1. 정의

복합재료는 사람들이 선진적인 재료제조기술을 운용하여 부동한 성질의 재료를 조합하여 최적화하여 조합한 신소재이다.일반적으로 정의된 복합 재료는 다음 조건을 충족해야 합니다.

(i) 복합재료는 반드시 인조여야 하며 사람들이 수요에 따라 설계제조한 재료여야 한다.

(ii) 복합재료는 반드시 두 가지 또는 두 가지 이상의 화학, 물리적 성질이 다른 재료로 구성되어 설계된 형식, 비례, 분포로 조합되어야 하며, 각 성분 사이에는 뚜렷한 인터페이스가 존재한다;

(iii) 그것은 구조 설계 가능성을 가지고 있으며 복합 구조 설계를 할 수 있다;

(iv) 복합재료는 각 조분 재료의 성능의 장점을 유지할 뿐만 아니라 각 조분 성능의 상호 보완과 관련을 통해 단일 구성 재료가 도달할 수 없는 종합 성능을 얻을 수 있다.

복합재료의 기체재료는 금속과 비금속 두 종류로 나뉜다.금속 기체에는 알루미늄, 마그네슘, 구리, 티타늄과 그 합금이 상용된다.비금속기체는 주로 합성수지, 고무, 도자기, 흑연, 탄소 등이 있다.강화재료는 주로 유리섬유, 탄소섬유, 붕소섬유, 방향성섬유, 탄화규소섬유, 석면섬유, 결정수염, 금속이다.

2. 분류

복합재료는 일종의 혼합물이다.많은 분야에서 많은 전통적인 재료를 대체하는 큰 역할을 했다.복합재료는 그 구성에 따라 금속과 금속 복합재료, 비금속과 금속 복합재료, 비금속과 비금속 복합재료로 나뉜다.구조적 특성에 따라 다음과 같이 나뉩니다.

① 섬유강화 복합재료.각종 섬유 증강체를 기체 재료 안에 넣고 복합하여 만든다.예를 들어 섬유 강화 플라스틱, 섬유 강화 금속 등.

② 메자닌 복합재료.성질이 다른 표면 재료와 심재를 조합하여 만들었다.보통 면재는 강도가 높고 얇습니다.코어 소재는 가볍고 강도는 낮지만 강도와 두께가 일정합니다.솔리드 메자닌과 벌집 메자닌 두 종류로 나뉜다.

③ 세립복합재료.강화합금, 금속도자기 등을 미산하는 등 경질의 세립자를 기체에 균일하게 분포시킨다.

④ 복합재료를 섞는다.두 가지 또는 두 가지 이상의 증강상 재료가 한 가지 기체상 재료에 혼합되어 구성된다.일반 단증강상복합재료에 비해 충격강도, 피로강도와 단열근성이 뚜렷이 제고되였고 특수한 열팽창성능을 갖고있다.층내 혼합, 층간 혼합, 코어 혼합, 층내/층간 혼합과 초혼합 복합재료로 나뉜다.

복합재료는 주로 구조복합재료와 기능복합재료 두 종류로 나눌 수 있다.

구조복합재료는 승력구조로 사용되는 재료로 기본적으로 하중을 견딜 수 있는 증강체 조원과 연결할 수 있는 증강체가 전체 재료가 됨과 동시에 전달력 작용을 하는 기체 조원으로 구성된다.증강체는 각종 유리, 도자기, 탄소, 고중합물, 금속 및 천연섬유, 직물, 수정수염, 편재와 과립 등을 포함하며 기체는 고중합물 (수지), 금속, 도자기, 유리, 탄소와 시멘트 등이 있다.서로 다른 증강체와 서로 다른 기체로 명목이 많은 구조 복합재료를 구성할 수 있으며, 고중합체 (수지) 기 복합재료 등 사용하는 기체로 명명할 수 있다.구조복합재료의 특징은 재료가 사용중에 힘을 받는 요구에 따라 조원선재설계를 진행할수 있으며 더욱 중요한것은 복합구조설계, 즉 증강체배포설계도 진행할수 있어 수요를 합리하게 만족시키고 재료를 절약할수 있다는것이다.

기능복합재료는 일반적으로 기능체조원과 기체조원으로 구성되는데 기체는 전체를 구성하는 역할을 할뿐만아니라 협동하거나 기능을 강화하는 역할을 할수 있다.기능 복합재료는 기계적 성능 이외에 다른 물리적 성능을 제공하는 복합재료를 말한다.례를 들면 전도, 초전도, 반전도, 자성, 압전, 저니, 흡파, 투파, 마찰, 차폐, 난연, 방열, 흡음, 단열 등이 어느 한 기능을 두드러지게 한다.통칭 기능 복합재료.기능 복합재료는 주로 기능체와 증강체 및 기체로 구성된다.기능체는 하나 이상의 기능 재료로 구성될 수 있다.다원적 기능체의 복합재료는 여러 가지 기능을 가질 수 있다.복합효과로 인해 새로운 기능이 생길 수도 있다.다기능 복합재료는 기능 복합재료의 발전 방향이다.

복합재료도 상용과 선진 두 종류로 나눌 수 있다.

유리강과 같은 상용 복합재료는 유리섬유 등 성능이 낮은 증강체와 일반 고중합체 (수지) 로 구성된다.그것의 가격이 저렴하기 때문에 대량으로 발전할 수 있었고, 이미 선박, 차량, 화학공업 파이프와 저장탱크, 건축 구조, 체육 용품 등 방면에 광범위하게 사용되었다.

선진복합재료는 탄소섬유, 방향성 등 고성능 강화체로 고성능 내열 고중합체로 구성된 복합재료를 가리키며, 후에 금속기, 도자기와 탄소 (흑연) 기 및 기능 복합재료를 포함한다.그들의 성능은 비록 우수하지만 가격은 상대적으로 높으며 주로 국방공업, 항공우주, 정밀기계, 심잠기, 로보트구조부품과 고급체육용품 등에 사용된다.

3. 응용

복합재료의 주요 응용분야는 다음과 같다.

① 항공우주 분야.복합재료는 열 안정성이 좋고 강도, 강도보다 높기 때문에 항공기 날개와 앞동체, 위성 안테나 및 그 지지구조, 태양전지 날개와 외피, 대형 운반 로켓의 하우징, 엔진 하우징, 우주왕복선 구조물 등을 제조하는 데 사용할 수 있다.

② 자동차 산업.복합재료는 특수한 진동 저항 특성을 가지고 있기 때문에 소음을 줄이고 낮출 수 있으며 피로 저항 성능이 좋고 손상 후 수리하기 쉬우며 전체 성형에 편리하기 때문에 자동차 차체, 수력 부재, 전동 축, 엔진 프레임 및 그 내부 부재를 제조하는 데 사용할 수 있다.

③ 화학, 섬유 및 기계 제조 분야.내식성이 좋은 탄소섬유와 수지기체를 복합하여 만든 재료로 화학공업설비, 방직기, 제지기, 복사기, 고속선반, 정밀기기 등을 제조하는데 사용할수 있다.

④ 의학 분야.탄소섬유 복합재료는 우수한 역학적 성능과 X선을 흡수하지 않는 특성이 있어 의료용 엑스레이 기계와 정형 지지대 등을 만드는 데 활용할 수 있다.탄소섬유복합재료는 생체조직 상용성과 혈액 상용성도 갖춰 생체환경에서 안정성이 뛰어나 생체의학 소재로도 쓰인다.이 밖에 복합재료는 스포츠 기구 제조와 건축자재 등으로 쓰인다.

4. 인산 지르코늄 변성 복합 재료

최근 몇 년 동안 폴리머/무기층상 나노 복합재료는 다방면의 우수한 성능으로 인해 이미 사람들의 광범위한 관심을 불러일으켰으며, 대량의 연구는 나노 무기충전재 함량이 매우 적은 상황에서 복합재료의 역학적 성능, 열성능 등이 뚜렷하게 개선될 수 있다는 것을 보여준다.현재 몬탈토, 요철봉토 등 무기층상물과 폴리머의 나노복합재료에 대한 연구는 적지 않지만 폴리머/인산지르코늄 나노복합재료에 대한 연구는 상대적으로 적다.

α-ZrP 층판은 구조가 안정적이고 객체가 층간에 도입된 후에도 여전히 비교적 안정적인 층판을 유지할 수 있으며 이온교환 용량이 크고 장경비 제어 가능 및 입자 크기 분포가 좁은 등의 특징을 가지고 있어 중합체/층상 무기 나노 복합재료 제조에 응용할 수 있다.인산 지르코늄 조각층의 간격을 넓히고 폴리머 기체에서의 박리를 촉진하는 동시에 인산 지르코늄 조각층과 폴리머 기체의 상용성을 증가시키기 위해 a-ZrP를 유기적으로 수식해야 한다.α-ZrP는 일반적으로 소분자의 아민이나 알코올로 그 층판 내외의 -OH 양성자화 반응 또는 수소 결합 작용을 통해 유기적으로 수식하며, 대분자 삽입도 할 수 있지만, 그 층판 간격이 비교적 작기 때문에 대분자가 직접 삽입하는 것은 비교적 어려우며, 일반적으로 소분자가 미리 지탱한 후 다시 대분자와 교환해야 한다.

18 알킬디메틸아민 (DMA) 과 대염화메틸화스티렌 (CMS) 을 합성하여 긴 사슬계 암모늄염 (DMA-CMS) 을 만들었고, 알파-ZrP 는 메틸아민 예지 후 DMA-CMS 와 교환하여 유기 수식 인산 지르코늄 (ZrP.DMA.CMS) 을 얻었다.이 유기화 처리된 인산 지르코늄은 PS 용융과 다시 PS/유기 수식 인산 지르코늄 나노 복합재료를 혼합해 구조와 성능을 연구했다.

XRD 분석에 따르면 긴 체인 티아민염 DMA-CMS는 메틸아민이 미리 받쳐진 후 알파-ZrP의 층판 사이에 비교적 쉽게 삽입할 수 있으며, 삽입 후 인산 지르코늄 층간 거리가 0.8nm에서 4.0nm로 확대되어 삽입 효과가 뚜렷하다.DMA-CMS로 손질된 인산 지르코늄 (ZrP-DMA-CMS) 과 PS가 이중 스크루를 통해 짜낸 나노 복합재료는 ZrP-DMA-CMS에 비해 4.0nm에서 4.3nm로 층간 간격이 더 넓어졌고, 일부 폴리스티렌은 인산 지르코늄의 층판 사이로 들어갔다.

역학 분석에 따르면 인산 지르코늄 함량이 1%일 때 PS/유기 수식 인산 지르코늄 나노 복합재료의 인장 강도, 탄성 계량, 단열 신장률 및 충격 강도는 각각 4%, 21%, 8%, 43% 높아졌다.그러나 지르코늄 인산 함량이 증가함에 따라 나노복합재료의 인장 강도, 탄성 계량, 단열 신장률 및 충격 강도가 하향 추세를 보이면서 재료의 강도와 강성, 근성이 모두 떨어지기 시작했다.적당량의 유기농 수식 지르코늄 ZrP-DMA-CMS를 첨가하면 PS에 일정한 강화 강인 효과가 있다.