1. Definizzjoni

Il-materjali komposti huma materjali ġodda ffurmati bl-ottimizzazzjoni u l-kombinazzjoni ta’ proprjetajiet differenti tal-komponenti tal-materjal bl-użu ta’ tekniki avvanzati ta’ preparazzjoni tal-materjal. Id-definizzjoni ġenerali ta’ materjali komposti teħtieġ li jiġu ssodisfati l-kundizzjonijiet li ġejjin:

(i) Il-materjali komposti għandhom ikunu artifiċjali u ddisinjati u mmanifatturati skont il-ħtiġijiet tan-nies;

(ii) Il-materjali komposti għandhom ikunu magħmulin minn żewġ komponenti materjali jew aktar b’proprjetajiet kimiċi u fiżiċi differenti, ikkombinati fil-forma, proporzjon u distribuzzjoni ddisinjati, b’interfaces ċari bejn kull komponent;

(iii) Għandha disinjabilità strutturali u tista' tintuża għad-disinn tal-istruttura komposta;

(iv) Il-materjali komposti mhux biss iżommu l-vantaġġi tal-prestazzjoni ta’ kull materjal komponent, iżda wkoll jiksbu prestazzjoni komprensiva li ma tistax tinkiseb minn materjal komponent wieħed permezz tal-komplementarjetà u l-korrelazzjoni tal-prestazzjoni ta’ kull komponent.

Il-materjali tal-matriċi ta’ materjali komposti huma maqsuma f’żewġ kategoriji: metalliċi u mhux metalliċi. Sustrati tal-metall użati b’mod komuni jinkludu l-aluminju, il-manjeżju, ir-ram, it-titanju, u l-ligi tagħhom. Sustrati mhux metalliċi jinkludu prinċipalment reżini sintetiċi, gomma, ċeramika, grafit, karbonju, eċċ. Il-materjali ewlenin ta’ rinfurzar jinkludu fibra tal-ħġieġ, fibra tal-karbonju, fibra tal-boron, fibra tal-aramid, fibra tal-karbur tas-silikon, fibra tal-asbestos, whiskers, u metalli.

2. Klassifikazzjoni

Il-materjali komposti huma taħlita. Għandha rwol sinifikanti f’ħafna oqsma, u ssostitwixxiet ħafna materjali tradizzjonali. Il-materjali komposti jinqasmu f’materjali komposti tal-metall għal materjali komposti tal-metall, materjali mhux tal-metall għal materjali komposti tal-metall, u materjali mhux tal-metall għal materjali komposti mhux tal-metall skont il-kompożizzjoni tagħhom. Skont il-karatteristiċi strutturali tagħha, tista’ tinqasam aktar fi:

\9312; Materjali komposti rinfurzati bil-fibra. Kompożiti diversi materjali rinfurzati bil-fibri fil-materjal tal-matriċi. Bħal plastik rinfurzat bil-fibra, metalli rinfurzati bil-fibra, eċċ.

\9313; Materjali komposti laminati. Kompost minn materjali tal-wiċċ u materjali tal-qalba bi proprjetajiet differenti. Normalment, il-materjal tal-wiċċ għandu saħħa għolja u huwa rqiq; Il-materjal ewlieni huwa ħafif u għandu saħħa baxxa, iżda għandu ċertu ebusija u ħxuna. Hija maqsuma f’żewġ tipi: sandwich solidu u sandwich tal-għasel.

Materjali komposti ħbub fin. Iddistribwixxi b’mod uniformi partiċelli iebsin fin fil-matriċi, bħal ligi msaħħa bid-dispersjoni, ċeramika tal-metall, eċċ.

Materjali komposti ibridi. Kompost minn żewġ materjali ta’ fażi ta’ rinfurzar jew aktar imħallta f’materjal ta’ fażi ta’ matriċi waħda. Meta mqabbel ma’ materjali komposti ta’ fażi waħda rinfurzata ordinarji, is-saħħa tal-impatt, is-saħħa tal-għeja u s-saħħa tal-ksur tagħha titjibu b’mod sinifikanti, u għandha proprjetajiet speċjali ta’ espansjoni termali. Diviża f’ibridi fis-saff intern, ibridi fis-saff intern, ibridi fis-sandwiċċ, ibridi fis-saff intern/intersaff, u materjali komposti super ibridi.

Il-materjali komposti jistgħu jinqasmu prinċipalment f’żewġ kategoriji: materjali komposti strutturali u materjali komposti funzjonali.

Il-materjali strutturali komposti huma materjali użati bħala strutturi li jġorru t-tagħbija, li huma bażikament magħmulin minn elementi ta’ rinfurzar li jistgħu jifilħu t-tagħbijiet u l-elementi tal-matriċi li jistgħu jgħaqqdu l-elementi ta’ rinfurzar f’materjal sħiħ filwaqt li jittrażmettu wkoll il-forzi. It-tisħiħ jinkludi diversi tipi ta’ ħġieġ, ċeramika, karbonju, polimeri, metalli, kif ukoll fibri naturali, drappijiet, whiskers, folji, u partiċelli, filwaqt li l-matriċi jinkludu polimeri (reżini), metalli, ċeramika, ħġieġ, karbonju, u siment. Diversi materjali strutturali komposti jistgħu jkunu magħmulin minn aġenti u matriċi ta’ rinforz differenti, u jissejħu wara l-matriċi użata, bħal materjali komposti bbażati fuq il-polimeru (reżina). Il-karatteristika tal-materjali strutturali komposti hija li jistgħu jiġu ddisinjati għall-għażla tal-komponenti skont ir-rekwiżiti tal-istress tal-materjal waqt l-użu, u aktar importanti, id-disinn tal-istruttura komposta jista’ jitwettaq ukoll, jiġifieri, id-disinn tal-arranġament ta’ rinfurzar, li jista’ raġonevolment jissodisfa l-ħtiġijiet u jiffranka l-materjali.

Il-materjali komposti funzjonali huma ġeneralment magħmulin minn komponenti funzjonali tal-ġisem u komponenti tal-matriċi. Il-matriċi mhux biss għandha rwol fil-formazzjoni tal-kompożizzjoni sħiħa, iżda tista’ tipproduċi wkoll funzjonijiet sinerġistiċi jew rinforzanti. Materjali komposti funzjonali jirreferu għal materjali komposti li jipprovdu proprjetajiet fiżiċi għajr proprjetajiet mekkaniċi. Pereżempju, il-konduttività, is-superkonduttività, is-semikonduttur, il-manjetiżmu, il-pieżoelettriku, l-umdità, l-assorbiment, it-trażmissjoni, il-frizzjoni, l-ilqugħ, ir-ritardanza tal-fjamma, ir-reżistenza għas-sħana, l-assorbiment tal-ħoss, l-iżolazzjoni, eċċ. jenfasizzaw ċert Kollettivament imsemmija bħala materjali komposti funzjonali. Il-materjali komposti funzjonali huma prinċipalment magħmulin minn korpi funzjonali, korpi rinforzanti, u matriċi. Korpi funzjonali jistgħu jkunu magħmulin minn materjal funzjonali wieħed jew aktar. Materjali komposti multifunzjonali jista’ jkollhom funzjonijiet multipli. Sadanittant, huwa possibbli wkoll li jiġu ġġenerati funzjonijiet ġodda minħabba effetti komposti. Materjali komposti multifunzjonali huma d-direzzjoni tal-iżvilupp ta’ materjali komposti funzjonali.

Il-materjali komposti jistgħu jinqasmu wkoll f’żewġ kategoriji: użati b’mod komuni u avvanzati.

Materjali komposti komuni bħall-ħġieġ tal-fibra huma magħmulin minn rinforzi ta’ prestazzjoni baxxa bħal fibri tal-ħġieġ u polimeri ordinarji għoljin (reżini). Minħabba l-prezz baxx tiegħu, intuża b’mod wiesa’ f’diversi oqsma bħall-bastimenti, il-vetturi, il-pajpijiet kimiċi u t-tankijiet tal-ħżin, l-istrutturi tal-bini, u t-tagħmir sportiv.

Materjali komposti avvanzati jirreferu għal materjali komposti magħmulin minn polimeri reżistenti għas-sħana ta’ prestazzjoni għolja bħall-fibra tal-karbonju u l-aramid. Għalkemm għandhom prestazzjoni eċċellenti, il-prezzijiet tagħhom huma relattivament għoljin, l-aktar użati fl-industrija tad-difiża, l-ajruspazju, makkinarju ta’ preċiżjoni, submersibbli tal-baħar fond, komponenti strutturali tar-robots, u tagħmir sportiv ta’ kwalità għolja.

3. Applikazzjoni

L-oqsma ewlenin ta’ applikazzjoni ta’ materjali komposti huma:

_;Il-kamp tal-ajruspazju. Minħabba l-istabbiltà termali tajba tagħhom, saħħa speċifika għolja, u ebusija, jistgħu jintużaw materjali komposti għall-manifattura ta’ ġwienaħ u korpi ta’ quddiem tal-inġenji tal-ajru, antenni bis-satellita u l-istrutturi ta’ appoġġ tagħhom, ġwienaħ u qoxra taċ-ċelloli solari, qoxra kbira tal-vetturi ta’ varar, qoxra tal-magna, komponenti strutturali tal-shuttle spazja

L-industrija tal-karozzi. Minħabba l-karatteristiċi speċjali li jnaqqsu l-vibrazzjoni tal-materjali komposti, jistgħu jnaqqsu l-vibrazzjoni u l-istorbju, ikollhom reżistenza tajba għall-għeja, ikunu faċli biex jissewwew wara l-ħsara, u huma faċli biex jiffurmaw b’mod ġenerali. Għalhekk, jistgħu jintużaw għall-manifattura ta’ korpi tal-karozzi, komponenti li jġorru t-tagħbija, xaftijiet ta’ trażmissjoni, immuntar tal-

Fl-oqsma tal-manifattura tal-kimika, tat-tessuti u tal-makkinarju. Materjal magħmul minn fibra tal-karbonju u matriċi tar-reżina b’reżistenza tajba għall-korrużjoni, li jista’ jintuża għall-manifattura ta’ tagħmir kimiku, magni tat-tessuti, magni tal-karta, kopjaturi, għodod tal-magni b’veloċità għolja, strumenti ta’ preċiżjoni, eċċ.

\9315; Qasam mediku. Il-materjali komposti tal-fibra tal-karbonju għandhom proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti u n-nuqqas ta’ assorbiment tar-raġġi X, u jistgħu jintużaw għall-manifattura ta’ magni mediċi tar-raġġi X u stents ortopediċi. Il-materjali komposti tal-fibra tal-karbonju għandhom ukoll bijokompatibbiltà u kompatibbiltà mad-demm, stabbiltà tajba fl-ambjenti bijoloġiċi, u jintużaw ukoll bħala materjali bijomediċi. Barra minn hekk, jintużaw ukoll materjali komposti għall-manifattura ta’ tagħmir sportiv u bħala materjali tal-bini.

4. Materjal kompost modifikat tal-fosfat taċ-ċirkonju

F’dawn l-a ħħar snin, in-nanokompositi b’saffi ta’ polimeri/inorganiċi attiraw attenzjoni mifruxa minħabba l-proprjetajiet eċċellenti tagħhom f’diversi aspetti. Bħalissa, kien hemm ħafna studji dwar in-nanokompositi ta’ materjali b’saff inorganiku bħal montmorillonite u attapulgite bil-polimeri, iżda hemm relattivament ftit riċerka dwar in-nanokompositi tal-polimer/fosfat taż-żirkonju.

Il-laminat α-ZrP għandu struttura stabbli u jista’ jżomm laminat relattivament stabbli anke wara l-introduzzjoni tal-mistieden fis-saff ta’ bejn is-saffi. Għandu wkoll kapaċit à kbira ta’ skambju ta’ joni u karatteristiċi proporzjon ta’ aspett kontrollabbli u distribuzzjoni tad-daqs tal-partikuli dejqa, li jagħmluha adatta għall-preparazzjoni ta’ nanokompositi inorganiċi polimeriċi/saffi. Biex jiżdied l-ispazju bejn is-saffi tal-fosfat taż-żirkonju, tiġi promossa d-delaminazzjoni tiegħu fil-matriċi tal-polimer, u tissaħħa ħ il-kompatibbiltà bejn is-saffi tal-fosfat taż-żirkonju u l-matriċi tal-polimer, hija meħtieġa modifika organika ta’ a-ZrP. α - ZrP ġeneralment jiġi modifikat b’amini molekulari żgħar jew alkoħoli permezz ta’ - reazzjonijiet ta’ protonazzjoni OH jew irbit ta’ idroġenu ġewwa u barra s-saffi tagħhom, u jista’ wkoll jiġi intersalat ma’ molekuli kbar. Madankollu, minħabba l-ispazju bejn is-saffi żgħar, huwa diffiċli li jiġu intersalati direttament molekuli kbar, u normalment jeħtieġ appoġġ minn qabel ta’ molekuli żgħar qabel ma jinbidlu ma’ molekuli kbar.

Imluħa kwaternarji tal-ammonju b’katina twila (DMA-CMS) ġew sintetizzati bl-użu ta’ octadecyldimethylamine (DMA) u p-chloromethylstyrene (CMS). Imbagħad il-fosfat taż-żirkonju kkurat b’mod organiku kien imħallat ma’ PS biex jipprepara n-nanokompositi tal-fosfat taż-żirkonju modifikat b’mod organiku, u l-istruttura u l-proprjetajiet tagħhom ġew studjati.

L-analiżi XRD turi li DMA-CMS tal-melħ tal-ammonju kwaternarju b’katina twila huwa relattivament faċli li jiddaħħal bejn is-saffi ta’ α - ZrP wara l-appoġġ minn qabel tal-metilamina. Wara l-interkalizzazzjoni, id-distanza bejn is-saffi tal-fosfat taż-żirkonju tiżdied minn 0.8 nm għal 4.0 nm, u l-effett tal-interkalizzazzjoni huwa sinifikanti. Il-materjal nanokompożitorju ppreparat bl-estrazzjoni b’kamin doppju ta’ ZrP DMA-CMS modifikat fosfat taż-żirkonju (ZrP DMA-CMS) u PS jespandi aktar l-ispazju bejn is-saffi minn 4.0 nm għal 4.3 nm meta mqabbel ma’ ZrP DMA-CMS, b’xi polistiren jidħol fis-saff bejn is-saffi tal-fosfat taż-żirkonju.

Analiżi mekkanika turi li meta l-kontenut tal-fosfat taż-żirkonju jkun ta’ 1%, is-saħħa tat-tensjoni, il-modulu elastiku, it-titwil fil-ksur, u s-saħħa tal-impatt tan-nanokompositi tal-fosfat taż-żirkonju modifikat organiku jiżdiedu b’4%, 21%, 8%, u 43%, rispettivament. Iżda biż-żieda fil-kontenut tal-fosfat taż-żirkonju, is-saħħa tat-tensjoni, il-modulu elastiku, it-titwil fil-ksur, u s-saħħa tal-impatt tan-nanokompositi juru xejra ’l isfel, u s-saħħa, ir-riġidità, u l-ebusija tal-materjal jibdew jonqsu. Iż-żieda ta’ ammont xieraq ta’ żirkonju fosfat organiku modifikat ZrP DMA-CMS għandha ċertu effett ta’ tisħiħ u tisħiħ fuq PS.