Что такое композитный материал? - определение и типы

Что такое композитные материалы?

Композитный материал представляет собой комбинацию двух материалов с различными физическими и химическими свойствами. Когда они объединяются, они создают материал, специально предназначенный для выполнения определенной работы, например, для того, чтобы стать прочнее, легче или устойчивым к электричеству. Они также могут повысить прочность и жесткость.

Причина их использования по сравнению с традиционными материалами заключается в том, что они улучшают свойства своих основных материалов и применимы во многих ситуациях.

Эти составляющие материалы имеют заметно отличающиеся химические или физические свойства и объединяются, чтобы создать материал со свойствами, отличными от отдельных элементов. В готовой структуре отдельные элементы остаются отдельными и отчетливыми, что отличает композиты от смесей и твердых растворов.

К типичным инженерным композитным материалам относятся:

• Железобетон и кирпичная кладка
• Композитная древесина, например фанера.
• Армированные пластмассы, такие как армированный волокном полимер или стекловолокно.
• Композиты с керамической матрицей (композитные керамические и металлические матрицы)
• Композиты с металлической матрицей
• и другие передовые композитные материалы

Существуют различные причины, по которым предпочтение отдается новым материалам. Типичные примеры включают материалы, которые дешевле, легче, прочнее или долговечнее по сравнению с обычными материалами.

Совсем недавно исследователи также начали активно включать датчики, приведения в действие, вычисления и связь в композиты, которые известны как материалы для роботов.

Композитные материалы обычно используются для зданий, мостов и конструкций, таких как корпуса лодок, панели для бассейнов, кузова гоночных автомобилей, душевые кабины, ванны, резервуары для хранения, имитация гранита, раковины из искусственного мрамора и столешницы. Кроме того, они все чаще используются в автомобилях общего назначения.

Самые передовые образцы регулярно используются на космических кораблях и самолетах в сложных условиях.

Что такое композиты?

Композит – это материал, изготовленный из двух или более составляющих материалов. Эти составляющие материалы имеют заметно отличающиеся химические или физические свойства и объединяются, чтобы создать материал со свойствами, отличными от отдельных элементов.

Проще говоря, композиты представляют собой комбинацию компонентов. В нашей отрасли композиты – это материалы, изготовленные путем объединения двух или более природных или искусственных элементов (с разными физическими или химическими свойствами), которые сильнее в команде, чем в отдельности.

Материалы компонентов не смешиваются полностью и не теряют своей индивидуальности; они объединяют и вносят свой вклад в улучшение результата или конечного продукта. Композиты обычно разрабатываются с учетом конкретных целей, таких как дополнительная прочность, эффективность или долговечность.

Из чего состоят композиты?

Композиты, также известные как композиты из армированного волокном полимера (FRP), изготавливаются из полимерной матрицы, армированной инженерным, искусственным или натуральным волокном (например, стеклом, углеродом или арамидом) или другим армирующим материалом.

Матрица защищает волокна от воздействия окружающей среды и внешних повреждений и передает нагрузку между волокнами. Волокна, в свою очередь, обеспечивают прочность и жесткость, укрепляя матрицу и помогая ей противостоять трещинам и изломам.

Во многих продуктах нашей отрасли полиэфирная смола является матрицей, а стекловолокно — армирующим материалом. Но в композитах используется множество комбинаций смол и армирующих материалов, и каждый материал вносит свой вклад в уникальные свойства готового продукта:мощное, но хрупкое волокно обеспечивает прочность и жесткость, а более гибкая смола придает форму и защищает волокно.

Композиты FRP также могут содержать наполнители, добавки, материалы сердцевины или отделку поверхности, предназначенные для улучшения производственного процесса, внешнего вида и характеристик конечного продукта.

Натуральные и синтетические композиты

Композитные материалы могут быть натуральными или синтетическими. Древесина, природный композит, представляет собой комбинацию целлюлозы или древесного волокна и вещества, называемого лигнином. Волокна придают дереву прочность; Лигнин представляет собой матрицу или природный клей, который связывает и стабилизирует его. Другие композиты являются синтетическими (искусственными).

Фанера – это искусственный композит, сочетающий в себе натуральные и синтетические материалы. Тонкие слои шпона склеиваются вместе, образуя плоские листы ламината, которые прочнее натурального дерева.

Являются ли пластмассы композитами?

Не все пластмассы являются композитами. Фактически, большая часть пластика, используемого в игрушках, бутылках для воды и других привычных предметах, не является композитом. Это чистый пластик. Однако многие виды пластмасс можно армировать, чтобы сделать их прочнее. Такое сочетание пластика и армирования позволяет создавать одни из самых прочных и универсальных материалов (для своего веса), которые когда-либо разрабатывались технологиями.

Полимерные смолы (например, полиэфирные, винилэфирные, эпоксидные или фенольные) иногда называют пластмассами.

Краткая история

Люди использовали композиты на протяжении тысячелетий. 3400 г. до н.э. Первые искусственные композиты были изготовлены жителями Месопотамии в Ираке. Старое общество склеивало деревянные полоски друг на друга под разными углами, чтобы получилась фанера.

После этого египтяне около 2181 г. до н.э. начали делать посмертные маски из льна или папируса, пропитанного гипсом. Позже оба общества начали укреплять свои материалы соломой, чтобы укрепить сырцовые кирпичи, глиняную посуду и лодки.

В 1200 году нашей эры монголы начали строить сложные арки, которые были невероятно эффективны в то время. Они были сделаны из дерева, сухожилий крупного рогатого скота, рога, бамбука, кости и шелка, скрепленных сосновой смолой.

После промышленной революции синтетические смолы приобрели твердую форму в результате полимеризации. В 1900-х годах это новообретенное знание химических веществ привело к производству различных пластиков, таких как полиэстер, фенол и винил. Затем началась разработка пластмасс, бакелит изготовил химик Лео Бакеланд. Тот факт, что он не проводил электричество и был термостойким, означал, что его можно было широко использовать во многих отраслях промышленности.

1930-е годы были невероятно важным временем для развития композитов. Стекловолокно было представлено Оуэнсом Корнингом, который также основал первую индустрию полимеров, армированных волокном (FRP). Смолы, разработанные в этот период, используются и по сей день, а ненасыщенные полиэфирные смолы были запатентованы в 1936 году. Два года спустя стали доступны более мощные системы смол.

Первое углеродное волокно было запатентовано в 1961 году, а затем стало коммерчески доступным. В середине 1990-х годов композиты становились все более популярными в производственных процессах и строительстве из-за их относительно низкой стоимости по сравнению с ранее использовавшимися материалами.

Композиты на Boeing 787 Dreamliner в середине 2000-х годов подтвердили их использование для высокопрочных приложений.

Различные типы композитных материалов

Некоторые распространенные композитные материалы включают:

• Композит с керамической матрицей :Керамика в керамической матрице. Они лучше обычной керамики, так как устойчивы к тепловому удару и разрушению.
• Композит с металлической матрицей :металл, распространяющийся по всей матрице.
• Железобетон :бетон, усиленный материалом с высокой прочностью на растяжение, например стальной арматурой.
• Бетон, армированный стекловолокном :Бетон, залитый в структуру из стекловолокна с высоким содержанием диоксида циркония.
• Прозрачный бетон: Бетон, в который заключены оптические волокна.
• Конструкционная древесина: Изготовленная древесина в сочетании с другими дешевыми материалами. Одним из примеров может быть ДСП. В этом композите также можно найти специальный материал, такой как шпон.
• Фанера: Инженерная древесина путем склеивания множества тонких слоев древесины под разными углами.
• Искусственный бамбук :полоски бамбукового волокна, склеенные вместе, чтобы получилась доска. Это полезный композит, поскольку он обладает более высокой прочностью на сжатие, растяжение и изгиб, чем древесина.
• Паркет: Квадрат из множества деревянных деталей, часто собранных из твердой древесины. Продается как декоративный элемент.
• Древесно-пластиковый композит :Либо древесное волокно, либо мука, отлитая в пластик.
• Цементное волокно :Минерализованные деревянные детали, отлитые из цемента. Этот композит обладает изоляционными и акустическими свойствами.
• Стекловолокно: Стекловолокно в сочетании с относительно недорогим и гибким пластиком
• Полимер, армированный углеродным волокном :Углеродное волокно в пластике с высоким соотношением прочности и веса.
• Сэндвич-панели :различные композиты, накладываемые друг на друга.
• Композитные соты :набор композитных материалов с множеством шестиугольников для формирования сотовой формы.
• Папье-маше :Бумага, проклеенная клеем. Их можно найти в поделках.
• Бумага с пластиковым покрытием :Бумага, покрытая пластиком для повышения прочности. Пример того, где это используется, — игральные карты.
• Синтаксические пены :Легкие материалы, созданные путем наполнения металлов, керамики или пластика микрошариками. Эти баллоны изготавливаются из стекла, углерода или пластика.

Преимущества композитов

Композиты проникли в нашу повседневную жизнь:они используются в автомобилях, на которых мы ездим, в клюшках для гольфа, которые мы размахиваем, в трубах, отводящих сточные воды из наших кварталов, и во многом другом. Некоторые приложения, такие как ракеты, вероятно, не будут запущены без композитных материалов.

Композиты обладают многими преимуществами. Ключевыми среди них являются прочность, легкий вес, коррозионная стойкость, гибкость конструкции и долговечность.

• Сильный. На фунт композиты прочнее других материалов, таких как сталь. Два основных компонента композитов — волокна и смолы — способствуют их прочности. Волокна несут нагрузку, а смолы распределяют вес по составной части по мере необходимости.
• Легкий. Композиты имеют малый вес по сравнению с большинством древесины и металлов. Но почему легче легче? Меньший вес способствует экономии топлива в автомобилях и самолетах. А более легкие объекты, от опор линий электропередач до настилов мостов, легче транспортировать и устанавливать.
• Устойчив. Композиты устойчивы к повреждениям от погодных условий и агрессивных химикатов, которые могут разъедать другие материалы. Это делает их хорошим выбором для приложений, которые сталкиваются с постоянным воздействием соленой воды, токсичных химикатов, колебаний температуры и других суровых условий.
• Гибкость. В композитах можно использовать широкий спектр комбинаций материалов, что обеспечивает гибкость конструкции. Материалы могут быть изготовлены по индивидуальному заказу, чтобы соответствовать уникальным спецификациям каждого приложения. Композитным материалам также можно легко придать сложную форму.
• Долговечность. Проще говоря, композиты долговечны! Конструкции, изготовленные из композитов, имеют долгий срок службы и требуют минимального обслуживания. Многие изделия из композитов, например лодки, служат уже более полувека.

Зачем использовать композиты?

Экономия веса является одной из основных причин использования композитных материалов вместо обычных материалов для компонентов. Хотя композиты легче, они также могут быть прочнее других материалов. Например, армированное углеродное волокно может быть в пять раз прочнее стали марки 1020 и иметь в пять раз меньший вес, что делает его идеальным для конструкционных целей.

Еще одним преимуществом использования композитного материала по сравнению с обычным типом материала является термическая и химическая стойкость, а также электроизоляционные свойства. В отличие от традиционных материалов, композиты могут обладать несколькими свойствами, которые редко встречаются в одном материале.

Композитные материалы, армированные волокном, такие как армированный волокном пластик (композитные материалы из стеклопластика), все чаще используются при разработке и производстве конечных продуктов для маркетинга.

Примеры составного использования:

• Электрооборудование
• Аэрокосмические конструкции
• Инфраструктура
• Трубы и резервуары
• Дома можно обрамлять пластиковыми ламинированными балками.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое композитный материал?

Композитный материал представляет собой комбинацию двух материалов с различными физическими и химическими свойствами. Когда они объединяются, они создают материал, специально предназначенный для выполнения определенной работы, например, для того, чтобы стать прочнее, легче или устойчивым к электричеству. Они также могут повысить прочность и жесткость.

Что такое композит?

Композит – это материал, изготовленный из двух или более составляющих материалов. Эти составляющие материалы имеют заметно отличающиеся химические или физические свойства и объединяются, чтобы создать материал со свойствами, отличными от отдельных элементов.

Каковы примеры композитных материалов?

Примеры композитных строительных материалов включают бетон, армированные пластмассы, цемент, железобетон и композитные деревянные балки. Эти материалы, как правило, долговечны и прочны.

Что является примером композитных материалов?

Примеры композитных материалов:

• Глиняные кирпичи. Что может быть лучше, чем рассказать о глиняных кирпичах, чтобы представить композиты
• Дерево. Древесина (и, конечно, деревья) существует уже тысячи лет.
• Стекловолокно.
• Полупрозрачный бетон.
• Впитывающий бетон.
• Кевлар.
• Углеродное волокно.
• Пикрет.

Какие существуют 4 типа композитов?

Композиты обычно классифицируют по типу материала, из которого изготовлена ​​матрица. Композиты делятся на четыре основные категории:композиты с полимерной матрицей (PMC), композиты с металлической матрицей (MMC), композиты с керамической матрицей (CMC) и композиты с углеродной матрицей (CAMC).

Какие существуют основные типы композитных материалов?

Существует множество типов композитных материалов, таких как армированный углеродным волокном пластик, алюминий, армированный стекловолокном, композиты с углеродными нанотрубками и многие другие. Другие типы композитов включают композиты с металлической и керамической матрицей.

Композит сделан из пластика?

Не все пластмассы являются композитами. Эта комбинация пластика и армирования позволяет производить одни из самых прочных и универсальных материалов (для своего веса), когда-либо разработанных с помощью технологий. Полимерные смолы (например, полиэфирные, винилэфирные, эпоксидные или фенольные) иногда называют пластмассами.

Что такое составной пример?

В математике составные числа можно определить как целые числа, имеющие более двух делителей. Целые числа, не являющиеся простыми, являются составными числами, поскольку они делятся более чем на два числа. Например, 4, 6, 8, 9 и 10 — это несколько первых составных чисел.

Что такое композиты?

В настоящее время композиты используются в транспортных средствах и оборудовании, включая панели, рамы, компоненты интерьера и другие детали. Некоторые составные инфраструктурные приложения включают здания, дороги, мосты и сваи.

В чем разница между полимером и композитом?

Однако, согласно имеющейся литературе, ключевое различие между полимерной смесью и композитом заключается в том, что полимерная смесь состоит из смешивания двух или более полимеров для получения однофазного состояния, тогда как композит состоит из комбинации двух или более элементов. в результате получается многофазная, многокомпонентная система.

Каковы 2 компонента композитных материалов?

Композитные материалы создаются из отдельных материалов. Эти отдельные материалы известны как составные материалы, и существует две их основные категории. Один — матрица (связующее), а другой — армирование.

Являются ли кирпичи композитными материалами?

Некоторые примеры композитов включают кирпич, стекловолокно, углеродное волокно, бетон, фанеру и кевлар.

Для чего используются композитные материалы?

Самым большим преимуществом композитных материалов является прочность и жесткость в сочетании с легкостью. Выбирая подходящую комбинацию армирующего и матричного материала, производители могут добиться свойств, точно соответствующих требованиям к конкретной конструкции для конкретной цели.

Каковы недостатки композитных материалов?

Недостатки:

• GRP.
• Дорогой материал.
• Требуется специализированный производственный процесс.
• Необходима высококачественная пресс-форма.
• УГЛЕРОДНОЕ ВОЛОКНО.
• Очень дорогой материал.
• Доступно только в черном цвете.
• Требуются узкоспециализированные производственные процессы.

В чем разница между композитом и сплавом?

И сплавы, и композиты представляют собой смесь различных элементов. Основное различие между сплавами и композитами заключается в составе двух материалов. В состав сплава должен входить как минимум один металл, в то время как композиты не содержат никаких металлических компонентов.

Что такое волокно в композитных материалах?

В композите волокно, удерживаемое на месте матричной смолой, повышает прочность на растяжение, улучшая эксплуатационные свойства конечной части, такие как прочность и жесткость, при минимальном весе.

Каковы преимущества композитных материалов?

К другим ключевым преимуществам относятся:

• Точность формованных размеров. Жесткие допуски, повторяющиеся формовки.
• Химическая стойкость.
• Объединенные детали и функции.
• Коррозионная стойкость.
• Гибкость дизайна.
• Прочный.
• Высокий модуль упругости при изгибе для высоких нагрузок. Высокая ударная вязкость.
• Высокая производительность при повышенных температурах.

Является ли фанера композитным материалом?

Фанера сама по себе является основной формой композита, созданного путем ламинирования тонких листов дерева вместе, чтобы получить более толстый и прочный конечный продукт.

Является ли бетон композитом?

Бетон представляет собой композитный материал, состоящий из мелкого и крупного заполнителя, скрепленных жидким цементом (цементным тестом), который со временем затвердевает (отверждается). Бетон – второй по популярности материал в мире после воды и самый распространенный строительный материал.

Сколько существует типов композитных материалов?

Существует три основных типа композитных матричных материалов:Керамическая матрица. Композиты с керамической матрицей (CMC) представляют собой подгруппу композитных материалов. Они состоят из керамических волокон, встроенных в керамическую матрицу, образуя керамический материал, армированный керамическим волокном (CFRC).

Является ли стекловолокно композитом?

Наиболее широко используемым композитным материалом является стекловолокно в полиэфирной смоле, которое обычно называют стекловолокном. Стеклопластик легкий, устойчивый к коррозии, экономичный, легко обрабатывается, обладает хорошими механическими свойствами и имеет более чем 50-летнюю историю.

Что такое композитный материал и его применение?

Композитный материал представляет собой комбинацию двух материалов с различными физическими и химическими свойствами. Когда они объединяются, они создают материал, специально предназначенный для выполнения определенной работы, например, для того, чтобы стать прочнее, легче или устойчивым к электричеству. Они также могут повысить прочность и жесткость.

Является ли нейлон композитным материалом?

Нейлон является более сложным полимером, чем полипропилен, с полярными группами, присоединенными к его полимерной цепи, что придает нейлону гидрофильный характер. Ожидается, что из-за полярной природы обоих материалов нейлон и древесина могут сочетаться с сильной адгезией, что приведет к получению композитного материала с более высокой жесткостью и прочностью.

В чем разница между композитом и смесью?

Композит — это смесь разных компонентов, а смесь — это смесь двух или более вещей.

Бетон — это полимер или композит?

Полимербетон – это композиционный материал, в котором заполнитель связан в матрице полимерным связующим.

Что такое углеродное волокно?

Углеродное волокно состоит из органических полимеров, состоящих из длинных цепочек молекул, удерживаемых вместе атомами углерода. Большинство углеродных волокон (около 90%) изготавливаются из полиакрилонитрила (ПАН). Небольшое количество (около 10%) производится из искусственного шелка или нефтяного пека.

Могут ли композиты заменить сталь?

Композитные материалы обычно используются в конструкциях, требующих высокого уровня механических характеристик. Их высокое соотношение прочности к весу и жесткости к весу способствовало разработке более легких конструкций, которые часто заменяют обычные металлические конструкции.