterharpiks og anvender typisk glasfiber som forstærkningsmateriale. Ikke desto mindre kan de skabe kompositter ved hjælp af forskellige kombinationer af harpiks og forstærkning, hvor hver parring unikt påvirker det endelige produkts særskilte egenskaber og egenskaber. Selvom fiberen er stærk, har den en tendens til let at knække, så den giver styrke og stivhed. I mellemtiden former og beskytter den fleksible harpiks fiberen.

FRP-kompositter kan også omfatte fyldstoffer, additiver og kernematerialer. De kan endda have overfladefinish. Disse tilføjelser bruges til at gøre produktionsprocessen bedre. De forbedrer også, hvordan produktet ser ud og øger dets ydeevne.

Vigtigste egenskaber ved kompositmaterialer

Kompositmaterialer har mange specielle egenskaber. På grund af disse egenskaber er de meget alsidige og fungerer godt selv ved vanskelige og krævende brug. Disse vigtige egenskaber har stor indflydelse på deres effektivitet. Lad os nu se på de forskellige egenskaber, der er meget nyttige, når du laver produkter.

Styrke

Folk anerkender kompositter for at være stærkere end de individuelle materialer, der danner dem. Følgelig øger de styrken og gør strukturer mere robuste. Derfor tjener kompositmaterialer som en fremragende mulighed for applikationer, der kræver evnen til at understøtte tunge belastninger.

Holdbarhed

Kompositmaterialer kan bruges i hårdt vejr eller miljøer, der forårsager korrosion. De fungerer også godt under gentagne belastninger som stød og vibrationer. Dette gør dem ideelle til brug i rumfartøjer, biler og fly.

Slagstyrke

Producenter designer disse materialer til at håndtere stød og sprede kraften ud, hvilket gør det uden at lide skade. Denne evne er afgørende, især i applikationer, hvor der er sandsynlighed for påvirkning. Som følge heraf gør deres evne til at modstå skader fra styrt eller slag dem afgørende for sammenstødsbeskyttelsesstrukturer.

Kemisk resistens

Kompositter er i stand til at modstå skader fra stærke kemikalier eller hårde miljøer. Dette gør dem ideelle til at skabe kemikalieresistente belægninger. De bruges også i udstyr, der håndterer kemikalier.

Fleksibilitet

Kompositmaterialer er meget fleksible og kan bøjes eller ændre form uden at gå i stykker. De kan også designes til at bøje på bestemte måder, afhængigt af deres tilsigtede brug. Dette gør dem gode til at lave protetiske lemmer. Deres fleksible natur giver også ingeniører bedre valg til ting, der udsættes for bevægelige belastninger eller vibrationer.

Letvægt

Disse materialer har stærke egenskaber, men er ikke tunge. De giver mulighed for produktion af dele og strukturer, der er lette. Deres styrke sammenlignet med deres vægt er en vigtig kvalitet i industrier, hvor det er meget vigtigt at reducere vægten.

Termisk stabilitet

Kompositmaterialer kan holde deres form, når de udsættes for høj varme. Evnen til at forblive stærk under høje temperaturer er meget vigtig. Dette er nødvendigt til brug, der står over for meget varme forhold.

Elektrisk ledningsevne

Kompositmaterialer kan have meget gode elektriske egenskaber. De kan fås til at fungere som gode isolatorer eller lede elektricitet godt.

Akustisk isolering

Kompositmaterialer er specielle, fordi de kan reducere eller stoppe støj i at passere igennem. Denne lyddæmpende egenskab gør dem perfekte til lydisolering.

Top 3 fordele ved Composite Materialer

Folk bruger ofte kompositter i hverdagsting. Vi kan finde dem i biler, golfudstyr og endda i rør. De er også meget vigtige for avancerede maskiner som raketskibe. På grund af deres specielle egenskaber giver de flere fordele sammenlignet med traditionelle materialer. Ingeniører, designere og arkitekter foretrækker at bruge kompositter, især i vanskelige situationer, hvor høj styrke eller varmebestandighed er vigtig.

Cost-Effectiveness

Kompositmaterialer er mere omkostningseffektive end almindelige materialer som træ og metal. Udover at være billigere giver de også bedre funktionalitet. Derudover er kompositter mere miljøvenlige. Dette skyldes, at de skaber mindre affald under deres produktion og brug.

Reduceret produktionstid og indsats

Brug af kompositter i produktionsprocessen hjælper med at reducere den tid, der er nødvendig for at fremstille produkter. Det reducerer også mængden af ​​arbejde, der er nødvendigt for at sammensætte forskellige traditionelle materialer.

Designsidighed

En af de vigtigste fordele ved kompositmaterialer er deres fleksibilitet i design. Ingeniører kan lave dem i enhver form eller form, de har brug for. Dette giver dem mulighed for at skabe komplekse dele og komponenter med disse materialer.

Typer af kompositter

Efter at have lært om de generelle fordele ved kompositter, lad os nu udforske de forskellige typer kompositter.

Naturlige kompositmaterialer

Komposit type	Forstærkning	Matrix	Eksempel på anvendelse
Træ	Cellulosefibre	Lignin (organiske, kulstofbaserede polymerer)	Byggematerialer, møbelfremstilling mv.
Knogle	Kollagenfibre	Hydroxyapatit (calciumbaseret krystallinsk mineral)	Strukturel støtte i levende organismer
Beton/ Mursten	Strå	Mudder eller ler	Konstruktion af bygninger, infrastruktur som vægge mv.

Klassiske kompositmaterialer

I 1930'erne dukkede det første moderne kompositmateriale, glasfiber, op. Det er også kendt som glasfiberforstærket plast (GRFP eller GRP). Med udviklingen kommer GRP normalt i form af tape, klistret til formen til brug, plastremme som et substrat til at understøtte glasfiberen. Glasfiberen er med til at styrke materialet. Kulfiberforstærket plast (CRFP eller CRP) ligner GRP, men bruger kulfiber.

• Glasfiberforstærket plast (GRP)

Grundlæggende introduktion

Glasfiber var det første moderne kompositmateriale. Oprindeligt stavet som "glasfiber", kaldes det nu almindeligvis glasfiberforstærket plast (GRFP eller GRP). Dette materiale opstod i 1930'erne.

Form og sammensætning

I dag tilbyder producenterne ofte glasfiber i form af tape, som brugerne kan påføre på overfladen af ​​en form. Plastbagbåndet fungerer som matrix, der holder glasfibrene på plads. Glasfibrene giver dog det meste af materialets styrke.

Materielle egenskaber

Plast er naturligt blødt og fleksibelt, mens glas er stærkt, men skørt. Når de kombineres, danner de et materiale, der er både stærkt og holdbart. Dette materiale er ideelt til applikationer som bil- eller bådkarosserier. I modsætning til metaller eller legeringer er den lettere i vægt og modstandsdygtig over for rust.

• Kulfiberforstærket plast (CRFP eller CRP)

Tilslut til GRP

Det ligner GRP.

Forskel

Den bruger kulfibre i stedet for glasfibre.

Moderne kompositter

Moderne avancerede kompositter er generelt konstrueret ved hjælp af materialer som metal, plast (polymer) eller keramik. Som et resultat giver dette anledning til tre primære typer af kompositter: metalmatrix-kompositter (MMC), polymermatrix-kompositter (PMC) og keramiske matrix-kompositter (CMC).

Metal Matrix Composites (MMC)

Producenter sammensætter matrixen af ​​MMC ved hjælp af letvægtsmetaller såsom aluminium eller magnesiumlegeringer. I produktionen bruger de keramik eller kulfiber til at styrke det, som aluminium forstærket med siliciumcarbid og kobber-nikkel-legeringer forstærket med grafen. Disse materialer er stærke, hårde, holdbare, rustbestandige og relativt lette. Deres høje omkostninger har dog en tendens til at begrænse deres brug. De er populære i rumfarts-, militær-, bil- og skæreværktøjsapplikationer.

Keramiske matrixkompositter (CMC)

Keramiske matrixkompositter (CMC) bruger et keramisk materiale, såsom borosilikatglas, som matrix. Carbon eller keramiske fibre er tilføjet til forstærkning for at reducere skørheden af ​​traditionel keramik. Eksempler på CMC'er omfatter kulfiberforstærket siliciumcarbid (C/SiC) og siliciumcarbidforstærket siliciumcarbid (SiC/SiC).

Oprindeligt blev CMC'er udviklet til rumfart og militære applikationer, hvor letvægtsmaterialer og modstandsdygtighed over for høje temperaturer var afgørende. I dag bruges de også i bilbremser, koblinger, lejer, varmevekslere og endda atomreaktorer.

Polymer Matrix Composites (PMC)

PMC'er som GRP er forskellige. I PMC'er øger keramiske eller kulfiber styrken og stivheden af ​​plastmatrixen, som kan være termoplastisk eller termohærdende. Generelt er termohærdende-baserede PMC'er bedre til at modstå høje temperaturer og opløsningsmidler, men er mindre seje og tager længere tid at lave. De er fremragende til fremstilling af dele til biler, både og fly. Producenter bruger dem i vid udstrækning til at producere sportsudstyr. Luftfartsindustrien bruger almindeligvis epoxybaserede (termoshærdede) PMC'er, og betydningen af ​​højtemperaturbestandige termoplastbaserede PMC'er vokser også der.

Anvendelser af kompositmaterialer

Kompositmaterialer bruges i mange industrier og har mange anvendelsesmuligheder. Her er nogle eksempler:

• Luftfart

Brugen af ​​kompositter i fly er vokset. For eksempel er B787 50% komposit efter vægt, ved hjælp af carbon sandwich-strukturer, CFRP-laminater og glasfiber. Kompositter foretrækkes frem for aluminium for deres bedre styrke- og trækegenskaber.

• Automotive

Producenter bruger kompositter i sports- og elektriske køretøjer på grund af deres lette egenskaber, som forbedrer ydeevnen og forlænger batterirækkevidden. CFRC dele kan reducere køretøjets vægt med 30 %. Genanvendelse af kulfiber hjælper med at spare energi og reducere emissioner.

• Navy

GF- og CF-kompositter bruges i vid udstrækning til skibsbygning og marinereparationer. De har fortrængt traditionelle metaller på grund af deres lette natur, enestående styrke og holdbarhed. Producenter foretrækker GRP for dets modstandsdygtighed over for barske miljøer og lave vedligeholdelseskrav.

• Vindenergi

Kompositmaterialer er afgørende i vindmøllevinger for deres høje styrke-til-vægt-forhold. Da gamle møller når EoL, er genanvendelse afgørende. Nogle EU-lande forbyder deponering af kompositblade, hvilket presser på for bedre genbrugsløsninger.

• Byggeri og Infrastruktur

Avancerede kompositmaterialer bruges til at bygge broer og eftermontere strukturer til jordskælvsmodstand. Glas- og kulfibre i harpiks er almindelige. Industrien søger bæredygtig genanvendelse for at håndtere stort EoL-materialeaffald.

TEAM Rapid: Dit bedste valg for kompositmaterialeløsninger

TEAM Rapid er en topvirksomhed med speciale i kompositmaterialer. Vi tilbyder en bred vifte af tjenester, der udnytter vores banebrydende teknologi og branchekendskab. Vores dygtige team har stor erfaring med forskellige kompositmaterialer og fremstillingsteknikker. Uanset om dine behov er inden for rumfart, bilindustrien, marineindustrien eller andre industrier, leverer vi skræddersyede løsninger designet til at opfylde dine specifikke krav.

Med vores forpligtelse til kvalitet og innovation sikrer vi, at de kompositdele og produkter, vi leverer, er af højeste standard. Med vores state-of-the-art faciliteter og meget erfarne fagfolk, leverer vi effektive og pålidelige tjenester til alle dine behov for kompositmaterialer. At vælge TEAM Rapid Tooling sikrer, at du modtager enestående kvalitet og ydeevne i ethvert projekt lige fra CNC hurtig prototyping til dele til sprøjtestøbning. Tag fat i os i dag, og lad os hjælpe dig med at bringe dit næste sammensatte projekt ud i livet!

Ofte Stillede Spørgsmål

• Hvad er dyrere, kompositmaterialer eller traditionelle materialer?

Prisen på et kompositmateriale afhænger af de materialer, der bruges til at fremstille det. Typen af ​​produktionsprocesser og materialer kan nogle gange gøre kompositter dyrere end traditionelle materialer. Imidlertid ses kompositter som omkostningseffektive, fordi de tilbyder bedre ydeevne, lettere vægt og højere holdbarhed.

• Hvad er ulemperne ved kompositmaterialer?

Mens kompositmaterialer giver mange fordele, har de også nogle ulemper. De kan være udfordrende at reparere og vedligeholde, da skader ofte er svære at opdage eller rette. Delaminering, hvor lagene adskilles, er et andet almindeligt problem. Derudover kan det være komplekst og dyrt at producere kompositter til specifikke applikationer. Deres slagfasthed er ofte lavere sammenlignet med traditionelle materialer som metal, hvilket gør dem mindre egnede til visse miljøer med høj belastning.