Қазіргі уақытта көптеген салалар ортақ мәселемен бетпе-бет келіп отыр, яғни оларға берік және икемді, бірақ салмағы жеңіл материалдар қажет. Композиттік материалдар бұл мәселені шеше алады. Олар жақсырақ, тиімдірек нәтижелерге қол жеткізу үшін әртүрлі материалдардың күшті жақтарын біріктіре алады. Композиттік материалдар аэроғарыш, автомобиль жасау және құрылыс сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Композиттік материал дегеніміз не?

Бұл материалдар әрқайсысының өзіндік бірегей физикалық немесе химиялық сипаттамалары бар екі немесе одан да көп ерекше заттарды араластыру арқылы жасалады. Тиісінше, біріктірілген кезде олар жақсартылған мүмкіндіктері бар жаңа материал жасайды. Нәтижесінде, бұл жаңа материал бастапқы заттармен салыстырғанда күштірек, жеңілірек немесе күштерге төзімдірек болуы мүмкін.

Сіз композициялық материалдар және олардың түрлері туралы қызықсыз ба? Бұл материалдарды бірегей ететін нені және олардың әртүрлі салаларда қалай қолданылатынын қарастырайық.

Композиттік материал дегеніміз не?

Композиттік материал жасау үшін инженерлер әрқайсысының өзіндік бірегей қасиеттері бар екі түрлі материалды біріктіреді. Бұл комбинация түпнұсқаларда жоқ сипаттамалары бар жаңа материалға әкеледі. Олар бұл жаңа материалды күштірек, жеңілірек немесе электр тогына төзімді болу сияқты белгілі бір функцияларды орындау үшін жасайды. Сонымен қатар, композициялық материалдар беріктік пен қаттылықты арттыра алады.

Композиттік материалдың қысқаша тарихы

Адамдар көп жылдар бұрын композиттік материалдарды пайдалана бастады. Біздің эрамызға дейінгі 3400 жылдың өзінде месопотамиялықтар алғашқы жасанды композиттік материалдарды жасады. Олар жұқа ағаш кесектерін бір-біріне әр түрлі бұрыштармен жабыстырып, берік фанер жасайды. Кейінірек, шамамен б.з.д. 2181 жылы ежелгі мысырлықтар өлім маскасын жасады. Олар зығыр мата немесе папирусты қолданып, оны гипспен қаптады. Екі қоғам да саз кірпіш, керамика және қайық сияқты басқа материалдарды нығайту үшін сабан қосты.

Шамамен 1200 жылы моңғолдар күшті құрама садақ жасады. Оны жасау үшін олар ағаш, сіңір, мүйіз, бамбук, сүйек және жібек сияқты бірнеше материалдарды біріктірді. Олар скипидарларды желім ретінде қолданып, барлық бөліктерді бір-бірімен біріктірді, нәтижесінде өте тиімді қару пайда болды.

Композиттердегі заманауи жетістіктер

Өнеркәсіптік революциядан кейін синтетикалық шайырлар 20 ғасырда әртүрлі пластмассалардың өндірісіне әкелетін полимерлеу процесі арқылы қатты болды. Лео Баекеланд фенолды шайырды ойлап тапты, ол өзінің өткізбейтін және ыстыққа төзімді қасиеттерімен танымал болды. 1930 жылдары Оуэнс Корнинг шыны талшықтарын енгізді және FRP (талшықты арматураланған полимер) өнеркәсібіне мұрындық болды. Сол уақытта жасалған шайырлар күшті дамып, бүгінгі күнге дейін қолданылуда. Екі жылдан кейін күшті шайыр жүйесі пайда болды.

Композиттердің тұрақты әсері

Бастапқы көміртекті талшық 1961 жылы патенттелген және бірте-бірте коммерциялық қолданбаларда танымал болды. 1990 жылдардың ортасына қарай композиттік материалдар өндіріс пен құрылыс сияқты салаларда көбірек танымал болды. Олар ескі материалдарға қарағанда арзанырақ және берік. 787 жылдардың ортасында Boeing 2000 Dreamliner ұшағының композиттерін қолдану олардың құндылығын одан әрі көрсетті. Бұл олардың жоғары беріктікті қажет ететін қолданбалар үшін маңыздылығын көрсетеді, бұл оларды заманауи қолданбалар үшін қажетті етеді.

Композиттер неден жасалады?

Адамдар композиттерді талшықты арматураланған полимер (FRP) композиттері деп те атайды. Өндірушілер оларды полимерлі матрицаны пайдалана отырып жасайды. Олар бұл матрицаны шыны, көміртек немесе арамид сияқты материалдарды қамтуы мүмкін инженерлік, синтетикалық немесе табиғи талшықтармен нығайтады. Сонымен қатар, олар композиттің беріктігін арттыру үшін басқа материалдарды пайдалана алады.

Матрица маңызды рөл атқарады. Ол талшықтарды қоршаған ортаның зақымдануынан және басқа сыртқы әсерлерден қорғайды, сонымен қатар олардың арасындағы жүктемені тасымалдауды жеңілдетеді. Екінші жағынан, талшықтар күш пен қаттылық береді. Олар матрицаны қолдауға көмектеседі және оның жарықтар мен үзілістерге қарсы тұруына мүмкіндік береді.

Біздің саладағы көптеген өнімдерде өндірушілер жиі полиэфирлі шайырдың матрицасын жасайды және әдетте шыны талшықты арматуралық материал ретінде пайдаланады. Соған қарамастан, олар шайыр мен арматураның әртүрлі комбинацияларын пайдалана отырып, композиттерді жасай алады, әрбір жұптау соңғы өнімнің ерекше сипаттамалары мен қасиеттеріне ерекше әсер етеді. Талшық күшті болғанымен, ол оңай үзілуге ​​бейім, сондықтан ол беріктік пен қаттылықты қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, икемді шайыр талшықты қалыпқа келтіреді және қорғайды.

FRP композиттері сонымен қатар толтырғыштарды, қоспаларды және негізгі материалдарды қамтуы мүмкін. Олардың тіпті беткі қабаттары болуы мүмкін. Бұл қоспалар өндіріс процесін жақсарту үшін қолданылады. Олар сондай-ақ өнімнің сыртқы түрін жақсартады және өнімділігін арттырады.

Композиттік материалдардың негізгі қасиеттері

Композиттік материалдардың көптеген ерекше қасиеттері бар. Осы сипаттамаларға байланысты олар өте жан-жақты және тіпті қиын және талап етілетін пайдалануда жақсы жұмыс істейді. Бұл маңызды сипаттамалар олардың тиімділігіне үлкен әсер етеді. Енді өнімдерді жасау кезінде өте пайдалы болатын әртүрлі қасиеттерді қарастырайық.

күш

Адамдар композиттерді оларды құрайтын жеке материалдардан күштірек деп таниды. Демек, олар беріктікті арттырады және құрылымдарды берік етеді. Сондықтан композиттік материалдар ауыр жүктерді көтеру мүмкіндігін қажет ететін қолданбалар үшін тамаша нұсқа болып табылады.

төзімділік

Композиттік материалдарды қатал ауа-райында немесе коррозияға әкелетін ортада қолдануға болады. Олар сондай-ақ соққылар мен діріл сияқты қайталанатын стресс жағдайында жақсы жұмыс істейді. Бұл оларды ғарыш аппараттарында, автомобильдерде және ұшақтарда қолдануға өте ыңғайлы етеді.

Impact қарсылық

Өндірушілер бұл материалдарды соққыларға қарсы тұру және күшті тарату үшін жобалайды, бұл зақым келтірместен жасайды. Бұл мүмкіндік әсіресе әсер етуі мүмкін қолданбаларда өте маңызды. Демек, олардың апаттардан немесе соққылардан болатын зақымға қарсы тұру қабілеті оларды апаттан қорғау құрылымдары үшін маңызды етеді.

Химиялық төзімділік

Композиттер күшті химиялық заттардың немесе қатты ортаның зақымдалуына қарсы тұра алады. Бұл оларды химиялық төзімді жабындарды жасау үшін өте қолайлы етеді. Олар химиялық заттарды өңдейтін жабдықта да қолданылады.

икемділік

Композиттер өте икемді және бұзылмай майысып немесе пішінін өзгерте алады. Олар сондай-ақ пайдалану мақсатына байланысты белгілі бір тәсілдермен иілуге ​​арналған. Бұл оларды аяқ-қолды протездеуге жақсы етеді. Сондай-ақ, олардың икемді табиғаты инженерлерге қозғалатын жүктемелерге немесе тербелістерге тап болатын нәрселер үшін жақсы таңдау береді.

Жеңіл

Бұл материалдар күшті қасиеттерге ие, бірақ ауыр емес. Олар жеңіл бөлшектер мен құрылымдарды жасауға мүмкіндік береді. Олардың салмағымен салыстырғандағы күші салмақты азайту өте маңызды салаларда маңызды сапа болып табылады.

Жылу тұрақтылығы

Композиттік материалдар жоғары жылу әсерінен пішінін сақтай алады. Жоғары температурада күшті болу мүмкіндігі өте маңызды. Бұл өте ыстық жағдайларға тап болған пайдалану үшін қажет.

Электр өткізгіштігі

Композиттер өте жақсы электрлік қасиеттерге ие болуы мүмкін. Оларды жақсы оқшаулағыш ретінде немесе электр тогын жақсы өткізетін етіп жасауға болады.

Акустикалық оқшаулау

Композиттер ерекше болып табылады, өйткені олар шуды азайтуға немесе тоқтатуға қабілетті. Бұл дыбыс оқшаулау қасиеті оларды дыбыс өткізбейтін мақсаттар үшін тамаша етеді.

Композиттің негізгі 3 пайдасы материалдар

Адамдар күнделікті заттарда композиттерді жиі пайдаланады. Біз оларды автомобильдерде, гольф жабдықтарында, тіпті құбырлардан таба аламыз. Олар зымырандық кемелер сияқты озық машиналар үшін де өте маңызды. Арнайы қасиеттеріне байланысты олар дәстүрлі материалдармен салыстырғанда көбірек артықшылықтар береді. Инженерлер, дизайнерлер және сәулетшілер композиттерді, әсіресе жоғары беріктік немесе ыстыққа төзімділік маңызды болған қиын жағдайларда пайдалануды қалайды.

Шығын үнемділігі

Композиттер ағаш және металл сияқты қарапайым материалдарға қарағанда үнемді. Олар арзанырақ болумен қатар, жақсырақ функционалдылықты қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, композиттер экологиялық таза. Себебі, олар өндіру және пайдалану кезінде аз қалдық жасайды.

Қысқартылған өндіріс уақыты мен күш-жігері

Өндіріс процесінде композиттерді пайдалану өнімді жасауға қажетті уақытты қысқартуға көмектеседі. Бұл сонымен қатар әртүрлі дәстүрлі материалдарды біріктіру үшін қажетті жұмыс көлемін азайтады.

Дизайнның әртүрлілігі

Композиттік материалдардың негізгі артықшылықтарының бірі олардың дизайндағы икемділігі болып табылады. Инженерлер оларды кез келген пішінде немесе пішінде жасай алады. Бұл оларға осы материалдармен күрделі бөлшектер мен компоненттер жасауға мүмкіндік береді.

Композиттердің түрлері

Композиттердің жалпы артықшылықтарымен танысқаннан кейін, енді композиттердің әртүрлі түрлерін зерттейік.

Табиғи композиттік материалдар

Композиттік түрі	Күшейту	Matrix	Мысал пайдалану
орман	Целлюлоза талшықтары	Лигнин (органикалық, көміртегі негізіндегі полимерлер)	Құрылыс материалдары, жиһаз жасау және т.б.
сүйек	Коллаген талшықтары	Гидроксиапатит (кальций негізіндегі кристалды минерал)	Тірі организмдердің құрылымдық тірегі
Бетон/Кірпіш	Саман	Балшық немесе саз	Ғимараттардың құрылысы, қабырғалар сияқты инфрақұрылым және т.б.

Классикалық композициялық материалдар

1930 жылдары алғашқы заманауи композиттік материал, шыны талшық пайда болды. Ол шыны талшықты арматураланған пластик (GRFP немесе GRP) ретінде де белгілі. Дамыған кезде, GRP әдетте қолдануға арналған қалыпқа жабыстырылған таспа, шыны талшықты қолдау үшін субстрат ретінде пластикалық белдіктер түрінде келеді. Шыны талшық материалды нығайтуға көмектеседі. Көміртекті талшықты арматураланған пластмассалар (CRFP немесе CRP) GRP-ге ұқсас, бірақ көміртекті талшықты пайдаланады.

• Шыны талшықты арматураланған пластик (GRP)

Негізгі кіріспе

Шыны талшық бірінші заманауи композициялық материал болды. Бастапқыда «әйнек талшықтары» деп жазылған, ол қазір әдетте шыны талшықты арматураланған пластик (GRFP немесе GRP) деп аталады. Бұл материал 1930 жылдары пайда болды.

Пішін және композиция

Бүгінгі күні өндірушілер жиі таспалар түрінде шыны талшықты ұсынады, оны пайдаланушылар пішіннің бетіне қолдана алады. Пластикалық тірек таспа шыны талшықтарды орнында ұстап тұратын матрица ретінде әрекет етеді. Дегенмен, шыны талшықтар материалдың беріктігінің көп бөлігін қамтамасыз етеді.

Материалдың қасиеттері

Пластмасса табиғи жұмсақ және икемді, ал шыны берік, бірақ сынғыш. Біріктірілген кезде олар берік және берік материал құрайды. Бұл материал автомобиль немесе қайық корпусы сияқты қолданбалар үшін өте қолайлы. Металдардан немесе қорытпалардан айырмашылығы, ол салмағы бойынша жеңіл және тотқа төзімді.

• Көміртекті талшықты күшейтілген пластик (CRFP немесе CRP)

GRP желісіне қосылыңыз

Бұл GRP-ге ұқсас.

айырма

Ол шыны талшықтардың орнына көміртекті талшықтарды пайдаланады.

Қазіргі заманғы композиттер

Қазіргі заманғы озық композиттер әдетте металл, пластмасса (полимер) немесе керамика сияқты материалдар арқылы жасалады. Нәтижесінде бұл композиттердің үш негізгі түрін тудырады: металл матрицалық композиттер (MMC), полимерлі матрицалық композиттер (PMC) және керамикалық матрицалық композиттер (CMC).

Металл матрицалық композиттер (MMC)

Өндірушілер алюминий немесе магний қорытпалары сияқты жеңіл металдарды пайдалана отырып, MMC матрицасын жасайды. Өндірісте олар кремний карбидімен нығайтылған алюминий және графенмен күшейтілген мыс-никель қорытпалары сияқты оны нығайту үшін керамика немесе көміртекті талшықтарды пайдаланады. Бұл материалдар берік, қатты, берік, тотқа төзімді және салыстырмалы түрде жеңіл. Дегенмен, олардың жоғары құны оларды пайдалануды шектейді. Олар аэроғарыштық, әскери, автомобильдік және кескіш құрал қолданбаларында танымал.

Керамикалық матрицалық композиттер (CMC)

Керамикалық матрицалық композиттер (CMC) матрица ретінде боросиликатты шыны сияқты керамикалық материалды пайдаланады. Дәстүрлі керамиканың сынғыштығын азайту үшін арматура үшін көміртекті немесе керамикалық талшықтар қосылады. CMC мысалдарына көміртекті талшықпен күшейтілген кремний карбиді (C/SiC) және кремний карбидімен күшейтілген кремний карбиді (SiC/SiC) жатады.

Бастапқыда CMC жеңіл материалдар мен жоғары температураға төзімділік маңызды болған аэроғарыштық және әскери қолданбалар үшін әзірленді. Бүгінде олар автомобиль тежегіштерінде, муфталарда, мойынтіректерде, жылу алмастырғыштарда, тіпті ядролық реакторларда да қолданылады.

Полимерлі матрицалық композиттер (PMC)

GRP сияқты PMCs ерекшеленеді. PMC-де керамикалық немесе көміртекті талшықтар термопластикалық немесе термопластикалық болуы мүмкін пластикалық матрицаның беріктігі мен қаттылығын арттырады. Әдетте, термореактивті ПМК жоғары температуралар мен еріткіштерге төтеп беруде жақсырақ, бірақ беріктігі азырақ және жасауға ұзақ уақыт кетеді. Олар автомобильдерге, қайықтарға және ұшақтарға арналған бөлшектерді жасау үшін тамаша. Өндірушілер оларды спорттық жабдықтарды өндіруде кеңінен пайдаланады. Аэроғарыш өнеркәсібі әдетте эпоксидті (термосеттік) PMCs пайдаланады және жоғары температураға төзімді термопластикалық негізіндегі PMCs маңыздылығы да өсуде.

Композиттік материалдарды қолдану

Композиттік материалдар өнеркәсіптің көптеген салаларында қолданылады және көптеген қолданбаларға ие. Міне, кейбір мысалдар:

• аэроғарыштық

Композиттерді ұшақтарда қолдану өсті. Мысалы, B787 көміртекті сэндвич құрылымдарын, CFRP ламинаттарын және шыны талшықты қолданатын салмағы бойынша 50% композиттерден тұрады. Композиттерге алюминийден гөрі беріктігі мен созылу қасиеттері жақсырақ.

• Автокөлік

Өндірушілер композиттерді спорттық және электрлік көліктерде өнімділікті жақсартатын және батарея ауқымын кеңейтетін жеңіл қасиеттері үшін пайдаланады. CFRC бөлшектері көлік салмағын 30%-ға азайта алады. Көміртекті талшықты қайта өңдеу энергияны үнемдеуге және шығарындыларды азайтуға көмектеседі.

• Теңіз

GF және CF композиттері кеме жасауда және теңіз жөндеу жұмыстарында кеңінен қолданылады. Олар жеңіл табиғатына, ерекше беріктігіне және беріктігіне байланысты дәстүрлі металдарды ығыстырды. Өндірушілер GRP-ді қатал орталарға төзімділігі және техникалық қызмет көрсетудің төмен талаптары үшін жақсы көреді.

• Жел энергиясы

Композиттер жел турбинасы қалақтарында беріктік пен салмақ қатынасының жоғары болуы үшін өте маңызды. Ескі турбиналар EoL деңгейіне жеткенде, қайта өңдеу өте маңызды. Кейбір ЕО елдері композиттік пышақтарды қоқыспен көмуге тыйым сала отырып, қайта өңдеудің жақсы шешімдерін талап етеді.

• Құрылыс және инфрақұрылым

Жетілдірілген композиттер жер сілкінісіне төзімділік үшін көпірлер салуда және құрылымдарды қайта жаңартуда қолданылады. Шайырлардағы шыны және көміртекті талшықтар жиі кездеседі. Өнеркәсіп үлкен EoL материалдарының қалдықтарын басқару үшін тұрақты қайта өңдеуді іздейді.

TEAM Rapid: композиттік материалдар шешімдеріне арналған ең басты таңдауыңыз

TEAM Rapid – композиттік материалдарға маманданған жетекші компания. Біз озық технологияларымыз бен салалық білімімізді пайдалана отырып, қызметтердің кең ауқымын ұсынамыз. Біздің білікті команданың әртүрлі композиттік материалдармен және өндіріс техникасымен үлкен тәжірибесі бар. Сіздің қажеттіліктеріңіз аэроғарыштық, автомобиль жасау, теңіз немесе басқа салаларда болсын, біз сіздің нақты талаптарыңызға сай арнайы шешімдерді жеткіземіз.

Сапа мен инновацияға деген ұмтылыспен біз жеткізетін композиттік бөлшектер мен өнімдердің ең жоғары стандартқа сай болуын қамтамасыз етеміз. Біздің заманауи қондырғыларымыз бен жоғары тәжірибелі мамандарымызбен біз композиттік материалдың барлық қажеттіліктері үшін тиімді және сенімді қызметтерді ұсынамыз. TEAM Rapid Tooling мүмкіндігін таңдау әр жобада тамаша сапа мен өнімділікті алуға кепілдік береді CNC жылдам прототипі дейін құюға арналған бөлшектер. Бүгін бізге хабарласыңыз және келесі композиттік жобаңызды жүзеге асыруға көмектесуге рұқсат етіңіз!

Жиі қойылатын сұрақтар

• Қайсысы қымбатырақ, композициялық немесе дәстүрлі материалдар?

Композиттік материалдың құны оны жасау үшін қолданылатын материалдарға байланысты. Өндірістік процестер мен материалдардың түрі кейде композиттерді дәстүрлі материалдарға қарағанда қымбатырақ етеді. Дегенмен, композиттер үнемді болып саналады, өйткені олар жақсы өнімділікті, жеңіл салмақты және жоғары беріктікті ұсынады.

• Композиттік материалдардың кемшіліктері қандай?

Композиттік материалдар көптеген артықшылықтарға ие болғанымен, олардың кейбір кемшіліктері де бар. Оларды жөндеу және жөндеу қиын болуы мүмкін, себебі зақымдануды анықтау немесе жөндеу жиі қиын. Қабаттар бөлінетін жердегі деламинация - тағы бір кең таралған мәселе. Сонымен қатар, арнайы қолданбаларға арналған композиттерді өндіру күрделі және қымбат болуы мүмкін. Олардың соққыға төзімділігі көбінесе метал сияқты дәстүрлі материалдармен салыстырғанда төмен, бұл оларды белгілі бір жоғары кернеулі орталарға жарамсыз етеді.