1 คำนิยาม

วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุใหม่ที่ผู้คนใช้เทคโนโลยีขั้นสูงในการเตรียมวัสดุเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพส่วนประกอบของวัสดุที่มีลักษณะแตกต่างกัน คอมโพสิตที่กำหนดโดยทั่วไปจะต้องตอบสนองเงื่อนไขต่อไปนี้:

(i) วัสดุคอมโพสิตจะต้องเป็นเทียมเป็นวัสดุที่ผู้คนออกแบบและผลิตตามความต้องการ;

(ii) วัสดุคอมโพสิตต้องประกอบด้วยสองหรือมากกว่าองค์ประกอบของวัสดุที่มีคุณสมบัติทางเคมีทางกายภาพที่แตกต่างกันในรูปแบบการออกแบบสัดส่วนการกระจายการรวมกันที่มีอินเตอร์เฟซที่เห็นได้ชัดระหว่างส่วนประกอบ;

(iii) มีความสามารถในการออกแบบโครงสร้างและสามารถออกแบบโครงสร้างคอมโพสิตได้

(iv) วัสดุคอมโพสิตไม่เพียง แต่รักษาข้อดีของคุณสมบัติของวัสดุของแต่ละส่วนประกอบ แต่ยังผ่านความสมบูรณ์และความสัมพันธ์ของคุณสมบัติของแต่ละส่วนประกอบสามารถได้รับคุณสมบัติที่ครอบคลุมที่ไม่สามารถบรรลุได้โดยวัสดุองค์ประกอบเดียว

เมทริกซ์ของวัสดุคอมโพสิตแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักของโลหะและอโลหะ เมทริกซ์โลหะมักใช้อลูมิเนียมแมกนีเซียมทองแดงไทเทเนียมและโลหะผสม เมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะส่วนใหญ่เป็นเรซินสังเคราะห์, ยาง, เซรามิก, กราไฟท์, คาร์บอน ฯลฯ วัสดุเสริมแรงส่วนใหญ่มีไฟเบอร์กลาส, คาร์บอนไฟเบอร์, เส้นใยโบรอน, เส้นใยอะรามิด, เส้นใยซิลิคอนคาร์ไบด์, เส้นใยใยหิน, หนวด, โลหะ

2, การจำแนกประเภท

คอมโพสิตเป็นส่วนผสม มีบทบาทอย่างมากในหลายสาขาทดแทนวัสดุดั้งเดิมมากมาย คอมโพสิตแบ่งออกเป็นโลหะและโลหะคอมโพสิตที่ไม่ใช่โลหะและโลหะคอมโพสิตที่ไม่ใช่โลหะและอโลหะคอมโพสิตตามองค์ประกอบ ตามลักษณะโครงสร้างของมันยังแบ่งออกเป็น:

①วัสดุคอมโพสิตเสริมแรง ประกอบด้วยการเสริมแรงของเส้นใยต่างๆภายในวัสดุเมทริกซ์ เช่น พลาสติกเสริมแรง (Fiber Reinforced Plastic) โลหะเสริมแรง (Fiber Reinforced Metal) เป็นต้น

②คอมโพสิตแซนวิช ประกอบด้วยวัสดุพื้นผิวและวัสดุหลักที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน โดยปกติพื้นผิวมีความแข็งแรงสูงและบาง วัสดุหลักมีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงต่ำ แต่มีความแข็งแกร่งและความหนา แบ่งเป็นชั้นลอยที่เป็นของแข็งและชั้นลอยรังผึ้ง

③วัสดุคอมโพสิตเม็ดละเอียด กระจายอนุภาคละเอียดแข็งอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์เช่นโลหะผสมเสริมแบบกระจายโลหะเซรามิกและอื่น ๆ

④ผสมวัสดุผสม ประกอบด้วยวัสดุเสริมแรงสองชนิดหรือมากกว่าผสมกับวัสดุเมทริกซ์เฟสเดียว เมื่อเทียบกับวัสดุคอมโพสิตเสริมแรงแบบเดี่ยวทั่วไปความแข็งแรงของแรงกระแทกความเมื่อยล้าและความเหนียวแตกหักได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญและมีคุณสมบัติการขยายตัวทางความร้อนเป็นพิเศษ แบ่งออกเป็นชั้นผสมระหว่างชั้นผสมแซนวิชผสมภายใน / ชั้นผสมและซูเปอร์ผสมวัสดุคอมโพสิต

วัสดุคอมโพสิตสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักของวัสดุคอมโพสิตโครงสร้างและวัสดุคอมโพสิตการทำงาน

วัสดุคอมโพสิตโครงสร้างเป็นวัสดุที่ใช้เป็นโครงสร้างแบริ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบเสริมแรงที่สามารถแบกรับน้ำหนักและตัวเสริมแรงที่สามารถเชื่อมต่อได้เป็นวัสดุโดยรวมและในเวลาเดียวกันก็มีบทบาทในการส่งผ่านองค์ประกอบเมทริกซ์ การเสริมแรงประกอบด้วยแก้วเซรามิคคาร์บอนพอลิเมอร์สูงโลหะและเส้นใยธรรมชาติผ้าเคราแผ่นและเม็ดอื่น ๆ และเมทริกซ์มีโพลิเมอร์สูง (เรซิน) โลหะเซรามิกแก้วคาร์บอนและซีเมนต์เป็นต้น ประกอบด้วยการเสริมแรงที่แตกต่างกันและเมทริกซ์ที่แตกต่างกันสามารถสร้างคอมโพสิตโครงสร้างที่หลากหลายและตั้งชื่อตามเมทริกซ์ที่ใช้เช่นพอลิเมอร์สูง (เรซิน) คอมโพสิตฐานเป็นต้น คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตโครงสร้างคือการออกแบบองค์ประกอบการเลือกวัสดุตามความต้องการของวัสดุที่มีความเครียดในการใช้งานและที่สำคัญยังสามารถออกแบบโครงสร้างคอมโพสิตนั่นคือการออกแบบการจัดเรียงร่างกายที่เพิ่มขึ้นสามารถตอบสนองความต้องการและประหยัดวัสดุได้อย่างสมเหตุสมผล

วัสดุคอมโพสิตฟังก์ชั่นโดยทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบของร่างกายการทำงานและองค์ประกอบของเมทริกซ์ เมทริกซ์ไม่เพียง แต่มีบทบาทในการสร้างโดยรวม แต่ยังสามารถสร้างบทบาทของการทำงานร่วมกันหรือเสริมสร้างการทำงาน วัสดุคอมโพสิตฟังก์ชั่นหมายถึงวัสดุคอมโพสิตที่ให้คุณสมบัติทางกายภาพอื่น ๆ นอกเหนือจากคุณสมบัติทางกล เช่น: การนำไฟฟ้า, ตัวนำยิ่งยวด, กึ่งตัวนำ, แม่เหล็ก, piezoelectric, การทำให้หมาด ๆ , การดูดซับคลื่น, การส่งผ่านคลื่น, การขัดถู, โล่, สารหน่วงไฟ, ป้องกันความร้อน, การดูดซับเสียง, ฉนวนกันความร้อน ฯลฯ เน้นฟังก์ชั่นบางอย่าง เรียกรวมกันว่าฟังก์ชั่นคอมโพสิต สารประกอบการทำงานส่วนใหญ่ประกอบด้วยร่างกายการทำงานและเสริมสร้างและเมทริกซ์ ร่างกายการทำงานสามารถประกอบด้วยวัสดุการทำงานอย่างใดอย่างหนึ่งหรือมากกว่า วัสดุคอมโพสิตของตัวถังอเนกประสงค์สามารถมีฟังก์ชั่นที่หลากหลาย ในขณะเดียวกันก็มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดคุณสมบัติใหม่เนื่องจากผลกระทบเชิงซ้อน มัลติฟังก์ชั่คอมโพสิตเป็นทิศทางการพัฒนาของคอมโพสิตการทำงาน

วัสดุคอมโพสิตยังสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทที่ใช้กันทั่วไปและขั้นสูง

วัสดุคอมโพสิตที่ใช้กันทั่วไปเช่น FRP ซึ่งประกอบด้วยไฟเบอร์กลาสและตัวเสริมแรงที่มีประสิทธิภาพต่ําอื่น ๆ และโพลิเมอร์สูง (เรซิน) ทั่วไป เนื่องจากราคาต่ำจึงสามารถพัฒนาได้อย่างมากและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเรือยานพาหนะท่อสารเคมีและถังเก็บโครงสร้างอาคารสินค้ากีฬา ฯลฯ

วัสดุคอมโพสิตขั้นสูงหมายถึงวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยตัวเสริมสมรรถนะสูงเช่นคาร์บอนไฟเบอร์อะรามิดเท่ากับพอลิเมอร์สูงที่ทนความร้อนได้สูงซึ่งต่อมารวมถึงฐานโลหะฐานเซรามิกและฐานคาร์บอน (กราไฟท์) และวัสดุคอมโพสิตที่ใช้งานได้ แม้ว่าประสิทธิภาพของพวกเขาจะยอดเยี่ยม แต่ราคาค่อนข้างสูง ส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศการบินและอวกาศเครื่องจักรความแม่นยำเรือดำน้ำลึกชิ้นส่วนโครงสร้างหุ่นยนต์และสินค้ากีฬาระดับไฮเอนด์เป็นต้น

3, ใบสมัคร

พื้นที่ใช้งานหลักของวัสดุคอมโพสิตคือ:

①พื้นที่การบินและอวกาศ เนื่องจากความมั่นคงทางความร้อนที่ดีของวัสดุคอมโพสิตมีความแข็งแรงเฉพาะและความแข็งจำเพาะสูงจึงสามารถใช้ในการทำปีกเครื่องบินและลำตัวด้านหน้าจานดาวเทียมและโครงสร้างการสนับสนุนปีกเซลล์แสงอาทิตย์และเปลือกหอยเปลือกของยานพาหนะขนาดใหญ่เปลือกเครื่องยนต์ชิ้นส่วนโครงสร้างกระสวยอวกาศ ฯลฯ

②อุตสาหกรรมยานยนต์ เนื่องจากคอมโพสิตมีคุณสมบัติพิเศษในการสั่นสะเทือนการสั่นสะเทือนสามารถลดการสั่นสะเทือนและลดเสียงรบกวนประสิทธิภาพการป้องกันความเมื่อยล้าที่ดีและง่ายต่อการซ่อมแซมหลังจากได้รับความเสียหายและง่ายต่อการขึ้นรูปโดยรวมดังนั้นจึงสามารถใช้ในการผลิตตัวถังรถยนต์ส่วนประกอบความเครียดเพลาส่งกรอบเครื่องยนต์และส่วนประกอบภายใน

③อุตสาหกรรมเคมีสิ่งทอและการผลิตเครื่องจักร วัสดุทำจากคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีประกอบกับเมทริกซ์เรซินสามารถใช้ในการผลิตอุปกรณ์เคมี, เครื่องทอผ้า, เครื่องทำกระดาษ, เครื่องถ่ายเอกสาร, เครื่องมือเครื่องความเร็วสูง, เครื่องมือที่แม่นยำ ฯลฯ

④สาขาการแพทย์ คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและไม่ดูดซับลักษณะเอ็กซ์เรย์สามารถนำมาใช้ในการผลิตเครื่องเอ็กซ์เรย์ทางการแพทย์และการสนับสนุนกระดูกและข้อ ฯลฯ คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ยังมีความเข้ากันได้ของเนื้อเยื่อชีวภาพและความเข้ากันได้ของเลือดเสถียรภาพที่ดีในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพ นอกจากนี้ยังใช้เป็นวัสดุชีวการแพทย์ นอกจากนี้วัสดุคอมโพสิตยังใช้ในการผลิตอุปกรณ์กีฬาและใช้เป็นวัสดุก่อสร้าง ฯลฯ

4, เซอร์โคเนียมฟอสเฟตดัดแปลงวัสดุคอมโพสิต

ในปีที่ผ่านมาพอลิเมอร์ / อนินทรีย์ lamellar nanocomposites ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในหลาย ๆ ด้าน การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางกลสมบัติทางความร้อน ฯลฯ ของคอมโพสิตสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญในกรณีที่เนื้อหาของฟิลเลอร์อนินทรีย์นาโนมีขนาดเล็กมาก ในปัจจุบันมีการศึกษามากมายเกี่ยวกับวัสดุนาโนคอมโพสิตของชั้นอนินทรีย์และโพลิเมอร์เช่นมอนต์มอริลโอไลต์และดินแท่งเว้านูน แต่การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุนาโนคอมโพสิตของโพลิเมอร์ / เซอร์โคเนียมฟอสเฟตค่อนข้างน้อย

แผ่นชั้นอัลฟา ZrP มีโครงสร้างที่มั่นคงและยังคงสามารถรักษาแผ่นชั้นที่มีเสถียรภาพมากขึ้นหลังจากการแนะนำระหว่างชั้นของวัตถุนอกจากนี้ยังมีความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนที่มีขนาดใหญ่และมีการควบคุมอัตราส่วนความยาวและเส้นผ่าศูนย์กลางและการกระจายขนาดอนุภาคที่แคบ ฯลฯ สามารถนำมาใช้ในการเตรียมพอลิเมอร์ / ลามิเนตอนินทรีย์นาโนคอมโพสิต เพื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างชั้นแผ่นเซอร์โคเนียมฟอสเฟตส่งเสริมการปอกเปลือกในเมทริกซ์พอลิเมอร์ในขณะที่เพิ่มความเข้ากันได้ของชั้นแผ่นเซอร์โคเนียมฟอสเฟตกับเมทริกซ์พอลิเมอร์จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนอินทรีย์ a-ZrP อัลฟา ZrP โดยทั่วไปจะใช้โมเลกุลขนาดเล็กของเอมีนหรือแอลกอฮอล์ผ่านปฏิกิริยาโปรตอน OH ภายในและภายนอกแผ่นหรือการกระทำของพันธะไฮโดรเจนสำหรับการปรับเปลี่ยนอินทรีย์และยังสามารถดำเนินการแทรกโมเลกุลขนาดใหญ่ แต่เนื่องจากช่องว่างชั้นมีขนาดเล็กโมเลกุลขนาดใหญ่แทรกโดยตรงเป็นเรื่องยากมักจะต้องได้รับการสนับสนุนล่วงหน้าโดยโมเลกุลขนาดเล็กก่อนที่จะแลกเปลี่ยนกับโมเลกุลขนาดใหญ่

เกลือแอมโมเนียมสี่ชั้นยาว (DMA-CMS) ถูกสังเคราะห์ด้วย Octadecyldimethyltert-amine (DMA) ด้วยสไตรีน par-chloromethylated (CMS) และ alpha-ZrP ได้รับการสนับสนุนล่วงหน้าโดย methylamine ก่อนที่จะแลกเปลี่ยนกับ DMA-CMS เพื่อแลกเปลี่ยนกับเซอร์โคเนียมฟอสเฟตดัดแปลงอินทรีย์ (ZrP.DMA.CMS) เซอร์โคเนียมฟอสเฟตที่ได้รับการบําบัดด้วยสารอินทรีย์นี้ผสมกับ PS หลอมเหลวเพื่อผลิตวัสดุนาโนคอมโพสิตเซอร์โคเนียมฟอสเฟต PS / อินทรีย์ที่ได้รับการดัดแปลงและได้ศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติ

การวิเคราะห์ของ XRD แสดงให้เห็นว่าห่วงโซ่ยาว DMA-CMS หลังจาก methylamine pre-support จะง่ายต่อการแทรกระหว่างชั้นของ alpha-ZrP หลังจากแทรกระยะห่างระหว่างชั้นของเซอร์โคเนียมฟอสเฟตจาก 0.8 นาโนเมตรเป็น 4.0 นาโนเมตรและผลแทรกจะเห็นได้ชัด ZrP-DMA-CMS ดัดแปลงเซอร์โคเนียมฟอสเฟต (ZrP-DMA-CMS) กับ nanocomposite เตรียมโดย PS โดยการอัดรีดสกรูคู่เมื่อเทียบกับ ZrP-DMA-CMS ระยะห่างของชั้นจะขยายเพิ่มเติมจาก 4.0 นาโนเมตรเป็น 4.3 นาโนเมตรและบางส่วนของสไตรีนเข้าไปในชั้นของเซอร์โคเนียมฟอสเฟต

การวิเคราะห์เชิงกลแสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณเซอร์โคเนียมฟอสเฟต 1% PS / organic modified zirconium phosphate nanocomposite มีความต้านทานแรงดึงโมดูลัสความยืดหยุ่นการยืดตัวที่แตกหักและแรงกระแทกเพิ่มขึ้น 4%, 21%, 8%, 43% ตามลำดับ แต่ด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาเซอร์โคเนียมฟอสเฟตแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นภายใต้ความต้านทานแรงดึงโมดูลัสความยืดหยุ่นการยืดตัวที่แตกและแรงกระแทกของวัสดุนาโนคอมโพสิตความแข็งแรงความแข็งแกร่งและความเหนียวของวัสดุทั้งหมดเริ่มลดลง การเพิ่ม ZrP-DMA-CMS Zirconium Phosphate ZrP-DMA-CMS ในปริมาณที่พอเหมาะมีผลเพิ่มความเหนียวใน PS