Materiale compozite: istorie, compoziție, aplicare
Bazat pe Wikipedia
Material compozit, numit, de asemenea, un compozit sau un material compozit - creat artificial material solid neomogen constând din două sau mai multe componente diferite proprietăți fizice și chimice care rămân separate, la nivel macroscopic în structura finală.
Comportamentul mecanic al compozitului este determinat de relația dintre proprietățile elementelor de armare și matrice, precum și de rezistența legăturii dintre ele. Eficiența și eficiența materialului depind de alegerea corectă a componentelor originale și a tehnologiei de aliniere a acestora, concepute astfel încât să asigure o legătură puternică între componente, menținând în același timp caracteristicile originale.
Cel mai primitiv material compozit sunt cărămizile din argilă și paie, care au fost folosite în construcții chiar și în Egiptul antic. Navele spațiale sunt exemple ale celor mai avansate compozite care pot rezista în medii extreme. Cel mai obișnuit compozit este betonul asfaltic sau cimentul cu armătură din oțel. Îl putem întâlni și în bucătărie, unde blaturile sunt fabricate din material compozit, cu așchii de granit sau marmură.
Ce este un material compozit
Materialul matricei înconjoară și fixează materialul de ranforsare, dând produsului o formă. Substanța de întărire își transferă proprietățile mecanice și fizice în produs și astfel sporește proprietățile matricei. Această relație vă permite să creați un material mai avansat cu un set de proprietăți care nu sunt disponibile fiecărui material inclus în compoziția sa separat. O gamă largă de materiale de întărire și matrice permite crearea unui material cu proprietățile care corespund scopului produsului.
Pentru a modela materialul compozit, se utilizează o unealtă. Materialul matricei este plasat în sculă împreună cu materialul de armare. Apoi, matricea se solidifică, creând astfel forma articolului. În funcție de materialul folosit ca matrice, acest proces se numește polimerizare chimică sau setare.
Termenul "material compozit" este folosit cel mai adesea pentru compozite pe bază de matrice sau rășini polimerice. Polimerii sunt foarte diverse, suntem interesați de mai multe specii (denumite substanțele cheie titlu în compoziția lor.) - epoxi, poliester, vinilester, fenolic, polipropilenă, etc. Ca armare materiale sunt fibre și solide cele mai comune. O mare influență asupra proprietăților materialului compozit este raportul final al matricei și fibrelor de armare. Cu cât este mai mică rășina din produs, cu atât produsul este mai puternic. Îmbunătățirea tehnologiei în zona de turnare are drept scop obținerea proporțiilor ideale de componente din material.
Metode de turnare a produselor din materiale compozite
În procesul de producție, numit turnare, produsele constitutive, materialul de armare și matricea sunt combinate și se dă o formă. Forma părții este neschimbată, cu excepția cazurilor de influențe distructive. Pentru materialele cu matrice de polimer termosetat, procesul de turnare este o reacție chimică de întărire. Pentru matricele de polimeri termoplastici, procesul de turnare trebuie să se solidifice din starea topită. În mod tipic, procedeul se efectuează la temperatura camerei și presiune normală.
Formarea manuală sau de contact, ca metodă cea mai comună și mai ieftină de a crea un laminat, are o serie de dezavantaje serioase:
- o cantitate mare de rășină în produs, ceea ce duce la fragilitatea acestuia
- dificultatea obținerii unor proporții ideale de matrice și material de armare
- Grosimea inegală a laminatului și a capcanelor de aer din interior
Toate acestea conduc la faptul că produsul devine fragil, instabil, greu, incapabil să reziste încărcărilor mecanice. Capcanele de aer din interiorul laminatului încep să-l distrugă din interior. Tehnicile avansate de turnare elimină unele sau toate dezavantajele modelării manuale, aici sunt unele dintre ele.
Formarea prin vid
În acest proces, se utilizează o sculă deschisă, în care sunt așezate componentele materialului compozit. Pe partea de sus, sculele sunt închise cu o peliculă de plastic (sac de vid) sau o membrană din silicon. Apoi se aplică un vacuum. Procesul poate avea loc la temperatura camerei sau la temperaturi ridicate și la presiune atmosferică. Variațiile acestei tehnologii utilizează presiunea aerului sau a vaporilor din exteriorul filmului (membrana).
Vacuum infuzie (impregnarea prin vid)
Procesul de perfuzie cu vid este o tehnică care folosește forța de presiune de vid pentru a introduce rășina în laminat. Materialele viitorului compozit sunt așezate într-o formă uscată în unelte, apoi este aplicat un vacuum înainte de introducerea rășinii. De îndată ce se atinge presiunea de vid, rășina este aspirată în laminat prin tuburi speciale. În acest proces se utilizează un set de materiale și unelte auxiliare.
RTM (turnare prin transfer de rășină) Injectarea într-o matriță închisă
RTM - metoda de producție a produselor mijlocii. În acest procedeu, lianții sunt injectați într-o matriță închisă care conține deja un material de armare uscat. Produsele formate prin metoda RTM au două laturi netede și o formă și o dimensiune precis susținută. Variațiile tehnologiei folosesc vid sau presiune pentru a injecta rășina. Procesul poate fi efectuat la temperatura camerei sau la temperaturi ridicate.
Alte specii, cum ar fi pultruziune, bobinării, laminat SMC (Sheet Molding Compus), DMC (Bulk Molding Compus), laminat deschis (turnare de contact și spray), nu vom discuta în detaliu modul specific.
Materialele compozite au câștigat în popularitate, în ciuda costurilor ridicate, în industriile în care proprietățile mecanice trebuie să fie combinate cu greutate redusă și capacitatea de a rezista la sarcini ridicate. Cele mai frecvent menționate componente aerospațiale (cozi, aripi, fuselaj, elice), corpul și hidrobiciclete, caroserii, cadre de bicicletă, tije de pescuit. Aripile și fuzelajul noului Boeing 787 Dreamliner mai mult de 50% sunt realizate din materiale compozite.