Tutto sul composito

Gli analoghi più semplici di un composito che vengono in mente per un principiante sono i waffle di pasticceria e il compensato di legno. Nel primo caso, tra le torte si trova un ripieno cremoso con proiezioni di maglie. La seconda opzione è costituita da strati di fibra disposti perpendicolarmente, che sono impregnati di una composizione adesiva.

Il composito è una combinazione di strati di materiali dissimili e diversi che differiscono per una serie di proprietà fisiche, tecnologiche e meccaniche. Uno dei requisiti principali è la neutralità, fornita da una significativa somiglianza nelle proprietà chimiche degli strati utilizzati. Tecnologiche e meccaniche, nonché una serie di proprietà fisiche del composito risultante differiscono dagli analoghi parametri iniziali di ciascuno degli strati separatamente.

Esistono solo due tipi di intercalari in un materiale composito: una matrice con celle e un riempitivo. L'analogo costruttivo più semplice del composito è il cemento armato, formato da un telaio in acciaio, lo spazio all'interno del quale (e in parte all'esterno di esso) è riempito con getto di calcestruzzo, che si è indurito e ha acquisito forza entro un mese dalla data di versamento della soluzione concreta .

Strutturalmente, i materiali compositi sono fibroso, indurito per dispersione, parzialmente indurito (da non confondere con l'indurimento parziale, menzionato nel senso di qualche miglioramento dei parametri di composizione) e nanometrico.

Esempi di materiali compositi.

• Carta da bollo per denaro e documenti contenenti peli sintetici che aumentano la resistenza alla trazione e all'abrasione. Sono anche uno dei tanti indicatori di una contraffazione di biglietti.
• Mattoni in argilla con paglia inclusa. Il mattone di adobe guadagna una certa resistenza alla fessurazione.
• Adesivo epossidico con polvere di metallo o legno. Quest'ultimo viene introdotto nella composizione per risparmiare resina epossidica.
• Carbonio che si rompe negli impatti multidirezionali. Non si incrina solo quando urti e vibrazioni coincidono nel vettore del loro impatto con la direzione in cui si muove il ciclista. Se colpisci il telaio di una bicicletta in carbonio su qualsiasi oggetto, ad esempio un palo di cemento, la fibra di carbonio si frantumerà in frammenti.
• Triplex - strati di vetro sulle visiere anteriori e posteriori dell'auto, tenuti insieme da strati di celluloide. In caso di incidente si esclude la dispersione di un gran numero di frammenti a forma di cuneo, che spesso determina la perdita della vista del conducente coinvolto nell'incidente.

Così, il vetro blindato per veicoli di polizia e militari è costituito da tre o più strati di vetro temperato - può essere perforato solo con proiettili o proiettili perforanti. Il vetro blindato appartiene ai materiali compositi laminati. La varietà di sviluppi disponibili oggi divide il materiale composito in dozzine di tipi e varietà, ognuna delle quali è molto richiesta nel mercato dei servizi di costruzione e riparazione.

Così, ci sono specchio, riempimento, quarzo e altri materiali compositi progettati per applicazioni specifiche. Le caratteristiche di ciascuna di queste specie differiscono l'una dall'altra. Ad esempio, i nanocompositi e i microcompositi privi di polimeri non bruciano.Sono carbonizzati solo se riscaldati ad almeno centinaia di gradi Celsius, il che semplifica il loro utilizzo a temperature insolite per le condizioni ambientali.

I materiali compositi sono fabbricati secondo il seguente schema. Innanzitutto, il componente della matrice viene applicato alle fibre di rinforzo, quindi i nastri dell'ingrediente di rinforzo e la matrice stessa vengono formati utilizzando uno stampo a compressione. Il materiale risultante viene pressato, sinterizzato e alle fibre viene applicato un rivestimento aggiuntivo. Inoltre, il materiale secondario formato (la fase successiva) viene inviato per la ristampa, passa la fase di applicazione della matrice sotto forma di spruzzatura con l'aiuto del plasma. La terza spremitura - spremitura - è la fase finale. Pertanto, la compressione (pressatura) viene eseguita almeno tre volte.

I materiali compositi naturali sono leggeri, resistenti e all'avanguardia. Sono utilizzati principalmente per gli aerei, inclusi aeroplani e missili. I compositi semplici sono creati dalla natura stessa, ad esempio anelli degli alberi di legno, corteccia. I materiali compositi naturali creati dall'uomo sono mattoni di argilla, che contengono sabbia, blocchi di cemento-sabbia con l'aggiunta di segatura e altri.

La fibra di vetro è riconosciuta come una delle classiche fibre composite. È un nastro composito di plastica che si attacca a tutti i tipi di superfici. Questa matrice tiene in posizione i fili di fibra di vetro. Grazie ai filamenti di vetro così pressati, la robustezza di questo materiale è assicurata. La plastica è intrinsecamente morbida e flessibile, mentre il vetro è duro e fragile.

Combinando queste proprietà è possibile ottenere un materiale molto flessibile e allo stesso tempo solido in cui plastica e vetro si completano a vicenda. Il composito viene utilizzato per la fabbricazione di carrozzerie per auto e barche a motore. Il composito di vetro non arrugginisce né si ossida.

I materiali da costruzione più moderni apparsi molto più tardi contengono metallo, ceramica e / o polimero come sostanza principale. La classificazione di questi materiali tiene conto anche di additivi non metallici, come trucioli di legno o polvere. Il legno composito rinforzato con plastica, o pannello composito (e materiale in fogli realizzato con gli stessi ingredienti), viene utilizzato nella produzione di mobili e nella pavimentazione di verande o terrazze.

Il legno, frantumato e mescolato con un polimero fuso allo stato morbido, viene utilizzato come rivestimento del ponte indurito, sul quale è possibile camminare e persino spostare i mobili: il pannello o il foglio di plastica di legno non si rompono o si spezzano, essendo un materiale solido.

MDF - scatola o profilo pieno, che non utilizza resine sintetiche o plastiche, ma esclusivamente resine di origine naturale. Il legno frantumato in trucioli e polvere viene impregnato di questa sostanza e quindi passa attraverso le fasi di sinterizzazione e pressatura in forno. I prodotti comuni realizzati in MDF sono porte e laminati di alta qualità. Durante la sinterizzazione e l'indurimento della resina, polimerizzano: si forma un polimero naturale, in cui viene dissolta la polvere di legno (e vengono distribuiti i trucioli).

L'esempio più semplice è una lega di alluminio o magnesio rinforzata con fibra di carbonio. Ma l'alluminio può essere integrato con carburo di silicio e la composizione rame-nichel può essere integrata con grafene, un sottotipo di fibra di carbonio.I materiali compositi con una matrice metallica sono resistenti, hanno una rigidità accettabile per risolvere la maggior parte dei problemi, sono resistenti all'usura, resistenti all'ossidazione e hanno una relativa leggerezza rispetto ai prodotti interamente in metallo.

Sono costosi e difficili da elaborare. Ad esempio, gli elementi del pistone per i motori a combustione interna diesel sono realizzati con compositi moderni. Il rivestimento composito per la facciata è realizzato in lamiera di alluminio, tra gli strati di cui viene versata la plastica. La colorazione aiuta a dare un colore diverso a tale finitura.

Invece del metallo, il materiale principale nel composito ceramico, come puoi immaginare, è la ceramica. Ad esempio, come questo elemento viene utilizzato vetro contenente boro a base di inclusioni di silicato. Serve come componente della matrice secondaria ed è rinforzato con fibre di carbonio o inclusioni ceramiche, nel ruolo di cui viene utilizzato il carburo di silicio. Il composito ceramico consente, ad esempio, di far fronte alla fragilità della ceramica solida, creando un caratteristico rinforzo per superare il fenomeno del kink cracking.

Il composito di carbonio-carburo è uno dei prodotti più richiesti sul mercato dei materiali compositi., che consente di ottenere una composizione che anticipa la fibra di carbonio e il composito in termini di caratteristiche di resistenza e un indicatore dell'affidabilità dei pezzi realizzati con tale sostanza. Tale composito viene utilizzato, ad esempio, nella produzione di parti per un sistema di frenatura e frizione per autoveicoli.

Oggi non si ferma lo sviluppo di materiali più moderni, che sostituirebbero quelli che sono già penetrati nel mercato, che ne fa decine di migliaia di tipi di prodotti. Così, le dimensioni delle fibre di rinforzo nella nanotecnologia sono 1000 volte inferiori rispetto ai loro predecessori più lunghi. Uno dei materiali del futuro sono i nanotubi di carbonio, dai quali vengono realizzate, ad esempio, le mazze da hockey. In questo esempio, la fibra di nanocarbonio è rivestita con un materiale composito di nichel-cobalto. Questa mazza è quasi tre volte più forte e un quinto più esente da attorcigliamenti e senza crepe rispetto a un prodotto simile in lega di acciaio.

I materiali compositi induriti per dispersione sono classificati come nanomateriali in cui la lunghezza delle fibre principali è portata ad un valore di 100 nm. Ma negli ultimi anni, dieci nanoparticelle si sono ridotte in lunghezza a 10 nm: un approccio simile viene utilizzato, ad esempio, nei semiconduttori e nei conduttori che formano un cristallo di un microprocessore, microcontrollore o microcircuiti che formano una memoria elettronica. Standard rigorosi vengono applicati a travi e pannelli compositi: ad esempio, la rigidità (modulo di Young) deve essere di almeno 130 gigapascal, i materiali devono resistere all'usura da fatica ed essere dimensionalmente stabili. L'obiettivo è risolvere tutti questi problemi contemporaneamente. Svantaggi: costi elevati dovuti all'aumento del carico ad alta intensità di conoscenza nello sviluppo, nell'implementazione e nell'applicazione pratica di questi materiali.

Il mercato russo per la produzione di CM rappresenta solo il 3% delle forniture di esportazione a livello globale. Ciò è dovuto alla mancanza di documenti normativi uniformi che semplificano la produzione di materiali da costruzione compositi e fino a poco tempo fa importava il 90% delle materie prime per la produzione.

Così, la produzione di plastica rinforzata con fibra di carbonio in Russia ha appena iniziato a svilupparsi, mentre, ad esempio, la Cina è uno dei principali produttori di compositi. Nuovi materiali, alla cui creazione hanno partecipato anche scienziati russi, si basano principalmente sull'uso di nanoparticelle.

I materiali compositi sono utilizzati nella costruzione di aeromobili per la produzione di alcuni componenti di motori e strutture portanti di aeromobili. Le industrie spaziali li utilizzano per la produzione di strutture portanti e di rivestimento per razzi e satelliti, che subiscono un forte riscaldamento quando entrano in orbita. L'industria automobilistica utilizza il composito per la produzione di carrozzeria e paraurti. L'industria mineraria utilizza il CM come materiale per le trivelle. L'ingegneria civile utilizza CM per la costruzione di elementi di ponti e altre strutture a molti piani.

Il prerequisito principale in diversi rami dell'ingegneria meccanica è l'alleggerimento del peso morto di auto e attrezzature speciali, tutti i tipi di veicoli: fino al 70% dei componenti sono materiali non metallici. Un pavimento autolivellante (pavimenti versanti), oltre alle scale versanti, prevede l'uso di un composito, in cui, prima di reagire con l'aria, è presente una sostanza semiliquida, possibilmente sciropposa. Questo composito può essere facilmente applicato al sottofondo in calcestruzzo utilizzando una colla epossidica in cui è sciolto il riempitivo di base.

Il calcolo della fattibilità dell'utilizzo di CM si basa sul parametro più importante: l'efficacia dell'uso di tecnologie appropriate. Le matrici metalliche e non metalliche nella produzione di un composito più complesso possono essere combinate in una sequenza diversa. Ad esempio, un pneumatico da bicicletta, in un tapis roulant di cui vengono utilizzati diversi strati di fibra di rinforzo: nylon, kevlar, filo di acciaio sottile e mescola, che consentono di aumentare il numero di linee di protezione. Grazie a queste tecnologie, i ciclisti non "afferrano" spine e pezzi di vetro, filo, spostandosi lungo il ciglio della strada senza asfalto, strade sterrate e strade sassose.

Un pneumatico del genere non percorrerà uno, ma non meno di ventimila chilometri prima di consumarsi così tanto che le sue forature diventeranno comunque un evento frequente. Il calcolo del costo di uno di questi pneumatici, al quale questo prezzo può aumentare di 10 volte o più, consente di beneficiare di una piccola riduzione generale del prezzo, senza cambiare pneumatici simili fino a 10 volte (questo fattore è considerato come un tempo speso sulle manipolazioni di riparazione) - quando si passano tutti quegli stessi 20.000 km sugli stessi pneumatici.

In questo caso, i pneumatici per biciclette sono una sorta di multi-composito, in cui vengono utilizzati diversi strati di miglioramento (matrici) e non uno. Il calcolo della produzione di un particolare tipo di materiale composito si basa sulla forma in cui viene utilizzato. Le inclusioni di rinforzo vengono utilizzate come fili, nastri, tessuto sottile, componente fibroso o di corda. La quantità di indurente nel materiale in volume e in peso è del 30-80%, a seconda dello scopo di un particolare tipo di composito.