1. Definition

Kompositmaterial är nya material som bildas genom att optimera och kombinera olika egenskaper hos materialkomponenter med hjälp av avancerade materialberedningstekniker. Den allmänna definitionen av kompositmaterial kräver att följande villkor är uppfyllda:

i) Kompositmaterial skall vara konstgjorda och konstruerade och tillverkade enligt människors behov.

ii) Kompositmaterial skall bestå av två eller flera materialkomponenter med olika kemiska och fysikaliska egenskaper, kombinerade i den konstruerade formen, proportionen och fördelningen, med tydliga gränssnitt mellan varje komponent.

(iii) Den har strukturell designbarhet och kan användas för kompositkonstruktion.

(iv) Kompositmaterial bibehåller inte bara fördelarna med varje komponentmaterials prestanda, utan uppnår också omfattande prestanda som inte kan uppnås av ett enda komponentmaterial genom komplementaritet och korrelation mellan varje komponents prestanda.

Matrismaterialen i kompositmaterial är indelade i två kategorier: metalliska och icke-metalliska. Vanligt använda metallsubstrat inkluderar aluminium, magnesium, koppar, titan och deras legeringar. Icke metalliska substrat inkluderar främst syntetharts, gummi, keramik, grafit, kol, etc. De viktigaste förstärkningsmaterialen inkluderar glasfiber, kolfiber, borfiber, aramidfiber, kiselkarbidfiber, asbestfiber, whiskers och metaller.

2. Klassificering

Kompositmaterial är en blandning. Det har spelat en viktig roll på många områden och ersatt många traditionella material. Kompositmaterial är indelade i metall till metall kompositmaterial, icke-metall till metall kompositmaterial och icke-metall till icke-metall kompositmaterial enligt deras sammansättning. Enligt dess strukturella egenskaper kan den ytterligare delas in i:

① Fiberförstärkade kompositmaterial. Sammansatt olika fiberförstärkta material inom matrismaterialet. Som fiberförstärkta plaster, fiberförstärkta metaller etc.

② Laminerade kompositmaterial. Består av ytmaterial och kärnmaterial med olika egenskaper. Vanligtvis har ytmaterialet hög hållfasthet och är tunt; Kärnmaterialet är lätt och har låg hållfasthet, men det har en viss styvhet och tjocklek. Den är uppdelad i två typer: solid smörgås och honeycomb smörgås.

② Finkorniga kompositmaterial. Fördela hårda fina partiklar enhetligt i matrisen, såsom dispersionsförstärkta legeringar, metallkeramik etc.

② Hybridkompositmaterial. Består av två eller flera armeringsfasmaterial blandade i ett matrisfasmaterial. Jämfört med vanliga enfaskompositmaterial förbättras dess slaghållfasthet, utmattningsstyrka och brotthållfasthet avsevärt och det har speciella termiska expansionsegenskaper. Uppdelad i intra layer hybrid, inter layer hybrid, sandwich hybrid, intra / inter layer hybrid och super hybrid kompositmaterial.

Kompositmaterial kan huvudsakligen delas in i två kategorier: strukturella kompositmaterial och funktionella kompositmaterial.

Strukturkompositmaterial är material som används som bärande strukturer, som i grund och botten består av förstärkningselement som tål belastningar och matriselement som kan ansluta förstärkningselementen till ett helt material samtidigt som de överför krafter. Förstärkningar inkluderar olika typer av glas, keramik, kol, polymerer, metaller, liksom naturliga fibrer, tyger, whiskers, ark och partiklar, medan matriser inkluderar polymerer (hartser), metaller, keramik, glas, kol och cement. Olika strukturella kompositmaterial kan bestå av olika förstärkningsmedel och matriser, och namnges efter den matris som används, såsom polymer (harts) baserade kompositmaterial. Karakteristiken hos strukturella kompositmaterial är att de kan utformas för komponentval enligt kraven på materialets stress under användning, och viktigare är att kompositstrukturen också kan utföras, det vill säga armeringsarrangemangsdesign, som rimligen kan uppfylla behoven och spara material.

Funktionella kompositmaterial består i allmänhet av funktionella kroppskomponenter och matriskomponenter, matrisen spelar inte bara en roll för att bilda helheten, utan kan också producera synergistiska eller förstärkande funktioner. Funktionella kompositmaterial avser kompositmaterial som ger andra fysiska egenskaper än mekaniska egenskaper. Till exempel, konduktivitet, supraledande förmåga, halvledare, magnetism, piezoelektricitet, dämpning, absorption, överföring, friktion, skärmning, flamskyddsförmåga, värmemotstånd, ljudabsorption, isolering etc. belyser en viss funktion. Kollektivt kallade funktionella kompositmaterial. Funktionella kompositmaterial består huvudsakligen av funktionella kroppar, förstärkande kroppar och matriser. Funktionella kroppar kan bestå av ett eller flera funktionella material. Multifunktionella kompositmaterial kan ha flera funktioner. Samtidigt är det också möjligt att generera nya funktioner på grund av sammansatta effekter. Multifunktionella kompositmaterial är utvecklingsriktningen för funktionella kompositmaterial.

Kompositmaterial kan också delas in i två kategorier: allmänt använda och avancerade.

Vanliga kompositmaterial som glasfiber består av lågpresterande förstärkningar såsom glasfibrer och vanliga högpolymerer (hartser). På grund av sitt låga pris har den använts i stor utsträckning inom olika områden såsom fartyg, fordon, kemiska rörledningar och lagringstankar, byggnadsstrukturer och sportutrustning.

Avancerade kompositmaterial avser kompositmaterial som består av högpresterande värmebeständiga polymerer som kolfiber och aramid och senare inkluderades metallbaserade, keramiska, kolbaserade (grafitbaserade) och funktionella kompositmaterial. Även om de har utmärkt prestanda, är deras priser relativt höga, främst används inom försvarsindustrin, flyg, precisionsmaskiner, djuphavsdränkbara, robotstrukturella komponenter och avancerad sportutrustning.

3. Tillämpning

De viktigaste tillämpningsområdena för kompositmaterial är:

① Aerospace field. På grund av deras goda termiska stabilitet, höga specifika hållfasthet och styvhet kan kompositmaterial användas för tillverkning av flygplansvingar och framkroppar, satellitantenner och deras stödstrukturer, solcellsvingar och skal, stora uppskjutningsfordon, motorskal, rymdskyttelsstrukturella komponenter, etc.

② Bilindustrin. På grund av kompositmaterialens speciella vibrationsdämpningsegenskaper kan de minska vibrationer och buller, ha bra trötthetsmotstånd, är lätta att reparera efter skador och är lätta att bilda som helhet.Därför kan de användas för att tillverka bilkarosser, bärande komponenter, växellådsaxlar, motorfästen och deras interna komponenter.

② Inom områdena kemisk, textil och maskintillverkning. Ett material som består av kolfiber och hartsmatris med god korrosionsbeständighet, som kan användas för att tillverka kemisk utrustning, textilmaskiner, pappersmaskiner, kopiatorer, höghastighetsmaskiner, precisionsinstrument etc.

② Medicinskt område. Kolfiberkompositmaterial har utmärkta mekaniska egenskaper och icke absorption av röntgenstrålar, och kan användas för att tillverka medicinska röntgenmaskiner och ortopediska stent. Kolfiberkompositmaterial har också biokompatibilitet och blodkompatibilitet, god stabilitet i biologiska miljöer och används också som biomedicinskt material. Dessutom används kompositmaterial även för tillverkning av sportutrustning och som byggmaterial.

4. Zirkoniumfosfatmodifierat kompositmaterial

Under de senaste åren har polymer/oorganiska skiktade nanokompositer fått stor uppmärksamhet på grund av deras utmärkta egenskaper i olika aspekter.Många studier har visat att de mekaniska och termiska egenskaperna hos kompositmaterial kan förbättras avsevärt med ett litet innehåll av nanooorganiska fyllnadsmedel. För närvarande har det gjorts många studier på nanokompositer av oorganiska skiktade material som montmorillonit och attapulgit med polymerer, men det finns relativt lite forskning på polymer / zirkoniumfosfat nanokompositer.

α - ZrP laminatet har en stabil struktur och kan bibehålla ett relativt stabilt laminat även efter att gästen introducerats i mellanskiktet. Det har också en stor jonutbyteskapacitet och har kontrollerbart bildförhållande och smal partikelstorleksfördelning, vilket gör det lämpligt för beredning av polymer/skiktade oorganiska nanokompositer. För att öka mellanskiktet av zirkoniumfosfat, främja dess delaminering i polymermatrisen och förbättra kompatibiliteten mellan zirkoniumfosfatskikt och polymermatrisen krävs organisk modifiering av a-ZrP. α - ZrP modifieras i allmänhet med små molekylaminer eller alkoholer genom OH protonationsreaktioner eller vätebind inuti och utanför deras lager, och kan också interkaleras med stora molekyler. På grund av det lilla mellanskiktsavdelningen är det dock svårt att direkt interkalera stora molekyler, och kräver vanligtvis små molekyler förstöd innan de byts med stora molekyler.

Långkedjiga kvaternära ammoniumsalter (DMA- CMS) syntetiserades med oktadecyldimetylamin (DMA) och p- klorometylstyren (CMS). α- ZrP fördes med metylamin och byttes sedan ut med DMA- CMS för att erhålla organiskt modifierat zirkoniumfosfat (ZrP. DMA. CMS). Det organiskt behandlade zirkoniumfosfatet smältes sedan med PS för att förbereda PS/organiskt modifierade zirkoniumfosfatnanokompositer, och deras struktur och egenskaper studerades.

XRD-analys visar att fyrkantigt ammoniumsalt med lång kedja DMA-CMS är relativt lätt att sätta in mellan skikten av α - ZrP efter metylaminförstöd. Efter interkalation ökar mellanskiktet av zirkoniumfosfat från 0,8 nm till 4,0 nm, och interkalationseffekten är signifikant. Nanokompositmaterialet framställt genom dubbelskruvextrudering av ZrP DMA-CMS modifierad zirkoniumfosfat (ZrP DMA-CMS) och PS utökar mellanskiktsavtalet från 4,0 nm till 4,3 nm jämfört med ZrP DMA-CMS, med viss polystyren som kommer in i mellanskiktet av zirkoniumfosfat.

Mekanisk analys visar att när halten av zirkoniumfosfat är 1%, ökar draghållfastheten, elastisk modul, förlängningen vid brott och slaghållfastheten hos PS / organiskt modifierad zirkoniumfosfat nanokompositer med 4%, 21%, 8% respektive 43%. Men med ökningen av zirkoniumfosfatinnehållet visar draghållfastheten, elastisk modul, förlängningen vid brott och slaghållfastheten hos nanokompositer en nedåtgående trend, och materialets styrka, styvhet och seghet börjar minska. Tillsättning av en lämplig mängd organiskt modifierat zirkoniumfosfat ZrP DMA-CMS har en viss stärkande och härdande effekt på PS.