1. Definició

Els materials composits són materials nous formats optimitzant i combinant diferents propietats dels components materials fent servir tècniques avançades de preparació de materials. La definició general de materials composts requereix que s'observen les següents condicions:

i) els materials composits han de ser artificial s, dissenyats i fabricats segons les necessitats de la gent;

ii) Els materials composts han de ser composts de dos o més components materials amb propietats químiques i físiques diferents, combinats en forma, proporció i distribució dissenyades, amb interfaces clares entre cada component;

iii) Té dissenyabilitat estructural i pot ser utilitzat per a dissenyar estructura composta;

iv) Els materials composits no només mantenen les avantatges del rendiment de cada material component, sinó també aconsegueixen un rendiment global que no pot aconseguir un únic material component a través de la complementaritat i la correlació del rendiment de cada component.

Els materials matricials de materials composits es divideixen en dues categories: metàlics i no metàlics. Els substrats metàlics comunament utilitzats inclouen alumini, magnesi, cobre, titani i les seves lleuges. Els substrats no metàlics inclouen principalment resines sintètiques, goma, ceràmica, gràfic, carboni, etc. Els principals materials de reforç inclouen fibra de vidre, fibra de carboni, fibra de boró, fibra d'aramid, fibra de carboni de silici, fibra d'asbestos, whiskers i metalls.

2. Classificació

Els materials composits són una mistura. Ha jugat un paper important en molts camps, substituint molts materials tradicionals. Els materials composits es divideixen en metall en metall composit, no metall en metall composit, i no metall en metall composit segons la seva composició. Segons les seves característiques estructurals, es pot dividir més en:

Materials composits reforçats de fibra. Composeu diversos materials reforçats amb fibra dins el material de la matriu. Com plàstics reforçats per fibra, metalls reforçats per fibra, etc.

\9313Materials composits laminat. Composit de materials de superfície i materials fonamentals amb propietats diferents. Normalment, el material de superfície té alta força i és sota; El material central és lliure i té baixa força, però té una certa rigidet i espessura. Està dividit en dos tipus: entrepà solide i entrepà de pompa de mel.

Materials composits granats fins. Distribueixen uniformement partícules fines dures a la matriu, com les llegats reforçades de la dispersió, la ceràmica metàlica, etc.

Materials composits híbrids. Composit de dos o més materials de fase de reforç barrejats en un material de fase matricial. Comparat amb materials composits de fase única reforçada, la seva força d'impacte, força de fadiga i duresa de la fractura s'han millorat significativament i té propietats especials d'expansió térmica. Dividit en materials híbrids de capa interior, híbrids de capa interior, híbrids d'entrepà, híbrids de capa interior o interior i composts de capa superhíbrida.

Els materials composits es poden dividir principalment en dues categories: materials composts estructurals i materials composts funcionals.

Materials estructurals composts són materials utilitzats com estructures carregadores, que bàsicament estan composts d'elements de reforç que poden resistir a càrregues i elements de matrix que poden connectar els elements de reforç en un material sencer mentre també transmet forces. Els reforços inclouen diversos tipus de vidre, ceràmica, carboni, polímers, metalls, també fibres naturals, teixits, whiskers, fulles i partícules, mentre que les matrices inclouen polímers (resines), metalls, ceràmica, vidre, carboni i cement. Diversos materials composits estructurals poden ser composts de diferents agents i matrius de reforç, i només segons la matriu utilitzada, com els materials composits basats en polimer (resina). La característica dels material s composts estructurals és que poden ser dissenyats per a seleccionar els components segons les exigències de l'estrès del material durant l'ús, i, més important, també poden ser fets dissenys d'estructura composta, és a dir, dissenys d'arreglament de reforç, que poden satisfer raonablement les necessitats i estalviar els materials.

Materials composts funcionals estan generalment composts de components corporals funcionals i components de matriu. La matriu no només desempenya un paper en la formació del tot, sinó també pot produir funcions sinerògiques o reforçades. Els materials composts funcionals es refereixen a materials composts que proporcionen propietats físiques que no siguin propietats mecàniques. Per exemple, la conductivitat, la superconductivitat, el semiconductor, el magnetisme, la piezoelectricitat, l'humització, l'absorpció, la transmissió, la fricció, el escut, la retardació de la flama, la resistència al calor, l'absorpció del so, l'isolació, etc. destaquen una determinada funció. Col·lectivament anomenats materials composts funcionals. Els materials composts funcionals estan composts principalment de cossos funcionals, cossos reforçants i matrius. Els cossos funcionals poden estar composts d'un o més materials funcionals. Materials composits multifuncionals poden tenir múltiples funcions. Mentrestant, també és possible generar noves funcions degut a efectes composits. Materials composts multifuncionals són la direcció de desenvolupament de materials composts funcionals.

També es poden dividir materials composits en dues categories: utilitzats i avançats.

Materials composts comuns com la fibra de vidre estan composts de reforços de baix rendiment com les fibres de vidre i els polimers comuns d'alts nivells (resines). Gràcies al seu baix preu, s'ha utilitzat ampliament en diversos camps com vaixells, vehículos, tubs químics i tanques d'emmagatzematge, estructures de construcció i equipament esportiu.

Els materials composits avançats es refereixen a materials composits composts composts de polímers resistents a la calor d'alta performance, com la fibra de carboni i l'aramid. Més endavant, es van incloure materials composts fonamentals, basats en metall, ceràmica, carboni (gràfic). Tot i que tenen un rendiment excel·lent, els seus preus són relativament alts, principalment utilitzats en la indústria de defensa, aeroespai, màquines de precisió, submergibles de profunditat, components estructurals de robots i equipaments esportius d'alta qualitat.

3. Aplicació

Les principals àrees d'aplicació dels materials composts són:

Camp aeroespacial. Gràcies a la seva bona estabilitat térmica, alta resistència específica i rigidet, es poden utilitzar materials composits per a fabricar ales d'avió i cossos frontals, antenes satèlites i les seves estructures de suport, ales i conchas de cèl·lules solars, grans conchas de vehículos de llançament, conchas de motor, components estructurals de nave espacial, etc.

L'indústria automobilística. Gràcies a les característiques especials de dampinge de vibració dels materials composits, poden reduir la vibració i el soroll, tenir una bona resistència a la fadiga, són fàcils de reparar després del dany i són fàcils de formar en conjunt. Per tant, poden ser utilitzats per fabricar cossos automobils, components carregadors, barris de transmissió, montatges de motors i els seus components interns.

En els camps de la fabricació química, tèxtil i màquines. Un material compost de fibra de carboni i matriu de resina amb bona resistència a la corrosió, que es pot utilitzar per fabricar equipament químic, màquines tèxtiles, màquines de paper, copiadors, eines de màquina d'alta velocitat, instruments de precisió, etc.

Medical field. Els materials composits de fibra de carboni tenen excelentes propietats mecàniques i no absorpció de raigs X, i poden ser utilitzats per fabricar màquines mèdiques de raigs X i stents ortopediques. Els materials composits de fibra de carboni també tenen biocompatibilitat i compatibilitat sanguinia, bona estabilitat en entorns biològics, i també s'utilitzen com materials biomèdics. A més, també s'utilitzen materials composits per a fabricar equipaments esportius i com materials de construcció.

4. Material composit modificat del fosfat de zirconi

En els últims anys, els nanocompositis de capa polimèrica/inorgànica han atragit una atenció generalitzada a causa de les seves excelentes propietats en diversos aspectes. Numerosos estudis han demostrat que les propietats mecàniques i tèrmiques dels materials composits es poden millorar significativament amb un petit contingut de llençadors nano inorgànics. Actualment hi ha hagut molts estudis sobre els nanocompositis de materials de capa inorgànica com el montmorillonit i l'atapulgit amb polimers, però hi ha relativament poca investigació sobre els nanocompositis de polimer/fosfat de zirconi.

El laminat α - ZrP té una estructura estable i pot mantenir un laminat relativament estable fins i tot després de l'introducció de l'invitat a la capa intercapa. També té una gran capacitat d'intercanvi d'ións i té una proporció d'aspecte controlable i una distribució estreta de mida de partícules, fent-lo apropiat per la preparació de nanocompositis inorgànics de polimer/capa. Per augmentar l'espai entre capes del fosfat de zirconi, promoure la seva delaminació a la matriu de polímer i millorar la compatibilitat entre capes de fosfat de zirconi i la matriu de polímer, es requereix una modificació orgànica d'a-ZrP. α - ZrP es modifica generalment amb petites molècules d'amines o alcohols a través de - reaccions de protonació OH o enllaç d'hidrogen dins i fora de les seves capes, i també es pot intercalar amb grans molècules. Però, a causa de l'espaç entre capes petit, és difícil intercalar directament grans molècules, i normalment requereix petit suport de molècules abans d'intercalar amb grans molècules.

Les sals d'amoni quaternàries de llarga cadena (DMA-CMS) van ser sintetitzades fent servir octadecildimetilamina (DMA) i p-clorometilstirien (CMS). El α - ZrP va ser previament suportat amb metilamina i després va ser intercanviat amb DMA- CMS per obtenir fosfat de zirconi organicament modificat (ZrP. DMA. CMS). El fosfat de zirconi tractat orgànicament es va fusionar amb PS per preparar nanocompositis de fosfat de zirconi PS/modificat orgànicament, i es van estudiar la seva estructura i propietats.

L'anàlisi XRD mostra que la sal d'amoni quaternari de llarga cadena DMA-CMS és relativament fàcil d'inserir entre les capes de α-ZrP després del suport pré-metilamina. Després de l'intercalació, la distància entre capes del fosfat de zirconi augmenta de 0,8 nm a 4,0 nm, i l'efecte intercalació és significatiu. El nanocompositiu preparat per extrusió de doble screw de ZrP DMA-CMS fosfat de zirconi modificat (ZrP DMA-CMS) i PS amplia més l'espaç entre capes de 4,0 nm a 4,3 nm en comparació amb ZrP DMA-CMS, amb algun poliestiren entrant en la intercape de fosfat de zirconi.

L'anàlisi mecànica mostra que quan el contingut del fosfat de zirconi és de 1%, la resistència de tensió, el módul elàstic, la prolongació al trencament i la resistència d'impacte dels nanocompositis de fosfat de zirconi modificat orgànic s'incrementan respectivament en 4%, 21%, 8% i 43%. Però amb l'augment del contingut de fosfat de zirconi, la força de tensió, el módul elàstic, l'elongació al trencament i la força d'impacte dels nanocompositis mostren una tendència cap avall, i la força, la rigiditat i la rigidet del material comencen a disminuir. L'afecció d'una quantitat apropiada de fosfat de zirconi organic modificat ZrP DMA-CMS té un cert efecte de fortaleciment i fortaleciment en la PS.