Vše o kompozitu

Nejjednodušší analogy kompozitu, které přicházejí na mysl pro začátečníky, jsou cukrářské vafle a dřevěná překližka. V prvním případě je mezi dorty se síťovými výstupky umístěna krémová náplň. Druhou možností jsou kolmo uspořádané vrstvy vlákna, které jsou impregnovány adhezivní kompozicí.

Kompozit je kombinací vrstev rozdílných a různých typů materiálů, které se liší řadou fyzikálních, technologických a mechanických vlastností. Jedním z hlavních požadavků je neutralita, kterou zajišťuje výrazná podobnost v chemických vlastnostech použitých vrstev. Technologické a mechanické, stejně jako řada fyzikálních vlastností získaného kompozitu se liší od analogických výchozích parametrů každé z vrstev zvlášť.

V kompozitním materiálu jsou pouze dva typy mezivrstev: matrice s buňkami a výplň. Nejjednodušší konstrukční obdobou kompozitu je železobeton, tvořený ocelovým rámem, jehož prostor uvnitř (a částečně i mimo něj) je vyplněn betonovou výlevkou, která do měsíce od nalití betonového roztoku ztvrdla a získala pevnost. .

Strukturálně jsou kompozitní materiály vláknité, disperzně tvrzené, částečně tvrzené (nezaměňovat s částečným vytvrzením, uváděným ve smyslu určitého zlepšení parametrů složení) a nanometrický.

Příklady kompozitních materiálů.

• Razítkovací papír na peníze a dokumenty obsahující syntetické chlupy, které zvyšují pevnost v tahu a odolnost proti oděru. Jsou také jedním z mnoha indikátorů padělku vstupenek.
• Hliněné cihly se slámou v ceně. Nepálená cihla získává určitou odolnost proti praskání.
• Epoxidové lepidlo s kovovým nebo dřevěným práškem. Ten se zavádí do kompozice za účelem úspory epoxidové pryskyřice.
• Uhlík, který se láme při vícesměrných nárazech. Nepraská pouze tehdy, když se otřesy a vibrace shodují ve vektoru jejich dopadu se směrem, kterým se cyklista pohybuje. Pokud narazíte na karbonový rám kola naplocho na jakýkoli předmět, například betonový sloupek, uhlíkové vlákno se roztříští na úlomky.
• Triplex - vrstvy skla na předním a zadním hledí vozu, které drží pohromadě vrstvy celuloidu. Při nehodě je vyloučeno rozmetání velkého množství klínovitých úlomků, což často vede ke ztrátě zraku řidiče, který je účastníkem nehody.

Tak, pancéřové sklo pro policejní a vojenská vozidla je vyrobeno ze tří a více vrstev tvrzeného skla - lze jej prorazit pouze pancéřovými kulkami nebo granáty. Pancéřové sklo patří mezi vrstvené kompozitní materiály. Různorodost vývoje, který je dnes k dispozici, rozděluje kompozitní materiál na desítky typů a odrůd, z nichž každý je na trhu stavebních a opravárenských služeb velmi žádaný.

Tak, existují zrcadlové, výplňové, křemenné a další kompozitní materiály určené pro specifické aplikace. Vlastnosti každého z těchto druhů se od sebe liší. Například nano- a mikrokompozity bez polymerů nehoří.Zuhelnatělé jsou pouze při zahřátí minimálně na stovky stupňů Celsia, což zjednodušuje jejich použití při teplotách neobvyklých pro pokojové podmínky.

Kompozitní materiály se vyrábějí podle následujícího schématu. Nejprve se na výztužná vlákna nanese složka matrice, poté se pomocí lisovací formy vytvarují proužky výztužné složky a samotná matrice. Výsledný materiál se vylisuje, slinuje a na vlákna se nanese další povlak. Dále je vytvořený sekundární materiál (další stupeň) odeslán k opětovnému lisování, prochází fází nanášení matrice ve formě nástřiku pomocí plazmy. Třetí lisování – mačkání – je poslední fází. Komprese (lisování) se tedy provádí alespoň třikrát.

Přírodní kompozitní materiály jsou lehké, odolné a nejmodernější. Používají se hlavně pro letadla, včetně letadel a raket. Nekomplikované kompozity vytváří sama příroda, například letokruhy ze dřeva, kůra. Přírodní kompozitní materiály vytvořené člověkem jsou hliněné cihly, které obsahují písek, cemento-pískové bloky s přídavkem pilin a další.

Sklolaminát je uznáván jako jedno z klasických kompozitních vláken. Jedná se o plastovou kompozitní pásku, která se lepí na všechny druhy povrchů. Tato matrice drží prameny ze skleněných vláken na místě. Díky takto lisovaným skleněným vláknům je zajištěna pevnost tohoto materiálu. Plast je ze své podstaty měkký a pružný, zatímco sklo je tvrdé a křehké.

Kombinací těchto vlastností je možné získat velmi pružný a zároveň pevný materiál, ve kterém se plast a sklo doplňují. Kompozit se používá pro výrobu karoserií pro automobily a motorové čluny. Skleněný kompozit nerezaví ani neoxiduje.

Modernější stavební materiály, které se objevily mnohem později, obsahují jako hlavní látku kov, keramiku a / nebo polymer. Klasifikace těchto materiálů zohledňuje také nekovové přísady, jako jsou dřevěné třísky nebo prach. Plastem vyztužený dřevěný kompozit nebo kompozitní deska (a listový materiál vyrobený ze stejných přísad) se používá při výrobě nábytku a podlahových krytin verand nebo palub.

Dřevo, rozdrcené a smíchané s polymerem roztaveným do měkkého stavu, se používá jako tvrzená palubová krytina, po které můžete chodit a dokonce i přesouvat nábytek: dřevoplastová deska nebo deska se nelámou ani nepraskají, protože jsou pevným materiálem.

MDF - krabicový nebo masivní profil, která nepoužívá syntetickou pryskyřici ani plast, ale výhradně pryskyřice přírodního původu. Dřevo rozdrcené na třísky a prach je impregnováno touto látkou a následně prochází slinovací a lisovací fází v peci. Běžnými výrobky z MDF jsou vysoce kvalitní dveře a laminát. Při slinování a vytvrzování pryskyřice dochází k jejich polymeraci - vzniká přírodní polymer, ve kterém se rozpouští dřevný prach (a rozdělují třísky).

Nejjednodušším příkladem je slitina hliníku nebo hořčíku vyztužená uhlíkovými vlákny. Ale hliník může být doplněn karbidem křemíku a složení mědi a niklu může být doplněno grafenem, podtypem uhlíkových vláken.Kompozitní materiály s kovovou matricí jsou pevné, mají přijatelnou tuhost pro řešení většiny problémů, jsou odolné proti opotřebení, odolné vůči oxidaci a mají relativní lehkost ve srovnání s celokovovými výrobky.

Jsou drahé a obtížně zpracovatelné. Z moderních kompozitů jsou například vyrobeny pístové prvky pro vznětové spalovací motory. Kompozitní obklad na fasádu je vyroben z hliníkového plechu, mezi jehož vrstvy je nalit plast. Barvení pomáhá dát takové povrchové úpravě jinou barvu.

Namísto kovu je hlavním materiálem keramického kompozitu, jak asi tušíte, keramika. Jako tento prvek se používá například sklo obsahující bor na bázi silikátových vměstků. Slouží jako sekundární matricová složka a je vyztužena uhlíkovými vlákny nebo keramickými inkluzemi, v jejichž roli je použit karbid křemíku. Keramický kompozit umožňuje například vyrovnat se s křehkostí pevné keramiky a vytvořit charakteristickou výztuž pro překonání fenoménu kink cracking.

Karbon-karbidový kompozit je jedním z nejžádanějších produktů na trhu kompozitních materiálů., což umožňuje získat složení, které je před uhlíkovými vlákny a kompozitem, pokud jde o jeho pevnostní charakteristiky a ukazatel spolehlivosti obrobků vyrobených z takové látky. Takový kompozit se používá například při výrobě dílů pro automobilový brzdový a spojkový systém.

Dnes neustává vývoj modernějších materiálů, které by nahradily ty, které již pronikly na trh, který z nich čítá desítky tisíc druhů výrobků. Tak, rozměry výztužných vláken v nanotechnologii jsou 1000krát menší než jejich delší předchůdci. Jedním z materiálů budoucnosti jsou uhlíkové nanotrubičky, ze kterých se vyrábí například hokejky. V tomto příkladu je nanouhlíkové vlákno potaženo kompozitním materiálem nikl-kobalt. Tato hůl je téměř třikrát silnější a o jednu pětinu více bez zalomení bez praskání než podobný výrobek vyrobený z ocelové slitiny.

Kompozitní materiály tvrzené disperzí jsou klasifikovány jako nanomateriály, u kterých je délka hlavních vláken upravena na hodnotu 100 nm. Jenže v posledních letech se deset nanočástic zmenšilo na délku na 10 nm – podobný přístup mají například polovodiče a vodiče, které tvoří krystal mikroprocesoru, mikrokontroléru nebo mikroobvody tvořící elektronickou paměť. Na kompozitní nosníky a panely se vztahují přísně stanovené normy: například tuhost (Youngův modul) musí být alespoň 130 gigapascalů, materiály musí odolávat únavovému opotřebení a být rozměrově stálé. Cílem je vyřešit všechny tyto problémy současně. Nevýhody - vysoká cena vzhledem ke zvýšené znalostně náročné zátěži při vývoji, implementaci a praktické aplikaci těchto materiálů.

Ruský trh výroby CM tvoří pouhá 3 % exportních dodávek na celosvětové úrovni. Důvodem je nedostatek jednotných regulačních dokumentů, které zjednodušují výrobu kompozitních stavebních materiálů, a donedávna se 90 % surovin pro výrobu dováželo.

Tak, výroba plastů vyztužených uhlíkovými vlákny v Rusku se právě začala rozvíjet, zatímco například Čína je jedním z předních výrobců kompozitů. Nové materiály, na jejichž vzniku se podíleli i ruští vědci, jsou založeny především na využití nanočástic.

Kompozitní materiály se používají v konstrukci letadel pro výrobu některých součástí motorů a nosných konstrukcí letadel. Vesmírný průmysl je využívá k výrobě nosných a plášťových konstrukcí pro rakety a satelity, které při vstupu na oběžnou dráhu zažívají silné zahřívání. Automobilový průmysl používá kompozit pro výrobu karoserií a nárazníků. Těžební průmysl používá CM jako materiál pro vrtáky. Stavebnictví využívá CM pro stavbu mostních prvků a dalších výškových konstrukcí.

Hlavním předpokladem v různých odvětvích strojírenství je odlehčení vlastní hmotnosti automobilů a speciálního vybavení, všech druhů vozidel: až 70 % součástí je nekovový materiál. Samonivelační podlaha (licí podlahy), stejně jako licí schody, zahrnuje použití kompozitu, ve kterém je před reakcí se vzduchem polotekutá, případně sirupová látka. Tento kompozit lze snadno aplikovat na betonový podklad pomocí epoxidového lepidla, ve kterém je rozpuštěný základní plnivo.

Výpočet proveditelnosti použití CM je založen na nejdůležitějším parametru – efektivitě použití vhodných technologií. Kovové a nekovové matrice při výrobě složitějšího kompozitu lze kombinovat v různém pořadí. Jako příklad lze uvést cyklistickou pneumatiku, v jejímž běžeckém pásu je použito několik vrstev výztužných vláken: nylon, kevlar, tenký ocelový drát a směs, které umožňují zvýšit počet ochranných linií. Díky těmto technologiím cyklisté „nechytají“ trny a kusy skla, drátu, pohybují se po kraji silnice bez asfaltu, polních cest a kamenitých cest.

Taková pneumatika ujede ne jeden, ale ne méně než dvacet tisíc kilometrů, než se opotřebuje natolik, že její proražení se přesto stane častým jevem. Výpočet nákladů na jednu takovou pneumatiku, při které se tato cenovka může zvýšit 10krát nebo více, vám umožní těžit z malého obecného snížení ceny, aniž byste museli až 10krát měnit podobné pneumatiky (tento faktor se považuje za strávený čas o opravách) - při absolvování všech stejných 20 000 km na stejných pneumatikách.

Pneumatiky pro jízdní kola jsou v tomto případě jakýmsi multikompozitem, kde je použito několik zlepšujících vrstev (matrice), nikoli jedna. Výpočet výroby konkrétního typu kompozitního materiálu vychází z formy, v jaké je použit. Výztužné vměstky se používají jako nitě, pásky, tenké tkaniny, vláknité nebo lanové komponenty. Množství tvrdidla v materiálu podle objemu a hmotnosti je 30-80% v závislosti na účelu konkrétního typu kompozitu.