EN
Негізгі Құрама элементтері Материалдар
Матрица материалдарының құрама материалдардағы rolы
Құрама құрылымдарда матрицалық материалдар қосымша талшықтарды біріктіріп тұратын желім ретінде қызмет етеді, бүтіндіктің пішінін береді және материал бойынша күштерді таратуға көмектеседі. Бүгінгі таңда нарықта негізінен екі түрлі матрица бар: термореактивті және термопластикті нұсқалар. Мысалы, термореактивті матрицаларға жататын эпоксидті шайырларды алыңыз. Олар температураның жоғары болуына тұрақты болып қалады және химиялық заттарға төзімді, сондықтан кернеу өте күшті болатын жағдайларда өте жақсы жұмыс істейді. Екінші жағынан, термопластикті матрицалар бүркенішпен соққылағанда сынбай, майысады, сондықтан иіліп немесе соққыны жұтатын, бірақ толығымен сынбайтын бөлшектер үшін өте қолайлы. Машина бамперлері мен спорт құралдары туралы ойлаңыз, онда серпімділік қатты әрі құрғақ болғаннан гөрі жақсы болады.
Матрицалық материалдарды қарастырғанда эпоксидті шайыр мен полиэфирді көптеген салаларда қолданылатын негізгі материалдар ретінде ерекшелеуге болады. Эпоксидті шайыр өзінің жақсы жабысып тұру қасиетіне, кернеуге тұрақты болуына және температура өзгерістеріне төзімділігіне байланысты әмбебап материал ретінде кеңінен қолданыс тауып отыр. Сол себепті қауіпсіздік маңызды рөл атқаратын әуе және автомобиль өнеркәсібіндегі бөлшектерден бастап кеңінен таралған. Полиэфир шайырлары эпоксидке қарағанда арзанырақ болып келеді, бірақ механикалық қасиеттері жағынан да орташа нәтижелі болып табылады. Олар әсіресе қайықтар мен теңіз жағалауындағы құрылыстарда қолданылатын, коррозия мен бүлінуге қарсы қорғаныс қажет болатын шыныпластикалық өнімдерде кеңінен таралған. Матрицаның қандай түрі таңдалып алынғаны композиттің жалпы өнімділігінде маңызды рөл атқарады. Құрылыс материалдарынан бастап заманауи ғарыштық технологияларға дейінгі әртүрлі қолданыстарда өнімнің құны мен сапасын теңестіре отырып, осыны өндірушілер жақсы біледі.
Қосымша волоқтар: Карбон волоқ тканьден шығындағы стекло
Қоспа материалдарда күшейтіп беретін талшықтар механикалық қасиеттерді арттырып қана қоймай, сонымен қатар құрылымдық беріктікті қамтамасыз етеді. Мысалы, көміртегі талшықты мата өзінің салмағына қатысты тамаша беріктігімен ерекшеленеді, ұшақтар мен автомобильдер сияқты орындарда қажетті жеңіл, бірақ берік компоненттер жасауға жарамды. Қазіргі кезде көміртегі талшығын сатып алу нарығында көптеген нұсқалар бар. Тапсырыс бойынша жобаларды орындайтын жеке тұлғалардан бастап көптеген өндірістік секторларға дейін кеңінен қолжетімді болып табылады.
Шыны талшын әлі де көп назар аударады, өйткені олар салыстырмалы түрде арзан және механикалық жағынан орташа нәтиже көрсетеді. Біз оларды көміртегі талшынмен салыстырғанда, бағадағы айырмашылық әлдеқайда маңызды болып табылады, әсіресе шынының өзі орындалатын көрсеткіштер жағынан көміртегімен бәсекеге түсе алмайды. Көбінесе адамдар осы екеуінің арасында қандай таңдау жасайтынын өз жобасының қажеттілігі мен қаншалықты ақша жұмсауға болатындығына байланысты шешеді. Көміртегі талшын әлбетте беріктік пен қаттылық сынақтарында жеңіп шығады, бірақ оның бағасы әлдеқайда жоғары. Барлық осындай айырбастаулармен танысу өндіріс бригадалары мен жобалаушы инженерлерге қосымша шығындарсыз әрбір жұмысқа тиесілі материалды таңдауға көмектеседі.
Интерфейсік байланыс: Композит толықтығының жойындағы ғылыми дерек
Материалдардың интерфейстері бойынша байланысу тәсілі композит материалдардың жалпы тұтқырлығы үшін өте маңызды. Бұл байланыстар дұрыс жұмыс істесе, негізгі материал мен арматуралық талшықтар арасында күштерді тиімді түрде тасымалдауға көмектеседі, бұл ұзақ мерзімділік пен беріктік тұрғысынан айтарлықтай айырмашылық жасайды. Бұл интерфейстік сипаттамаларға бірнеше әртүрлі факторлар әсер етеді. Химиялық әріптеу немесе плазмалық өңдеу сияқты беттік өңдеу әдістері материалдың әртүрлі қабаттары арасында жабысуын жақсарту үшін жиі қолданылады. Өндірушілер осындай әдістер арқылы жақсартылған жабысу арқылы композиттердің нақты жағдайларда орындалуын өзгертетінін байқаған, соның нәтижесінде өнімдер сыртқы күштердің әсерінен туындайтын тозуға төзімдірек болады. Кейбір компаниялар өндірісте дұрыс байланыстыру әдістерін қолданған кезде материалдың қызмет ету мерзімі 30% дейін артатынын хабарлаған.
Зерттеудің ең соңғы нәтижелері қоспалы материалдардың қаншалықты ұзақ уақыт пайдаланылатынын анық көрсетіп береді. Қабаттар арасындағы байланыстар күшейген сайын осындай материалдар кернеулерге төтеп беріп, атмосфералық және қоршаған ортаның басқа да әсерлеріне тұрақты болып, ұзақ уақыт қызмет ететінін көруге болады. Өндірушілер осы байланыстарға назар аударса, әртүрлі өнімдердің бәрінде де жақсы нәтижеге қол жеткізуге болады. Ұшақ бөлшектерінен бастап күнделікті пайдаланылатын заттарға дейінгі барлығын ойлаңыз. Қоспалы материалдардың өнімділігі де маңызды, сонымен қатар олар өте тез қоқыс жиынтығына айналмауы керек. Бұл байланыстар неліктен дәл солай жұмыс істейтінінің ғылыми негізі тек қана қызықты теория ғана емес. Осы мәселені дұрыс шешу қоспалы технологиялар саласындағы жаңа инновациялардың есігін ашып, түбегейлі түрде өнеркәсіпті өзгертуге мүмкіндік береді.
Композит материалдардың түрлері және бағытталуы
Полимер матрицаға негізделген композиттар: Полиэстерді Фиброгласпен тезіктемеу
Полимерлік матрицалық композиттер негізінен қоспа талшықтарымен араласқан пластмасса негізінен тұрады, бұл оларды қатты және ұзақ қызмет етуге мүмкіндік береді. Осындай материалдардың ішінде әсіресе шыныпластик ерекшеленеді. Оның шыныпластикке қатысты оң қасиеттеріне қарамастан, оның бастапқы құнына қарамастан, автокөлік пен қайық жасайтын өнеркәсіптер осы материалды қолдануды жалғастырады. Шыныпластиктен жасалған қайықтар отынды аз жұмсаса, көліктердің жанармай үнемдеуі де артады. Бұл шыныпластиктің дәстүрлі металдармен салыстырғанда кәсіпкерлер үшін айтарлықтай артықшылықтары бар екенін көрсетеді. Көліктер жеңіл болып келеді, соның арқасында өндіріс шығындары мен жөндеу жұмыстарын азайтады, себебі шыныпластик уақыт өткен сайын металдың тот басуы немесе бұзылуы сияқты құбылыстарға ұшырамайды.
Карбон-карбон композиттері: Үлкен қызмет ететін қолданбалар
Көміртегі көміртегі композиттерінің бірнеше өте керемет сипаттамалары бар, өйткені олар негізінен көміртегі матрицасына кірістірілген көміртегі талшықтары болып табылады. Бұл материалдар әсіресе ұшатын аппараттар мен автомобильдер сияқты өте қатаң жағдайлармен айналысатын салаларда қолданылады. Олардың қандай тамаша қасиеттері бар? Олар құрылымы бұзылмай өте жоғары температураларға төтеп бере алады, сондықтан автомобиль тежеуіштері мен ғарыш ракеталарының бөліктерінде қолданылады. Жоғары температураға тұрақтылығы мен өте жеңілдігі инженерлердің қызмет көрсету жағдайлары қатаң болғанымен, жалпы салмақты азайту мақсатында құрылымдарын жасақтау кезінде осындай материалдармен жұмыс істеуді ұнататынын көруге болады.
Табиғи және синтетикалық композиттер: құрылымдық салыстыру
Бүгінгі өндірісте пайдаланылатын дәстүрлі синтетикалық материалдармен салыстырғанда бамбук пен кенеп талшындары композиттері экологиялық таза нұсқаны білдіреді. Әрине, синтетикалық материалдар беріктігі мен ұзақ қызмет ету мерзімі үшін жақсы бағаланады, бірақ көпшілік олардың өндіріс кезінде және соңында қоршаған ортаға қаншалықты зиян келтіретінін ұмытып кетеді. Жақсы жаңалық – табиғи альтернативалар шындығында қоршаған ортаны қорғау мен сапаны сақтау арасындағы тепе-теңдіқты сақтай алады. Әртүрлі салаларда жүргізілген жаңа жобаларға назар салсаңыз, көптеген компаниялар неліктен осындай материалдарға көшіп жатқанын түсінесіз. Мысалы, құрылысшылар бамбукты ғимараттарға күтпеген жерден ауа-райы зақымдауларына тұрақты болғандықтан қосып жатыр, ал тағам өнімдерін ораумен айналысатын компаниялар пайдаланғаннан кейін табиғи жолмен ыдырайтын кенеп негізіндегі орау материалдарын сынауға кірісті. Осындай тәжірибелік іске асырулар сапа мен қауіпсіздік стандарттарын құртпай-ақ қаншалықты көп қалдықтарды азайтуға болатынын көрсетіп береді.
Композиттерде Қадірлі Өңдеу Әдістері
Препрег технологиясы: Қойылу процесіндегі дәлдік
Препрег технологиясы композит материалдарды жасау процесін түбегейлі өзгертті, өйткені ол өндірушілерге қабаттау жұмыстарын әлдеқайда дәл орындауға мүмкіндік береді. Бұл алдын ала шайырмен қапталған талшықтар ретінде келеді, сондықтан талшық пен шайыр қатынасын дұрыс орнату үшін ешқандай шамадан тыс болжау қажет емес. Бұл өнімдердің сынға түскенде әлдеқайда берік және жақсы өнім беретінін білдіреді. Препрег жасаған кезде өндіруші алдымен талшықтар мен шайырды қатаң бақыланатын ортада араластырады. Содан кейін қыздыру мен қысу арқылы қазіргі заманғы композит пластиналарды аламыз. Ескі әдістермен салыстырғанда бұл әдіс уақыт пен қолмен орындалатын жұмыстарды үнемдейді, өйткені барлығы өндіріске дайын күйде келеді, қосымша дайындық қажет болмайды. Әуе-кеңістік саласы осы материалды қолдану арқылы құрылымдық беріктігін жоғалтпай-ақ жеңіл ұшақтар жасауға болатынына сүйсінеді. Ал автомобиль өндірушілері дизайнерлерге әлі де қысымға төтеп бере алатын жеңіл бөлшектер жасауға мүмкіндік беретін гүлденуіне рахмет айтады.
Карбондық шының өндірісінде автоклавтегі жамыстық
Автоклавта түтік өңдеу процесі әсіресе температура мен қысым жағдайларын бақылау арқылы материалдың сипаттамаларын арттырғаны үшін жоғары сапалы көміртегі талшықты түтіктерді жасауда маңызды рөл атқарады. Өндірушілер көміртегі талшықты композиттерін автоклав деп аталатын қысымды контейнерге орналастырады. Бұл бөлмеде материалдар дұрыс қатаяды, соның арқасында өнімнің беріктігі, қаттылығы мен ұзақ қызмет ету мерзімі қамтамасыз етіледі. Автоклавтарды пайдаланған кезде материалдың беті жақсырақ болып, уақыт өте құрылымды бұзатын ауа қапшықтары мен ақаулар азаяды. Салалық есеп берулер автоклавта өңдеу әдісін пайдаланған кезде ақаулар саны шамамен 30% азайғанын көрсетеді, яғни композит бөлшектердің жалпы беріктігі артады. Әсіресе өнімнің өнімділігі маңызды болып табылатын әуе және автомобиль салаларында автоклавта өңделген көміртегі талшықты түтіктерсіз болу мүмкін емес. Бұл арнайы түтіктер ұшақ рамалары мен автомобильдің кардандық біліктері сияқты маңызды бөліктерде қажетті беріктікті қамтамасыз етіп, артық салмақ қоспайды.
Құрылғы композиттік қосымшалардың қосулық жасауы
3D басып шығару, немесе техникалық тұрғыдан қосымша өндіріс деп аталатын әдіс, композиттік құрылымдарды өндіру тәсілдерін өзгертіп жатыр, себебі бұл өндірісті тез және күрделі етіп жасайды. Өндірушілер енді ескі әдістермен жасау мүмкін болмаған шетінен күрделі пішіндерді, мысалы торлар мен аралар торын өндіре алады. Бұл конструкциялардың қызықты жағы – олар салмақты азайтады, бірақ беріктігін сақтайды, ол әуе-кеңістік компанияларына ұнайды. Тапсырыс бойынша өндіру зауыттардың енді қоймада көп заттарды сақтау қажеттілігін жояды, сондықтан да ескіп қалған материалдардың қалдығы азаяды. Қазір 3D принтерлерде әртүрлі жаңа материалдар сынақтан өткізілуде. Кейбір зертханалар ұшақ бөлшектерін жеңілдетіп, бірақ берік ұстайтын нано бөлшектермен араластырылған арнайы композиттер жасаумен айналысуда. Болашақта бұл технология өндірісті тездетіп қана қоймай, қоршаған ортаға деген әсерді де азайтады деп күтілуде. Бөлшектер енді әр қолдану жағдайына қажетті түрде дәл сондай етіп жасалатын болады, ал енді бір өлшемнің бәріне өзі жарамды келетін көзқараспен салыстырғанда.
Композиттердің механикалық және термалдық қасиеттері
Тенгізуші күштік мәндер мен сығыс әсерлері арасындағы салыстыру
Композитті материалдармен жұмыс істеген кезде, созу беріктігі мен нәрсені сыққан кезде болатын жағдай арасындағы айырмашылықты білу маңызды. Негізінде созу беріктігі дегеніміз материал қаншалықты жақсы тартылып кетуге төтеп беретінін білдіреді, ал сығылу кезіндегі қасиеттер оны қысуға әрекет ететін күштерге қарсылығын көрсетеді. Бұл қасиеттерге талшықтардың бағыты, қандай матрицалық материал қолданылғаны және талшықтар мен сол матрицаның арасындағы байланыстың қаншалықты беріктігі әсер етеді. Мысалы, бағытталған талшықтар созу беріктігін арттырады, бірақ кейде материалды сығу кезінде әлсіретуі мүмкін. Инженерлер сонымен қатар композиттердің әртүрлі жүктемелерге қалай жауап беретінін көрнекі түрде көруге арналған кернеу-деформациялық қисықтарды қарастырады. Бұл графиктер материалдың механикалық тұрғыдан шынайы әлемдегі қолданбаларда қалай өнімділік көрсететіні туралы ақпарат береді.
Жиі қойылатын сұрақтар
Композиттерде қолданылатын негізгі матрица материалдарының түрлері қандай? Термокрепкие және термопластик матрицалар негізгі түрлер. Термокрепкі матрицалар, эпоксид заты сияқты, химиялық қарсылауы мен терміксіз стабильдік пішіндері бойынша белгілі. Термопластик матрицалар көбірек гибділік пен қосымша қарсылауға ие.
Композиттерде карбон және стек тромба қалай салыстырылады? Карбон тромбалар салмақ-сапортық қатынасы бойынша жоғары деңгейде, шедерлік салмағы мен жесткілігі бар, бұл оларды ырысқа сәйкес қолданбаларда іdeal етеді. Стек тромбалар арзандықтарына қарағанда, механикалық қасиеттері карбон тромбаларға қарағанда азша дауыстар береді.
Композиттерде интерфейс қосу маңыздылығы қандай? Интерфейс қосу матрица мен қосымша тромбалар арасында әмбебап жүк аударуын сақтайды, бұл композиттердің қуаты мен ұзақ өмірлеуіне әсер етеді.
Прегрег технологиясы неге композит сабақтың өнімдеуіне пайда? Прегрег технологиясы қою процесінде дәлдік береді, соңғы өнімдің тұрақтылығын және сапасын арттырады, өнімдеуде қызметкерлердің санын және уақытты жеңілдетеді.
