1. Определение

Композитните материали са нови материали, формирани чрез оптимизиране и комбиниране на различни свойства на материалните компоненти, използвайки съвременни техники за подготовка на материали. Общото определение на композитни материали изисква да бъдат изпълнени следните условия:

Композитните материали трябва да бъдат изкуствени и проектирани и произведени според нуждите на хората;

Композитните материали трябва да бъдат съставени от два или повече материални компонента с различни химични и физични свойства, комбинирани в проектираната форма, съотношение и разпределение, с ясни интерфейси между всеки компонент;

Той има конструктивна проективност и може да се използва за проектиране на композитни конструкции;

Композитните материали не само поддържат предимствата на производителността на всеки компонентен материал, но и постигат цялостни характеристики, които не могат да бъдат постигнати от един компонентен материал чрез допълването и корелацията на производителността на всеки компонент.

Матричните материали от композитни материали са разделени на две категории: метални и неметални. Често използваните метални субстрати включват алуминий, магнезий, мед, титан и техните сплави. Неметалните субстрати включват предимно синтетични смоли, каучук, керамика, графит, въглерод и др. Основните подсилващи материали включват стъклени влакна, въглеродни влакна, борови влакна, арамидни влакна, силициеви карбидни влакна, азбестови влакна, мустаци и метали.

2. Класификация

Композитните материали са смес. Той е изиграл значителна роля в много области, замествайки много традиционни материали. Композитните материали са разделени на метални към метални композитни материали, неметални към метални композитни материали и неметални към неметални композитни материали според техния състав. Според структурните му характеристики тя може допълнително да бъде разделена на:

① Композитни материали, подсилени с влакна. Композирайте различни подсилени с влакна материали в матрицата материал. Като например подсилени с влакна пластмаси, подсилени с влакна метали и др.

② Ламинирани композитни материали. Състои се от повърхностни материали и ядрени материали с различни свойства. Обикновено повърхностният материал има висока якост и е тънък; Материалът на ядрото е лек и има ниска якост, но има определена твърдост и дебелина. Той е разделен на два вида: твърд сандвич и пчелна пита сандвич.

3 Финозърнести композитни материали. Еднообразно разпределяне на твърди фини частици в матрицата, като дисперсионни подсилени сплави, метална керамика и др.

Хибридни композитни материали. Състои се от два или повече армиращи фази материали, смесени в един матричен фаза материал. В сравнение с обикновените еднофазни подсилени композитни материали, неговата якост на удар, якост на умора и якост на счупване са значително подобрени и има специални свойства на термично разширение. Разделени на вътреслоевен хибрид, междуслоевен хибрид, сандвич хибрид, вътреслоевен хибрид и супер хибридни композитни материали.

Композитните материали могат да бъдат разделени главно на две категории: структурни композитни материали и функционални композитни материали.

Структурните композитни материали са материали, използвани като носещи конструкции, които са основно съставени от армиращи елементи, които могат да издържат на натоварвания и матрични елементи, които могат да свържат армиращите елементи в цял материал, като същевременно предават сили. Подсилванията включват различни видове стъкло, керамика, въглерод, полимери, метали, както и естествени влакна, тъкани, мустаци, листове и частици, докато матриците включват полимери (смоли), метали, керамика, стъкло, въглерод и цимент. Различни структурни композитни материали могат да бъдат съставени от различни армиращи агенти и матрици и кръстени на използваната матрица, като например полимерни (смоли) композитни материали. Характеристиката на структурните композитни материали е, че те могат да бъдат проектирани за избор на компоненти в съответствие с изискванията на напрежението на материала по време на употреба, и по-важното, дизайнът на композитната конструкция също може да се извърши, т.е. дизайн на армировката, който може разумно да отговори на нуждите и да спести материали.

Функционалните композитни материали обикновено са съставени от функционални компоненти на тялото и компоненти на матрицата, която играе роля не само за формирането на цялото, но и може да произвежда синергични или подсилващи функции. Функционалните композитни материали се отнасят до композитни материали, които осигуряват физични свойства, различни от механични свойства. Например, проводимост, свръхпроводимост, полупроводник, магнетизъм, пиезоелектричество, овлажняване, абсорбция, предаване, триене, щит, забавяне на горенето, топлоустойчивост, звукопоглъщане, изолация и др. подчертават определена функция. Общо наричани функционални композитни материали. Функционалните композитни материали се състоят главно от функционални тела, подсилващи тела и матрици. Функционалните тела могат да бъдат съставени от един или повече функционални материали. Многофункционалните композитни материали могат да имат множество функции. Междувременно е възможно да се генерират нови функции поради композитни ефекти. Многофункционалните композитни материали са посоката на развитие на функционалните композитни материали.

Композитните материали също могат да бъдат разделени на две категории: често използвани и напреднали.

Обикновените композитни материали като фибростъкло са съставени от подсилвания с ниска производителност като стъклени влакна и обикновени високи полимери (смоли). Поради ниската си цена, той е широко използван в различни области като кораби, превозни средства, химически тръбопроводи и резервоари за съхранение, строителни конструкции и спортно оборудване.

Съвременните композитни материали се отнасят до композитни материали, съставени от високоефективни топлоустойчиви полимери като въглеродни влакна и арамид.По-късно бяха включени и метални, керамични, въглеродни (графитни) и функционални композитни материали. Въпреки че имат отлични показатели, цените им са относително високи, използвани главно в отбранителната индустрия, космическата промишленост, прецизната техника, дълбоководните подводници, структурните компоненти на роботите и спортното оборудване от висок клас.

3. Прилагане

Основните области на приложение на композитни материали са:

① Aerospace field. Поради добрата си термична стабилност, високата специфична якост и твърдост, композитните материали могат да се използват за производство на крила и лицата на самолети, сателитни антени и техните носещи конструкции, крила и черупки на слънчеви клетки, големи раковини за изстрелване на превозни средства, черупки на двигатели, структурни компоненти на космическата совалка и др.

② Автомобилната промишленост. Благодарение на специалните характеристики на амортисьорите на вибрациите на композитните материали, те могат да намалят вибрациите и шума, имат добра устойчивост на умора, лесно се ремонтират след повреда и са лесни за формиране като цяло.Ето защо те могат да се използват за производство на автомобилни корпуси, носещи компоненти, трансмисионни валове, монтажи на двигателя и техните вътрешни компоненти.

В областта на химическото, текстилното и машинното производство. Материал, съставен от въглеродни влакна и смола матрица с добра устойчивост на корозия, който може да се използва за производство на химическо оборудване, текстилни машини, хартиени машини, копирни машини, високоскоростни машини, прецизни инструменти и др.

① Медицинска област. Композитните материали от въглеродни влакна имат отлични механични свойства и не абсорбират рентгенови лъчи и могат да се използват за производство на медицински рентгенови машини и ортопедични стентове. Композитните материали от въглеродни влакна също имат биосъвместимост и кръвна съвместимост, добра стабилност в биологична среда и се използват и като биомедицински материали. В допълнение, композитните материали се използват и за производство на спортно оборудване и като строителни материали.

4. Модифициран композитен материал от циркониев фосфат

През последните години полимерните / неорганичните слоеве нанокомпозити привличат широко внимание поради отличните си свойства в различни аспекти.Множество проучвания показват, че механичните и топлинните свойства на композитните материали могат да бъдат значително подобрени с малко съдържание на нано неорганични пълнители. Понастоящем има много изследвания върху нанокомпозитите на неорганични слоеве материали като монтморилонит и атапулгит с полимери, но има сравнително малко изследвания върху полимерни / циркониев фосфат нанокомпозити.

Ламинатът има стабилна структура и може да поддържа относително стабилен ламинат дори след въвеждането на госта в междинния слой, също така има голям капацитет за йонен обмен и разполага с контролирано съотношение на аспекта и тясно разпределение на размера на частиците, което го прави подходящ за приготвяне на полимерни/слойни неорганични нанокомпозити. За да се увеличи междуслойното разстояние на циркониев фосфат, да се насърчи деламирането му в полимерната матрица и да се подобри съвместимостта между слоевете циркониев фосфат и полимерната матрица, е необходима органична модификация на а-ЗрР. α - ZrP обикновено се модифицира с малки молекули амини или алкохоли чрез - OH протонационни реакции или водородно свързване вътре и извън техните слоеве, и също може да бъде интеркалиран с големи молекули.

Дълговерижни кваternарни амониеви соли (DMA-CMS) са синтезирани с помощта на октадецилдиметиламин (DMA) и p-хлорометилстирен (CMS). α-ZrP е предварително поддържан с метиламин и след това обменен с DMA-CMS за получаване на органично модифициран циркониев фосфат (ZrP. DMA. CMS). След това органично обработеният циркониев фосфат е разтопен с ПС за приготвяне на ПС/органично модифицирани циркониев фосфат нанокомпозити, като тяхната структура и свойства са проучени.

Анализът на ХРД показва, че дълговерижната кватърнарна амониева сол е относително лесна за вмъкване между слоевете на След интеркалация разстоянието на междинния слой циркониев фосфат се увеличава от 0,8 до 4,0 и интеркалационният ефект е значителен. Нанокомпозитният материал, приготвен чрез двувинтово екструдиране на модифициран циркониев фосфат (ZrP DMA-CMS) и PS допълнително разширява разстоянието между слоевете от 4,0 nm до 4,3 nm в сравнение с ZrP DMA-CMS, като някои полистирол влиза в междинния слой циркониев фосфат.

Механичният анализ показва, че когато съдържанието на циркониев фосфат е 1%, якостта на опън, еластичният модул, удължаването при счупване и якостта на удар на нанокомпозитите се увеличават съответно с 4%, 21%, 8% и 43%. Но с увеличаването на съдържанието на циркониев фосфат якостта на опън, еластичният модул, удължаването при счупване и якостта на удара на нанокомпозитите показват низходяща тенденция, а якостта, твърдостта и издръжливостта на материала започват да намаляват. Добавянето на подходящо количество органичен модифициран циркониев фосфат има известен укрепващ и закаляващ ефект върху ПС.