1. Definición

Os materiais compostos son novos materiais formados optimizando e combinando diferentes propiedades dos componentes materiais usando técnicas avanzadas de preparación de materiais. A definición xeral de materiais compostos require que se cumpran as seguintes condicións:

i) Os materiais compostos deben ser artificiales, deseñados e fabricados de acordo coas necesidades da xente;

ii) Os materiais compostos deben estar compostos por dous ou máis componentes materiais con propiedades químicas e físicas diferentes, combinados na forma, proporción e distribución deseñadas, con interfaces claras entre cada componente;

iii) Ten deseñabilidade estrutural e pode ser usada para deseñar estruturas compostas;

iv) Os materiais compostos non só manteñen as vantaxes do desempeño de cada material compoñente, senón tamén alcanzan un desempeño global que non pode ser alcanzado por un único material compoñente mediante a complementaridade e a correlación do desempeño de cada compoñente.

Os materiais matriciais de materiais compostos divídense en dúas categorías: metálicos e non metálicos. Os substratos de metal usados comúnmente incluyen alumínio, magnesio, cobre, titánio e as súas ligas. Os substratos non metálicos incluyen principalmente resinas sintéticas, goma, cerámica, gráfico, carbono, etc. Os principais materiais de reforzo incluyen fibra de vidro, fibra de carbono, fibra de boro, fibra de aramido, fibra de carbón de silicio, fibra de asbesto, whiskers e metais.

2. Clasificación

Os materiais compostos son unha mistura. Xogou un papel importante en moitos campos, substituíndo moitos materiais tradicionais. Os materiais compostos divídense en materiais compostos, non en materiais compostos, e non en materiais compostos, de acordo coa súa composición. Segundo as súas características estruturais, pode dividirse en:

\9312; Materiales compostos reforzados de fibras. Compoñe varios materiais reforzados por fibras dentro do material da matriz. Como plásticos reforzados por fibras, metais reforzados por fibras, etc.

\ 9313;Materiales compostos laminados. Composto de materiais de superficie e materiais básicos con propiedades diferentes. Normalmente, o material da superficie ten alta forza e é fino; O material central é leve e ten baixa forza, pero ten certa rigidez e espesor. Divide en dous tipos: sándwich sólido e sándwich de medo.

\ 9314;Materiales compostos granados finos. Distribuir uniformemente partículas finas duras na matriz, como ligas fortalecidas de dispersión, cerámicas de metal, etc.

\ 9315; Materiales compostos híbridos. Composto de dous ou máis materiais de fase de reforzo mesturados nun material de fase de matriz. Comparado cos materiais compostos de fase única reforzada, a súa forza de impacto, a súa forza de cansaxe e a duración das fraturas melloranse significativamente e ten propiedades especiales de expansión térmica. Dividido en híbrido intracapa, híbrido intracapa, híbrido sandwich, híbrido intracapa e material composto super híbrido.

Os materiais compostos poden dividirse principalmente en dúas categorías: materiais compostos estruturais e materiais compostos funcionais.

Materiales estruturais compostos son materiais usados como estruturas de carga, que son basicamente compostos por elementos de reforzo que poden resistir cargas e elementos de matriz que poden conectar os elementos de reforzo nun material enteiro mentres tamén transmiten forzas. Os reforzos incluyen varios tipos de vidro, cerámica, carbono, polímeros, metais, as í como fibras naturais, tecidos, whiskers, follas e partículas, mentres que as matrices incluyen polímeros (resinas), metais, cerámica, vidro, carbono e cemento. Varios materiais estruturais compostos poden ser compostos por diferentes axentes e matrices de reforzo e nomeados segundo a matriz empregada, como materiais compostos baseados en polímeros (resina). A característica dos materiais estruturais compostos é que poden ser deseñados para a selección de compoñentes de acordo cos requisitos do estrés do material durante o uso, e máis importante, o deseño de estrutura composta tamén pode ser realizado, is to é, o deseño de arranxo de reforzo, que pode razoablemente satisfacer as necesidades e gardar materiais.

Os materiais compostos funcionais son xeralmente compostos por componentes corporais funcionais e componentes matriciais. A matriz non só desempeña un papel na formación do todo, senón tamén pode producir funcións sinérxicas ou reforzadoras. Os materiais compostos funcionais refiren aos materiais compostos que fornecen propiedades físicas distintas das propiedades mecánicas. Por exemplo, a conductividade, a superconductividade, o semiconductor, o magnetismo, a piezoelectricidade, a umidade, a absorción, a transmisión, a fricción, o escudo, a retardación da chama, a resistencia ao calor, a absorción do son, a isolación, etc. realzan unha determinada función. Collectivamente chamados materiais compostos funcionais. Os materiais compostos funcionais compoñen principalmente corpos funcionais, corpos reforzadores e matrices. Os corpos funcionais poden ser compostos por un ou máis materiais funcionais. Os materiais compostos multifuncionais poden ter múltiples funcións. Entretanto, tamén é posíbel xerar novas funcións debido a efectos compostos. Materiales compostos multifuncionais son a dirección de desenvolvemento de materiais compostos funcionais.

Os materiais compostos tamén poden dividirse en dúas categorías: comúnmente usados e avanzados.

Materiales compostos comúns como fibras de vidro compoñen reforzos de baixo rendimento como fibras de vidro e polímeros altos (resinas). Debido ao seu baixo prezo, foi amplamente usado en varios campos como barcos, vehículos, tubos químicos e tanques de almacenamento, estruturas de construción e equipamento deportivo.

Materiales compostos avanzados refiren a materiais compostos compostos compostos de polímeros resistentes a calor de alto rendimento como fibra de carbono e aramido. Máis tarde, incluíronse materiais compostos de base en metal, cerámica, carbono (gráfico) e funcionais. Aínda que teñen un desempeño excelente, os seus prezos son relativamente altos, principalmente usados na industria de defensa, aeroespazo, máquinas de precisión, submersíbeis de mar profundo, compoñentes estruturais de robots e equipamento deportivo de alto nivel.

3. Programa

As áreas principais de aplicación dos materiais compostos son:

\ 9312;Campo aeroespacial. Debido á súa boa estabilidade térmica, alta forza específica e rigidez, poden ser usados materiais compostos para fabricar asas de avións e corpos de antena, antenas de satélite e as súas estruturas de apoio, asas e conchas de células solares, granxas de vehículos de lanzamento grandes, conchas de motor, compoñentes estruturais de nave espacial, etc.

A industria automobilística. Debido ás características especiales de amortización da vibración dos materiais compostos, poden reducir a vibración e o ruído, ter boa resistencia á cansaxe, son fáceis de reparar despois de danos e son fáceis de formar en todo. Por iso, poden ser usados para fabricar corpos de automóbiles, componentes cargadores, barreiras de transmisión, montaxes de motores e os seus componentes internos.

Nos campos da fabricación química, téxtil e máquinas. Un material composto de fibra de carbono e matriz de resina con boa resistencia á corrosión, que pode ser usado para fabricar equipamentos químicos, máquinas textiles, máquinas de papel, copiadores, ferramentas de máquinas de alta velocidade, instrumentos de precisión, etc.

\9315; campo médico. Os materiais compostos de fibras de carbono teñen propriedades mecánicas excelentes e non absorción de raios X, e poden ser usados para fabricar máquinas médicas de raios X e stents ortopédicos. Os materiais compostos de fibras de carbono tamén teñen biocompatibilidade e compatibilidade sanguínea, boa estabilidade nos ambientes biolóxicos, e tamén son usados como materiais biomédicos. Ademais, tamén se utilizan materiais compostos para fabricar equipos deportivos e como materiais de construción.

4. Material composto modificado do fosfato de circónio

Nos últimos anos, os nanocompositios de capas poliméricas/inorgánicas atraíron atención amplia debido ás súas propiedades excelentes en varios aspectos. Numerosos estudos mostraron que as propiedades mecánicas e térmicas dos materiais compostos poden mellorarse significativamente cun pequeno contido de rellenadores nano inorgánicas. Actualmente, houbo moitos estudos sobre os nanocompositios de materiais de capa inorgánica como montmorillonito e atapulgito con polímeros, pero hai poucas investigacións sobre os nanocompositios de polímero/fosfato de zircónio.

O laminado α - ZrP ten unha estrutura estábel e pode manter un laminado relativamente estábel mesmo despois da introdución do convidado na intercapa. Tamén ten unha gran capacidade de intercambio de ións e funciona unha proporción de aspecto controlábel e unha distribución de tamaño estreito de partículas, facendo adecuada para a preparación de nanocompositios inorgánicos polimeros/capas. Para aumentar o espazo entre capas do fosfato de zircónio, promover a súa delaminación na matriz de polímeros e mellorar a compatibilidade entre as capas do fosfato de zircónio e a matriz de polímeros, precisa modificación orgánica de a- ZrP. α - ZrP é xeralmente modificado con pequenas moléculas de aminas ou álcool mediante - reaccións de protonación de OH ou ligazóns de hidróxeno dentro e fóra das súas capas, e tamén pode ser intercalado con moléculas grandes. Porén, debido ao espazo entre capas pequenas, é difícil intercalar directamente moléculas grandes, e normalmente require un pequeno soporte de moléculas antes de intercalar con moléculas grandes.

Os salles cuaternarios de amonio de cadea longa (DMA- CMS) sintetizaron usando octadecildimetilamina (DMA) e p- clorometilstreno (CMS). O α- ZrP foi previamente soportado coa metilamina e entón intercambiouse con DMA- CMS para obter fosfato de circonio modificado orgánicamente (ZrP. DMA. CMS). O fosfato de zircónio tratado orgánicamente foi fusionado con PS para preparar nanocompositios de fosfato de zircónio PS/modificado orgánicamente, e estudáronse a súa estrutura e propriedades.

A análise XRD mostra que o sal de amonio cuaternario de cadea longa DMA- CMS é relativamente fácil de inserir entre as capas de α - ZrP despois do pré- soporte da metilamina. Despois da intercalación, a distancia entre as capas do fosfato de circonio aumenta de 0, 8 nm a 4, 0 nm e o efecto de intercalación é significativo. O material nanocomposico preparado mediante extrusión de xircónio modificado por ZrP DMA-CMS (ZrP DMA-CMS) e PS amplia aínda máis o espazo entre as capas de 4,0 nm e 4,3 nm en comparación con ZrP DMA-CMS, con algún polistireno entrando na intercapa de fosfato de zircónio.

A análise mecánica mostra que cando o contido do fosfato de zircónio é de 1%, a forza de tensión, o módulo elástico, a lonxitude ao descanso e a forza de impacto dos nanocompositios de fosfato de zircónio modificado orgánico aumentan 4%, 21%, 8% e 43%, respectivamente. Pero co aumento do contido de fosfato de zircónio, a forza de tensión, módulo elástico, a lonxitude ao descanso e a forza de impacto dos nanocompositios mostran unha tendencia cara baixo, e a forza, rigidez e dureza do material comezan a diminuir. A adición dunha cantidade apropiada de fosfato de circonio organico modificado ZrP DMA- CMS ten un certo efecto de fortalecimento e fortalecimento en PS.