Általános információk az összetett anyagokról
Összetett anyagok: történelem, összetétel, alkalmazás
Wikipedia alapján
Kompozit anyag, más néven egy összetett vagy kompozit anyagból - mesterségesen létrehozott inhomogén szilárd anyag, amely két vagy több komponens különböző fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek továbbra is külön makroszkopikus szinten a végső szerkezetben.
A mechanikai viselkedését a kompozit határozza meg a tulajdonságait a mátrix és az erősítő elemek, és a kötés erőssége között. Hatékonyságát és teljesítményét az anyag függ a helyes választás a kezdeti komponenseit és azok beállítási technológia célja, hogy egy erős kötés a komponensek között, miközben az eredeti tulajdonságaikat.
A legprimitívebb összetett anyag agyagból és szalmából készült téglák, amelyeket még az ókori Egyiptomban is használták. Az űrhajók példák a legfejlettebb kompozitokra, amelyek ellenállnak a szélsőséges környezetben végzett munkának. A leggyakoribb összetétel az aszfaltbeton vagy az acél megerősítésű cement. Találkozhatunk vele a konyhában is, ahol a munkalapok kompozit anyagból, gránitból vagy márvány lapkákból állnak.
Mi az összetett anyag?
A mátrix anyag körülveszi és rögzíti az erősítő anyagot, így a termék alakja. Az erősítő anyag mechanikai és fizikai tulajdonságait átadja a terméknek, ezáltal javítja a mátrix tulajdonságait. Ez a kapcsolat lehetővé teszi, hogy fejlettebb anyagokat hozzon létre olyan tulajdonságokkal, amelyek nem állnak rendelkezésre a kompozícióban szereplő anyagok mindegyikénél. Az erősítő és mátrixanyagok széles választéka lehetővé teszi olyan anyag létrehozását, amelynek tulajdonságai megfelelnek a termék céljának.
Az összetett anyag alakításához szerszámot használnak. A mátrixanyagot az eszközzel együtt az erősítőanyaggal helyezzük. Ezután a mátrix megszilárdul, ezáltal megteremti a cikk alakját. Attól függően, hogy milyen anyagot használnak mátrixként, ezt a folyamatot kémiai polimerizációnak vagy beállításnak nevezzük.
Az "összetett anyag" kifejezést leggyakrabban a polimer mátrixokon vagy gyantákon alapuló kompozitokra használják. A polimerek nagyon változatos, mi érdekli több faj (nevezzük a cím kulcsot anyagok azok összetétele.) - epoxi, poliészter, vinilészter, fenolos, polipropilén, stb Mivel erősítő anyagok leggyakoribb rost és szilárd anyagok. Az összetett anyag tulajdonságaira nagy hatással van a mátrix és az erősítő szálak végső aránya. Minél kisebb a gyanta a termékben, annál erősebb a termék. A technika fejlesztése a formázó területen az anyag komponensek ideális arányának elérését célozza.
A kompozit anyagokból készült termékek fröccsöntési módszerei
A gyártási folyamatban, nevezett formázásnak, az alkotó termékeknek, az erősítőanyagnak és a mátrixnak kombinálva van egy alakja. A rész alakja változatlan, kivéve a pusztító hatásokat. A hőre keményedő polimer mátrixanyagok esetében az öntési eljárás kémiai kikeményedési reakció. A hőre lágyuló polimer mátrixok esetében az öntési eljárás megszilárdul az olvadt állapotból. Jellemzően az eljárást szobahőmérsékleten és normálnyomáson végezzük.
A kézi vagy érintkező formázás, mint a laminátum létrehozásának legáltalánosabb és legkedvezőbb módja, számos komoly hátránnyal jár:
- nagy mennyiségű gyanta a termékben, ami a törékenységhez vezet
- a mátrix és az erősítőanyag ideális arányának elérésének nehézsége
- A rétegelt lemez egyenetlen vastagsága és a légcsatorna belsejében
Mindez arra a tényre vezet, hogy a termék törékennyé, instabilvá, nehéz, nem képes ellenállni a mechanikai terhelésnek. A laminátum belsejében lévő légcsapdák végül elkezdenek belülről elpusztítani. A fejlettebb formázási technikák kiküszöbölik a kézi formázás hátrányainak egy részét vagy mindegyikét, itt van néhány.
Vákuumformázás
Ebben a folyamatban nyílt szerszámot használnak, amelybe az összetett anyag összetevői vannak elhelyezve. A tetején a szerszámot műanyag fóliával (vákuumcsomaggal) vagy szilikon membrán zárja le. Ezután vákuumot alkalmaznak. Az eljárás szobahőmérsékleten vagy magas hőmérsékleten és atmoszferikus nyomáson történhet. Ennek a technikának a változatai a film (membrán) külsõ részébõl származó levegõ vagy gõznyomást növelik.
Vákuum infúzió (vákuum impregnálás)
A vákuum infúzió folyamata egy olyan eljárás, amely a vákuumos nyomás erejét alkalmazza a gyantának a laminátumba való behelyezésére. A jövő kompozit anyagai száraz formában vannak elhelyezve a szerszámban, majd vákuumot alkalmaznak a gyanta bevezetése előtt. Amint elérte a vákuumos nyomást, a gyantát speciális csövekbe szívják be a laminátumba. Ebben a folyamatban segédanyagokat és eszközöket használnak.
RTM (gyanta transzfer formázás) Befecskendezés zárt formába
RTM - közepes méretű termékek előállítási módja. Ebben a folyamatban a kötőanyagokat olyan zárt formába öntik be, amely már tartalmaz egy száraz erősítőanyagot. Az RTM eljárással előállított termékeknek két sima oldaluk és egy pontosan tartós alakjuk és méretük van. A technika változatai vákuumot vagy nyomást fejtenek ki a gyanta befecskendezésére. Az eljárást szobahőmérsékleten vagy emelt hőmérsékleten hajthatjuk végre.
Más fajok, mint például a pultrudálás, szál tekercselési, öntvény SMC (Sheet Molding vegyület), DMC (Bulk öntés vegyület), nyitott öntés (érintkező formázó és spray), nem fogjuk tárgyalni részletesen, hogyan specifikus.
Az összetett anyagok elnyerték népszerűségüket, annak ellenére, hogy magas költségekkel jártak olyan iparágakban, ahol a mechanikai tulajdonságokat össze kell egyeztetni az alacsony tömeggel és a nagy teherbírással. A leggyakrabban említett repüléstechnikai alkatrészek (farok, szárnyak, törzs, propellerek), a test és a kajakok, karosszériák, kerékpárváz, horgászbot. Az új Boeing 787 Dreamliner szárnya és törzse több mint 50% kompozit anyagból készült.