1. Definícia

Kompozitné materiály sú nové materiály vytvorené optimalizáciou a kombináciou rôznych vlastností materiálnych komponentov s použitím pokročilých techník prípravy materiálu. Všeobecná definícia zložených materiálov si vyžaduje splnenie týchto podmienok:

i) Kompozitné materiály musia byť umelé a navrhnuté a vyrobené podľa potrieb ľudí;

ii) Kompozitné materiály musia byť zložené z dvoch alebo viacerých materiálových zložiek s rôznymi chemickými a fyzickými vlastnosťami, kombinovaných v navrhnutej forme, pomere a distribúcii s jasnými rozhraniami medzi každou zložkou;

iii) má štrukturálnu dizajnovateľnosť a môže sa použiť na dizajnovanie zloženej štruktúry;

iv) Kompozitné materiály nielen zachovávajú výhody výkonnosti každého materiálu zložky, ale aj dosiahnu komplexnú výkonnosť, ktorú nemožno dosiahnuť jediným materiálom zložky prostredníctvom komplementárnosti a korelácie výkonnosti každej zložky.

Materiály matrice zo zložených materiálov sú rozdelené na dve kategórie: kovové a nekovové. Obyčajne používané kovové substráty zahŕňajú hliník, horčík, medi, titán a ich zliatiny. Nekovové substráty zahŕňajú najmä syntetické živice, kaučuk, keramiku, grafit, uhlík atď. Hlavné posilňujúce materiály zahŕňajú sklené vlákno, uhlíkové vlákno, bórové vlákno, aramidné vlákno, kremičité karbidné vlákno, azbestové vlákno, whiskers a kovy.

2. Klasifikácia

Zložené materiály sú zmes. V mnohých oblastiach zohráva významnú úlohu a nahrádza mnoho tradičných materiálov. Kompozitné materiály sa rozdelia na kovové kompozitné materiály, nekovové na kovové kompozitné materiály a nekovové na nekovové kompozitné materiály podľa ich zloženia. Podľa jej štrukturálnych vlastností sa môže ďalej rozdeliť na:

\9312; Kompozitné materiály posilnené vláknami. Zložiť rôzne materiály posilnené vláknami v materiáli matrice. Napríklad plasty posilnené vláknami, vláknami posilnené kovy atď.

\9313; Laminované zložené materiály. Pozostáva z povrchových materiálov a jadrových materiálov s rôznymi vlastnosťami. Obyčajne má povrchový materiál vysokú silu a je tenký; Hlavný materiál je ľahký a má nízku silu, ale má určit ú tvrdosť a hrúbku. Je rozdelený na dva typy: pevný sendvič a medový sendvič.

③ Pekné zrnené kompozitné materiály. Jednotne rozdeliť tvrdé jemné častice v matrici, ako sú zliatiny posilnené rozptýlením, kovová keramika atď.

Hybridné zložené materiály. Pozostáva z dvoch alebo viacerých posilňujúcich fázových materiálov zmiešaných v jednom materiále fázy matrice. V porovnaní s bežnými zloženými materiálmi jednotlivej posilnenej fázy sa výrazne zlepšuje jeho nárazová sila, únava a pevnosť zlomeniny a má osobitné vlastnosti tepelnej expanzie. Rozdelené na hybridné, hybridné v medzivrstvách, hybridné sendviče, hybridné v rámci/medzi vrstvami a super hybridné zložené materiály.

Kompozitné materiály sa môžu rozdeliť hlavne na dve kategórie: štrukturálne kompozitné materiály a funkčné kompozitné materiály.

Štrukturálne zložené materiály sú materiály používané ako nosné konštrukcie, ktoré sú v podstate zložené z posilňujúcich prvkov, ktoré môžu odolať zaťa ženiu a matricovým prvkom, ktoré môžu spájať posilňujúce prvky do celého materiálu a zároveň prenášať sily. Posilnenia zahŕňajú rôzne typy skla, keramiky, uhlíka, polymérov, kovov, ako aj prírodné vlákna, tkaniny, whiskers, listy a častíc, zatiaľ čo matrice zahŕňajú polyméry (živice), kovy, keramiku, sklo, uhlík a cement. Rôzne štrukturálne zložené materiály sa môžu skladať z rôznych posilňujúcich látok a matricí a môžu sa označovať podľa použitej matrice, ako sú zložené materiály na báze polymérov (živice). Charakteristikou štrukturálnych zložených materiálov je, že môžu byť navrhnuté na výber komponentov v s úlade s požiadavkami stresu materiálu počas používania, a čo je dôležitejšie, možno navrhnúť aj konštrukciu zloženej štruktúry, t. j. navrhnúť posilnenie zariadenia, ktoré môže primerane spĺňať potreby a zachrániť materiály.

Funkčné zložené materiály sú vo všeobecnosti zložené z funkčných zložiek tela a komponentov matrice. Matrixa zohráva nielen úlohu pri tvorbe celého, ale môže tiež vytvárať synergické alebo posilňujúce funkcie. Funkčné zložené materiály sa vzťahujú na zložené materiály, ktoré poskytujú iné fyzické vlastnosti ako mechanické vlastnosti. Napríklad vodičnosť, nadvodičnosť, polovodič, magnetizmus, piezoelektrická energia, vlhkosť, absorpcia, prenos, trinutie, štít, zadržiavanie plameňa, tepelná rezistencia, absorpcia zvuku, izolácia atď. zdôrazňujú určitú funkciu. Kolektívne označené ako funkčné zložené materiály. Funkčné zložené materiály pozostávajú najmä z funkčných orgánov, posilňujúcich orgánov a matricí. Funkčné telá môžu byť zložené z jedného alebo viacerých funkčných materiálov. Viacnásobné zložené materiály môžu mať viaceré funkcie. Medzitým je tiež možné vytvoriť nové funkcie v dôsledku zložených účinkov. Viacnásobné zložené materiály sú smerom vývoja funkčných zložených materiálov.

Zložené materiály sa môžu rozdeliť aj na dve kategórie: be žne používané a pokročilé.

Časté zložené materiály, ako je vláknové sklo, pozostávajú z nízkovýkonných posilnení, ako sú sklené vlákna a bežné vysoké polyméry (živice). Vzhľadom na nízku cenu sa používal vo veľkej miere v rôznych oblastiach, ako sú lode, vozidlá, chemické potrubie a skladovacie nádrže, stavebné štruktúry a športové zariadenia.

Pokračované zložené materiály sa vzťahujú na zložené materiály zložené z polymérov vysokoúčinne tepelne rezistentných, ako sú uhlíkové vlákna a aramid. Ďalej boli zahrnuté aj zložené materiály na báze kovov, keramických, uhlíkových (grafitových) a funkčných. Hoci majú vynikajúcu výkonnosť, ceny sú relatívne vysoké, najmä používané v obrannom priemysle, v leteckom priestore, presných strojoch, hlbokomorských ponorkách, robotových štrukturálnych komponentoch a vysokoškolských športových zariadeniach.

3. Uplatňovanie

Hlavnými oblasťami použitia zložených materiálov sú:

Letecké pole. Vzhľadom na ich dobrú tepelnú stabilitu, vysokú špecifickú silu a pevnosť sa môžu na výrobu lietadiel krídel a predných tiel, satelitných antény a ich podporných konštrukcií, solárnych buniek krídel a oblúk, veľkých oblúk spustených vozidiel, oblúk motora, štrukturálnych komponentov vesmírneho shuttle atď. používať zložené materiály.

Automobilný priemysel. Vzhľadom na osobitné vibračné vlhké vlastnosti zložených materiálov môžu znižovať vibráciu a hluk, majú dobrú únavu, sú ľahké opraviť po poškodení a sú ľahké tvoriť ako celok. Preto sa môžu používať na výrobu automobilových telov, nákladných komponentov, prenosových šachtov, montážnych motorov a ich vnútorných komponentov.

v oblastiach chemickej, textilnej a strojovej výroby. Materiál pozostávajúci z uhlíkových vlákien a živice s dobrou odolnosťou proti korózii, ktorý sa môže používať na výrobu chemických zariadení, textilných strojov, papierových strojov, kopírovacích zariadení, vysokorýchlostných strojových nástrojov, presných nástrojov atď.

Medzinárodné pole. Kompozitné materiály uhlíkových vlákien majú vynikajúce mechanické vlastnosti a neebsorpciu röntgenových žiarov a môžu sa používať na výrobu lekárskych röntgenových strojov a ortopedných stentov. Zložené materiály uhlíkových vlákien majú tiež biokompatibilitu a kompatibilitu krvi, dobrú stabilitu v biologických prostrediach a používajú sa aj ako biomedicínske materiály. Okrem toho sa zložené materiály používajú aj na výrobu športových zariadení a ako stavebné materiály.

4. modifikovaný zložený materiál fosforečnanu cirkónového

V posledných rokoch sa z dôvodu ich vynikajúcich vlastností v rôznych aspektoch venovala široká pozornosť polymérovým/anorganickým vrstvovým nanokompozitom. V súčasnosti sa vykonali mnohé štúdie nanokompozitov neorganických vrstvových materiálov, ako je montmorillonit a attapulgit s polymérmi, ale výskum nanokompozitov polyméru/cirkóniumfosfátu je relatívne málo.

Laminát α – ZrP má stabilnú štruktúru a môže udržiavať relatívne stabilný laminát aj po zavedení hosťa do medzivrstvy. Má tiež veľkú výmennú kapacitu iónov a má kontrolovateľný pomer aspektov a úzku distribuciu veľkosti častíc, čo ju umožňuje vhodnú na prípravu polymérových/vrstvových anorganických nanokompozitov. Na zvýšenie medzivrstvového priestoru cirkóniumfosfátu je potrebná organická úprava a-ZrP, podporiť jeho delamináciu v polymérovej matrici a zvýšiť kompatibilitu medzi vrstvami cirkóniumfosfátu a polymérovej matrice. α - ZrP sa vo všeobecnosti modifikuje s malými molekulnými amínmi alebo alkoholmi prostredníctvom protonácií OH alebo väzby vodíka vo vnútri a mimo ich vrstvy a môže sa tiež spájať s veľkými molekulami. Avšak vzhľadom na malý prierez medzi vrstvami je ťažké priamo prepájať veľké molekuly a zvyčajne si vyžaduje malú molekulnú predpodporu pred výmenou s veľkými molekulami.

Dlhý reťazec kvaternárnych amónnych soli (DMA- CMS) sa syntetizovali pomocou oktadecyldimetylamínu (DMA) a p- chlórmetylstyrénu (CMS). α - ZrP sa predtým podporoval metylamínom a potom sa vymenil s DMA- CMS na získanie organicky modifikovaného zirkónového fosfátu (ZrP. DMA. CMS). Ekologicky liečený cirkóniumfosfát sa potom roztopil s PS na prípravu nanokompozitov PS/organicky modifikovaného cirkóniumfosfátu a skúmali sa ich štruktúra a vlastnosti.

Analýza XRD ukazuje, že DMA-CMS kvaternárnej amónnej soli dlhého reťazca je pomerne ľahké vložiť medzi vrstvy α - ZrP po predpodpore metylamínu. Po interkaliácii sa medzivrstvová vzdialenosť cirkóniumfosfátu zvyšuje z 0,8 nm na 4,0 nm a interkaliačný účinok je významný. Nanokompozitný materiál pripravený dvojstrannou extrusiou ZrP DMA-CMS modifikovaného cirkóniumfosfátu (ZrP DMA-CMS) a PS ďalej rozširuje medzivrstvový priestor z 4,0 nm na 4,3 nm v porovnaní s ZrP DMA-CMS, pričom niektorý polystyrén vstupuje do medzivrstvy cirkóniumfosfátu.

Mechanická analýza ukazuje, že keď obsah fosforečnanu cirkónia je 1 %, ťahová sila, elastický modul, predĺženie pri prerušení a nárazová sila nanokompozitov PS/organického modifikovaného fosforečnanu cirkónia sa zvýšia o 4 %, 21 %, 8 % a 43 %. Avšak s zvýšením obsahu fosforečnanu cirkónového, ťahovou silou, elastickým modulom, predĺžením pri rozbití a nárazovou silou nanokompozitov sa ukazuje klesajúci trend a sila, pevnosť a tvrdosť materiálu začínajú klesať. Pridanie vhodného množstva organicky modifikovaného cirkóniumového fosfátu ZrP DMA-CMS má určitý posilňujúci a tvrdší účinok na PS.