เกี่ยวกับคอมโพสิท

คอมโพสิทที่คล้ายคลึงกันที่ง่ายที่สุดสำหรับผู้เริ่มต้นคือวาฟเฟิลขนมและไม้อัดไม้ ในกรณีแรกไส้ครีมจะอยู่ระหว่างเค้กที่มีโครงตาข่าย ตัวเลือกที่สองคือการจัดเรียงชั้นของเส้นใยในแนวตั้งฉากซึ่งชุบด้วยองค์ประกอบกาว

คอมโพสิตคือการรวมกันของชั้นของวัสดุที่แตกต่างกันและแตกต่างกันซึ่งมีคุณสมบัติทางกายภาพ เทคโนโลยี และทางกลที่แตกต่างกัน ข้อกำหนดหลักประการหนึ่งคือความเป็นกลางโดยมีความคล้ายคลึงกันอย่างมีนัยสำคัญในคุณสมบัติทางเคมีของชั้นที่ใช้ เทคโนโลยีและกลไกตลอดจนคุณสมบัติทางกายภาพจำนวนหนึ่งของคอมโพสิตที่ได้นั้นแตกต่างจากพารามิเตอร์เริ่มต้นที่คล้ายคลึงกันของแต่ละชั้นแยกจากกัน

วัสดุผสมมีเพียงสองประเภทเท่านั้น: เมทริกซ์ที่มีเซลล์และสารตัวเติม อะนาล็อกการก่อสร้างที่ง่ายที่สุดของคอมโพสิตคือคอนกรีตเสริมเหล็กซึ่งเกิดจากโครงเหล็กพื้นที่ภายในซึ่งเต็มไปด้วยเทคอนกรีต (และบางส่วนด้านนอก) ซึ่งแข็งตัวและได้รับความแข็งแรงภายในหนึ่งเดือนนับจากวันที่เทสารละลายคอนกรีต .

โครงสร้างวัสดุคอมโพสิตคือ เป็นเส้น, แข็งกระจาย, ชุบแข็งบางส่วน (เพื่อไม่ให้สับสนกับการชุบแข็งบางส่วน ที่กล่าวถึงในแง่ของการปรับปรุงพารามิเตอร์องค์ประกอบบางส่วน) และ นาโนเมตร.

ตัวอย่างวัสดุคอมโพสิต

• กระดาษแสตมป์สำหรับเงินและเอกสารที่มีขนสังเคราะห์ที่เพิ่มความต้านทานแรงดึงและการเสียดสี พวกเขายังเป็นหนึ่งในตัวบ่งชี้มากมายของการปลอมแปลงตั๋ว
• อิฐดินเผาพร้อมฟาง อิฐอะโดบีมีความทนทานต่อการแตกร้าว
• กาวอีพ็อกซี่ด้วยผงโลหะหรือไม้ ส่วนหลังถูกนำมาใช้ในองค์ประกอบเพื่อประหยัดอีพอกซีเรซิน
• คาร์บอนที่แตกออกเป็นหลายทิศทาง มันไม่แตกก็ต่อเมื่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนเกิดขึ้นพร้อมกันในเวกเตอร์ของการกระแทกกับทิศทางที่นักปั่นจักรยานกำลังเคลื่อนที่ หากคุณตีโครงจักรยานคาร์บอนให้แบนบนวัตถุใดๆ เช่น เสาคอนกรีต เส้นใยคาร์บอนจะแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย
• Triplex - ชั้นกระจกที่กระบังหน้าและด้านหลังของรถ ยึดเข้าด้วยกันด้วยชั้นเซลลูลอยด์ ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ การกระจัดกระจายของชิ้นส่วนรูปลิ่มจำนวนมากจะถูกแยกออกจากกัน ซึ่งมักส่งผลให้สูญเสียการมองเห็นของผู้ขับขี่ที่เกี่ยวข้องกับอุบัติเหตุ

ดังนั้น, กระจกหุ้มเกราะสำหรับรถตำรวจและทหาร ทำจากกระจกเทมเปอร์สามชั้นขึ้นไป - เจาะได้เฉพาะกระสุนหรือกระสุนเจาะเกราะเท่านั้น กระจกหุ้มเกราะเป็นของวัสดุคอมโพสิตลามิเนต การพัฒนาที่หลากหลายในปัจจุบันได้แบ่งวัสดุคอมโพสิตออกเป็นหลายสิบประเภทและหลากหลาย ซึ่งแต่ละประเภทเป็นที่ต้องการอย่างมากในตลาดสำหรับบริการก่อสร้างและซ่อมแซม

ดังนั้น, มีกระจก ไส้ ควอตซ์ และวัสดุคอมโพสิตอื่น ๆ ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานเฉพาะ ลักษณะของแต่ละสายพันธุ์เหล่านี้แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น นาโนและไมโครคอมโพสิทที่ปราศจากโพลีเมอร์จะไม่เกิดการเผาไหม้พวกมันจะไหม้เกรียมเมื่อถูกความร้อนอย่างน้อยหลายร้อยองศาเซลเซียสเท่านั้น ซึ่งทำให้การใช้งานที่อุณหภูมิไม่ปกติสำหรับสภาพห้องง่ายขึ้น

วัสดุคอมโพสิตผลิตขึ้นตามรูปแบบต่อไปนี้ ขั้นแรก ส่วนประกอบเมทริกซ์ถูกนำไปใช้กับเส้นใยเสริมแรง จากนั้นริบบอนของส่วนผสมเสริมแรงและเมทริกซ์เองจะถูกสร้างขึ้นโดยใช้แม่พิมพ์อัด วัสดุที่ได้จะถูกกดออก เผา และเคลือบเพิ่มเติมกับเส้นใย นอกจากนี้วัสดุรองที่เกิดขึ้น (ขั้นตอนต่อไป) จะถูกส่งไปกดใหม่ผ่านขั้นตอนของการใช้เมทริกซ์ในรูปแบบของการฉีดพ่นด้วยความช่วยเหลือของพลาสมา การกดครั้งที่สาม - การบีบ - เป็นขั้นตอนสุดท้าย ดังนั้นการบีบอัด (กด) จะดำเนินการอย่างน้อยสามครั้ง

วัสดุคอมโพสิตธรรมชาติมีน้ำหนักเบา ทนทาน และล้ำสมัย ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับเครื่องบิน รวมทั้งเครื่องบินและขีปนาวุธ คอมโพสิตที่ไม่ซับซ้อนถูกสร้างขึ้นโดยธรรมชาติเช่นวงแหวนไม้เปลือกไม้ วัสดุผสมจากธรรมชาติที่มนุษย์สร้างขึ้น ได้แก่ อิฐดินเหนียว ซึ่งประกอบด้วยทราย บล็อกซีเมนต์-ทรายที่เติมขี้เลื่อย และอื่นๆ

ไฟเบอร์กลาสได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในเส้นใยคอมโพสิตแบบคลาสสิก เป็นเทปพลาสติกคอมโพสิตที่ยึดติดกับพื้นผิวทุกประเภท เมทริกซ์นี้ยึดเส้นใยไฟเบอร์กลาสเข้าที่ ด้วยเส้นใยแก้วที่กดด้วยวิธีนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงความแข็งแรงของวัสดุนี้ พลาสติกมีความนุ่มและยืดหยุ่นโดยธรรมชาติ ในขณะที่แก้วนั้นแข็งและเปราะ

เมื่อรวมคุณสมบัติเหล่านี้เข้าด้วยกัน เป็นไปได้ที่จะได้วัสดุแข็งที่มีความยืดหยุ่นสูงและในขณะเดียวกันซึ่งพลาสติกและแก้วเป็นส่วนเสริมซึ่งกันและกัน คอมโพสิตนี้ใช้ในการผลิตตัวถังสำหรับรถยนต์และเรือยนต์ คอมโพสิตแก้วไม่เป็นสนิมหรือออกซิไดซ์

วัสดุก่อสร้างที่ทันสมัยกว่าที่ปรากฏในเวลาต่อมาประกอบด้วยโลหะ เซรามิก และ/หรือพอลิเมอร์เป็นสารหลัก การจำแนกประเภทของวัสดุเหล่านี้ยังคำนึงถึงสารเติมแต่งที่ไม่ใช่โลหะ เช่น เศษไม้หรือฝุ่น คอมโพสิตไม้เสริมพลาสติกหรือแผ่นคอมโพสิต (และวัสดุแผ่นที่ทำจากส่วนผสมเดียวกัน) ใช้ในการผลิตเฟอร์นิเจอร์และระเบียงหรือพื้นดาดฟ้า

ไม้ที่บดและผสมกับพอลิเมอร์ที่หลอมให้อ่อนตัวถูกใช้เป็นแผ่นปิดแข็งซึ่งคุณสามารถเดินและเคลื่อนย้ายเฟอร์นิเจอร์ได้: ไม้กระดานหรือแผ่นพลาสติกจะไม่แตกหรือแตกเป็นวัสดุแข็ง

MDF - กล่องหรือโปรไฟล์ที่เป็นของแข็งซึ่งไม่ใช้เรซินสังเคราะห์หรือพลาสติก แต่เป็นเรซินที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติเท่านั้น ไม้ที่บดเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยและฝุ่นจะชุบด้วยสารนี้แล้วผ่านขั้นตอนการเผาผนึกและกดในเตาอบ ผลิตภัณฑ์ทั่วไปที่ทำจากไม้เอ็มดีเอฟคือบานประตูและลามิเนตคุณภาพสูง ในระหว่างการเผาผนึกและการชุบแข็งของเรซิน พวกมันจะเกิดพอลิเมอร์ - โพลีเมอร์ธรรมชาติจะก่อตัวขึ้น ซึ่งฝุ่นไม้จะละลาย (และกระจายเศษ)

ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดคืออลูมิเนียมหรือแมกนีเซียมอัลลอยด์ที่เสริมด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ แต่อะลูมิเนียมสามารถเสริมด้วยซิลิกอนคาร์ไบด์ และองค์ประกอบทองแดง-นิกเกิลสามารถเสริมด้วยกราฟีน ซึ่งเป็นชนิดย่อยของเส้นใยคาร์บอนวัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะมีความแข็งแรง มีความแข็งแกร่งที่ยอมรับได้สำหรับการแก้ปัญหาส่วนใหญ่ ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการเกิดออกซิเดชัน และมีความเบาเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์โลหะทั้งหมด

มีราคาแพงและยากต่อการประมวลผล ตัวอย่างเช่น ส่วนประกอบลูกสูบสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในดีเซลทำจากคอมโพสิตที่ทันสมัย ผนังคอมโพสิตสำหรับซุ้มทำจากแผ่นอลูมิเนียมระหว่างชั้นที่เทพลาสติก การย้อมสีช่วยให้สีตกต่างกัน

แทนที่จะเป็นโลหะ วัสดุหลักในคอมโพสิตเซรามิกอย่างที่คุณเดาคือเซรามิก ตัวอย่างเช่น แก้วที่ประกอบด้วยโบรอนที่ประกอบด้วยซิลิเกตเป็นองค์ประกอบนี้ มันทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบเมทริกซ์ทุติยภูมิและเสริมด้วยคาร์บอนไฟเบอร์หรือการรวมเซรามิกในบทบาทของซิลิกอนคาร์ไบด์ เซรามิกคอมโพสิตช่วยให้สามารถรับมือกับความเปราะบางของเซรามิกแข็งได้ เช่น การสร้างการเสริมแรงที่มีลักษณะเฉพาะเพื่อเอาชนะปรากฏการณ์การแตกของหงิกงอ

คอมโพสิตคาร์บอนคาร์ไบด์เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดในตลาดสำหรับวัสดุคอมโพสิตซึ่งทำให้ได้องค์ประกอบที่ล้ำหน้ากว่าคาร์บอนไฟเบอร์และคอมโพสิตในแง่ของลักษณะความแข็งแรงและตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือของชิ้นงานที่ทำจากสารดังกล่าว คอมโพสิตดังกล่าวใช้ในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับระบบเบรกและคลัตช์ในรถยนต์

ทุกวันนี้ การพัฒนาวัสดุที่ทันสมัยไม่หยุดนิ่ง ซึ่งจะมาแทนที่วัสดุที่เจาะตลาดไปแล้วซึ่งมีผลิตภัณฑ์นับหมื่นประเภทที่ทำมาจากวัสดุดังกล่าว ดังนั้น, ขนาดของเส้นใยเสริมแรงในนาโนเทคโนโลยีมีขนาดเล็กกว่ารุ่นก่อนถึง 1,000 เท่า หนึ่งในวัสดุแห่งอนาคตคือท่อนาโนคาร์บอนซึ่งทำมาจากไม้ฮอกกี้ ในตัวอย่างนี้ เส้นใยนาโนคาร์บอนเคลือบด้วยวัสดุผสมนิกเกิล-โคบอลต์ ไม้กอล์ฟนี้มีความแข็งแรงเกือบสามเท่าและปราศจากการหักงอมากกว่าหนึ่งในห้าโดยไม่มีการแตกร้าว เมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกันที่ทำจากโลหะผสมเหล็ก

วัสดุคอมโพสิตที่ชุบแข็งแบบกระจายจัดเป็นวัสดุนาโน โดยนำความยาวของเส้นใยหลักมาไว้ที่ 100 นาโนเมตร แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อนุภาคนาโน 10 ตัวได้หดความยาวลงเหลือ 10 นาโนเมตร ซึ่งใช้วิธีที่คล้ายกัน เช่น ในเซมิคอนดักเตอร์และตัวนำที่ก่อตัวเป็นผลึกของไมโครโปรเซสเซอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือไมโครเซอร์กิตที่สร้างหน่วยความจำอิเล็กทรอนิกส์ มีการใช้มาตรฐานที่กำหนดอย่างเข้มงวดกับคานและแผงคอมโพสิต เช่น ความแข็ง (โมดูลัสของ Young) ต้องมีอย่างน้อย 130 กิกะปาสกาล วัสดุต้องต้านทานการสึกหรอเมื่อยล้า และมีความเสถียรในมิติ เป้าหมายคือการแก้ปัญหาเหล่านี้ทั้งหมดในเวลาเดียวกัน ข้อเสีย - ค่าใช้จ่ายสูงเนื่องจากภาระความรู้ที่เพิ่มขึ้นในการพัฒนา การใช้งาน และการใช้งานจริงของวัสดุเหล่านี้

ตลาดรัสเซียสำหรับการผลิต CM ทำเพียง 3% ของการส่งออกในระดับโลก เนื่องจากขาดเอกสารกำกับดูแลที่สม่ำเสมอซึ่งทำให้การผลิตวัสดุก่อสร้างคอมโพสิตง่ายขึ้น และจนกระทั่งเมื่อเร็วๆ นี้ 90% ของวัตถุดิบสำหรับการผลิตถูกนำเข้า

ดังนั้น, การผลิตพลาสติกเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ในรัสเซียเพิ่งเริ่มพัฒนา ในขณะที่จีนเป็นหนึ่งในผู้ผลิตคอมโพสิตชั้นนำ วัสดุใหม่ในการสร้างซึ่งนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียมีส่วนร่วมนั้นขึ้นอยู่กับการใช้อนุภาคนาโนเป็นหลัก

วัสดุคอมโพสิตถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างเครื่องบินสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องยนต์และโครงสร้างรับน้ำหนักของเครื่องบิน อุตสาหกรรมอวกาศใช้สำหรับการผลิตโครงสร้างรับน้ำหนักและหุ้มสำหรับจรวดและดาวเทียม ซึ่งได้รับความร้อนสูงเมื่อเข้าสู่วงโคจร อุตสาหกรรมยานยนต์ใช้วัสดุคอมโพสิตสำหรับตัวถังและกันชน อุตสาหกรรมเหมืองแร่ใช้ CM เป็นวัสดุสำหรับการฝึกซ้อม วิศวกรรมโยธาใช้ CM ในการสร้างองค์ประกอบสำหรับสะพานและโครงสร้างสูงอื่นๆ

ข้อกำหนดเบื้องต้นหลักในสาขาต่างๆ ของวิศวกรรมเครื่องกลคือการลดน้ำหนักของรถยนต์และอุปกรณ์พิเศษ ยานพาหนะทุกประเภท: ส่วนประกอบมากถึง 70% เป็นวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ พื้นปรับระดับตัวเอง (พื้นเท) เช่นเดียวกับบันไดเท เกี่ยวข้องกับการใช้คอมโพสิตซึ่งก่อนที่มันจะทำปฏิกิริยากับอากาศจะมีสารกึ่งของเหลวซึ่งอาจเป็นน้ำเชื่อม คอมโพสิตนี้สามารถนำไปใช้กับพื้นคอนกรีตย่อยได้อย่างง่ายดายโดยใช้กาวอีพ็อกซี่ซึ่งสารตัวเติมฐานจะละลาย

การคำนวณความเป็นไปได้ของการใช้ CM ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุด - ประสิทธิผลของการใช้เทคโนโลยีที่เหมาะสม เมทริกซ์โลหะและอโลหะในการผลิตคอมโพสิตที่ซับซ้อนมากขึ้นสามารถรวมกันในลำดับที่ต่างกันได้ ตัวอย่างเช่น ยางรถจักรยานในลู่วิ่งซึ่งใช้เส้นใยเสริมแรงหลายชั้น ได้แก่ ไนลอน เคฟลาร์ ลวดเหล็กบาง และสารประกอบ ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มจำนวนเส้นป้องกันได้ ด้วยเทคโนโลยีเหล่านี้ นักปั่นจักรยานจะไม่ "คว้า" หนามและเศษแก้ว ลวด เคลื่อนตัวไปตามถนนโดยไม่มียางมะตอย ถนนลูกรัง และถนนที่เป็นหิน

ยางดังกล่าวจะไม่ไปหนึ่งเส้น แต่ไม่น้อยกว่าสองหมื่นกิโลเมตรก่อนที่ยางจะสึกมากจนการเจาะของมันจะกลายเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง การคำนวณต้นทุนของยางดังกล่าวหนึ่งเส้นซึ่งป้ายราคานี้สามารถเพิ่มขึ้นได้ 10 เท่าขึ้นไป ช่วยให้คุณได้รับประโยชน์จากการลดราคาทั่วไปเล็กน้อย โดยไม่ต้องเปลี่ยนยางที่คล้ายกันมากถึง 10 เท่า (ปัจจัยนี้ถือเป็นเวลาที่ใช้ไป ในการซ่อม) - เมื่อผ่าน 20,000 กม. เดียวกันทั้งหมดบนยางเดียวกัน

ในกรณีนี้ ยางรถจักรยานเป็นยางผสมหลายชั้น ซึ่งใช้ชั้นเสริมหลายชั้น (เมทริกซ์) ไม่ใช่ชั้นเดียว การคำนวณการผลิตวัสดุคอมโพสิตบางประเภทขึ้นอยู่กับรูปแบบที่ใช้ ส่วนประกอบเสริมแรงจะใช้เป็นเกลียว เทป ผ้าบาง เส้นใยหรือส่วนประกอบที่เป็นเชือก ปริมาณสารเพิ่มความแข็งในวัสดุโดยปริมาตรและโดยน้ำหนักคือ 30-80% ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของคอมโพสิตบางประเภท