1. Definisyon

Ang mga kompositong materyales ay bagong materyales na nabuo sa pamamagitan ng pag-optimization at pagsasama ng iba't ibang kaarian ng mga komponento ng materyal gamit ang mga pinakamagaling na teknika ng paghahanda ng materyal. Ang pangkalahatang paglalarawan ng mga kompositong materyal ay nangangailangan ng pagpapatunay sa mga sumusunod na kondisyon:

(i) Ang mga kompositong materyales ay dapat maging artipisyal at disenyo at ginagawa ayon sa pangangailangan ng mga tao;

(ii) Ang mga kompositong materyales ay dapat na binubuo ng dalawang o higit pang komponente ng materyal na may iba't ibang kemikal at pisikal na kaarian, na pinagsama-sama sa disenyo na form, proporsyon, at pagkakaisa, na may malinaw na interfaces sa pagitan ng bawat komponente;

(iii) Mayroon itong kahalagahan sa struktura at maaaring gamitin para sa disenyo ng kompositong struktura;

(iv) Mga komposite na materyales ay hindi lamang mapanatili ang mga bentahe ng pagpapatupad ng bawat komponente na materyal, ngunit maaring makamit din ng kumpletong pagpapatupad na hindi maaaring makamit sa pamamagitan ng isang komponente na materyal sa pamamagitan ng pagkumplementaryo at kaugnay ng pagpapatupad ng bawat komponente.

Ang mga materyales ng matrix ng mga kompositong materyales ay nabahagi sa dalawang kategorya: metaliko at hindi metaliko. Kasama ng mga karaniwang substrates ng metal ang aluminum, magnesium, tanso, titanium at ang kanilang mga aloy. Kasama ang mga hindi metalikong substrates ang mga synthetic resin, goma, ceramics, graphite, carbon, atbp. Kabilang sa mga pangunahing materyal na pagpapapapapapalit ang glass fibre, carbon fibre, boron fibre, aramid fibre, silicon carbide fibre, asbestos fibre, whiskers, at metalo.

2. Classification

Ang mga kompositong materyales ay isang halong. Ito ay naglalaro ng malaking papel sa maraming mga larangan, na nagpapalit sa maraming tradisyonal na materyales. Ang mga komposit na materyales ay nagbahagi sa mga metal sa mga metal na komposit na materyales, hindi metal sa mga metal na komposit na materyales, at hindi metal sa mga non-metal na komposit na materyales ayon sa kanilang komposit. Ayon sa mga katangian nito, maaari itong ibahagi sa:

\9312; Mga kompositong materyales na pinapangyarihan ng fibra. Maglagay ng iba't ibang mga materyales na pinagsaalagang fibra sa loob ng materyal ng matrix. Katulad ng mga plastik na pinagsabagsak ng fibra, mga metal na pinagsabagsak ng fibra, atbp.

\9313; Laminated composite materials. Gumawa ng mga materyales sa ibabaw at mga core na may iba't ibang kaarian. Karaniwan, ang materyal ng ibabaw ay may mataas na lakas at manipis; Ang core material ay liwanag at may mababang lakas, ngunit ito ay may tiyak na matigas at makapal. Ibahagi ito sa dalawang uri: solid sandwich at honeycomb sandwich.

③ Fine grained composite materials. Maglagay ng maayos ang mga mahirap na pinong partikel sa matrix, tulad ng mga pinakamahusay na aloy ng dispersion, ceramics ng metal, atbp.

④ Hybrid composite materials. Binubuo ng dalawang o higit pang mga materyal sa pagpapalit na fase na halo-halo sa isang materyal sa matrix phase. Samantala sa karaniwang mga kompositong materyales ng iisang pinapangyarihan na fase, ang lakas ng epekto nito, lakas ng pagod, at kahirapan ng mga fraktura ay signifikante na pinabuti, at may espesyal na kaayusan sa pagpapalawak ng thermal. Ibahagi sa loob ng layer na hybrid, loob ng layer na hybrid, sandwich hybrid, loob/loob ng layer na hybrid at super hybrid na komposit na materyales.

Ang mga kompositong materyales ay maaaring bahagi sa dalawang kategorya: mga struktural na kompositong materyales at mga funksyonal na kompositong materyales.

Ang mga struktural na kompositong materyales ay mga materyales na ginagamit bilang load-bearing na struktura, na mayroon talagang pinagsasagawang elemento na maaaring tiisin ang mga load at mga elemento ng matrix na maaaring ikonekta ang mga reinforcing elemento sa buong materyal habang nagpapadala din ng mga pwersa. Kasama ng mga reinforcements ang iba't ibang uri ng glass, ceramics, carbon, polymers, metals, pati na rin ang mga natural na fibras, fabrics, whiskers, sheets, at particles, habang ang mga matrices ang mga polymers (resins), metals, ceramics, glass, carbon, at siment. Iba-iba pang mga struktural na kompositong materyales ay maaaring binubuo ng iba't ibang reinforcing agents at matrices, at pinangalanan matapos ang matrix na ginagamit, tulad ng mga kompositong materyales na nakabase sa polymer (resin). Ang karakteristika ng mga struktural na kompositong materyales ay maaaring sila ay disenyo para sa pagpili ng mga komponento ayon sa mga pangangailangan ng stress ng materyal habang ginagamit, at mas mahalaga, ang disenyo ng kompositong struktura ay maaaring gawin din, ibig sabihin, disenyo ng reinforcement arrangement, na maaaring makatwiran sa mga pangangailangan at i-save ng mga materyales.

Ang mga funksyonal na kompositong materyales ay karaniwang binubuo ng mga funksyonal na komponento ng katawan at mga komponento ng matrix. Ang matrix ay hindi lamang naglalaro ng papel sa pagbubuo ng kabuuan, ngunit maaari rin gumawa ng synergistic o reinforcing mga fungsyon. Ang mga funksyonal na kompositong materyales ay tumutukoy sa mga kompositong materyales na nagbibigay ng mga pisikal na kaarian maliban sa mga mekanikal na kaarian. Halimbawa, ang konduktividad, superconductivity, semiconductor, magnetism, piezoelectricity, damping, absorption, transmission, friction, shielding, flame retardancy, heat resistance, sound absorption, insulation, etc. ay nagpapaliwanag ng tiyak na funksyon. Ang kolektibong tinatawag na functional composite materials. Ang mga funksyonal na kompositong materyales ay mayroon pangunahing mga funksyonal na katawan, pagpapapapalit ng katawan, at matrice. Ang mga funksyonal na katawan ay maaaring magmula sa isa o higit pang mga funksyonal na materyal. Maraming funksyonal na komposito na materyales ay maaaring magkaroon ng maraming funksyon. Samantala, posible din ang paglikha ng mga bagong funksyon dahil sa mga kompositong epekto. Maraming funksyonal na komposit na materyales ang direksyon ng pag-unlad ng funksyonal na komposit na materyales.

Maaari din itong magbahagi sa dalawang kategorya: karaniwang ginagamit at Advanced.

Karaniwang kompositong materyales tulad ng salamin ng fibra ay binubuo ng mga mababang pagpapabuti tulad ng glass fibres at ordinaryong mataas na polymers (resin). Dahil sa mababang presyo nito, ito ay lubos na ginagamit sa iba't ibang mga patlang tulad ng mga barko, mga sasakyan, mga pipeline ng kemikal at mga tank ng paglalagay, mga struktura ng paggawa, at mga kagamitan ng sports.

Ang mga Advanced Composite Materials ay tumutukoy sa mga komposite na materyales na binubuo ng mga high-performance heat-resistant polymers tulad ng carbon fiber at aramid. Bagamat maganda ang kanilang pagpapatupad, ang kanilang presyo ay relatibong mataas, lalo na ginagamit sa industriya ng pagtatanggol, aerospace, precision machinery, deep-sea submersibles, robot structural components, at high-end sports equipment.

3. Application

Ang mga pangunahing lugar ng paggamit ng mga kompositong materyales ay:

\9312; Aerospace field. Dahil sa kanilang magandang katatagan sa thermal, mataas na espesyal na lakas, at matigas, maaaring gamitin ang mga kompositong materyales upang gumawa ng pakpak at unahan ng mga eroplano, antena satelit at kanilang suportador na struktura, pakpak at shell ng solar cell, malalaking mga shell ng sasakyan ng paglunsad, shell ng motor, struktural na komponente ng space shuttle, atbp.

Ang industriya ng kotse. Dahil sa mga espesyal na katangian ng mga kompositong materyal na may pagbaba sa vibracion, maaari silang mabawasan ang vibracion at ingay, magandang pagod, madali silang ayusin pagkatapos ng pinsala, at madali silang magbuo sa kabuuan.

\9314; Sa mga patlang ng paggawa ng kemikal, tekstil, at makina. Isang materyal na binubuo ng carbon fiber at resin matrix na may magandang labanan sa corrosion, na maaaring gamitin upang gumawa ng mga kagamitan ng kemikal, mga makina ng tekstil, mga makina ng papel, mga kopya, mga kasangkapan ng makina ng mataas na bilis, mga instrumento ng precision, atbp.

\9315; Medical field. May magandang mekanikal na kaalaman ang mga kompositong karbon fibre at walang absorption ng X-rays, at maaaring gamitin sa paggawa ng mga medikal na X-ray machine at orthopedic stents. Ang mga kompositong materyales ng carbon fiber ay may biocompatibility at blood compatibility, magandang katatagan sa mga biolohikal na kapaligiran, at ginagamit din bilang biomedical materials. Ngunit, ang mga kompositong materyales ay ginagamit din para sa paggawa ng mga kagamitan ng sports at bilang materyales ng paggawa.

4. Binago na kompositong materyal ang zirkonio phosphate

Noong mga nakaraang taon, ang mga polymer/inorganic layered nanocompositis ay gumawa ng malawak na pansin dahil sa kanilang mga magandang kaarian sa iba't ibang aspeto. Sa kasalukuyan, may maraming pag-aaral sa nanocompositi ng mga inorganic layered materials tulad ng montmorillonite at attapulgite na may polymers, ngunit may relatibong maliit na pananaliksik sa mga nanocompositi ng polymer/zirconium phosphate.

Ang α - ZrP laminate ay may matatag na struktura at maaaring mapanatili ng relatibong matatag na laminate kahit matapos ang pagpasok ng bisita sa interlayer. Upang ipataas ang interlayer spacing ng zirconium phosphate, isulong ang delamination nito sa polymer matrix, at ipabuti ang kompatibilidad sa pagitan ng zirconium phosphate layers at ang polymer matrix, kinakailangan ang organikong pagbabago ng a-ZrP. α - ZrP ay karaniwang binago gamit ang maliliit na molecule amines o alcohols sa pamamagitan ng - OH protonation reactions o hydrogen bonding sa loob at labas ng kanilang mga layers, at maaari din itong gamitin sa malalaking molecules.

Ang α - ZrP ay pinasuportado sa methylamine at pagkatapos ay pinapalitan sa DMA- CMS upang makakuha ng organically modified zirconium phosphate (ZrP. DMA. CMS). Ang organikal na tinatrato na zirconium phosphate ay pagkatapos ay natutunaw sa PS upang maghanda ng PS/organically modified zirconium phosphate nanocompositis, at ang kanilang mga struktura at kaarian ay natutunan.

Ang XRD analysis ay nagpapakita na ang long-chain quaternary ammonium salt DMA-CMS ay relatibong madali na gamitin sa pagitan ng mga layer ng α - ZrP pagkatapos ng methylamine bago ang suporta. Ang nanocomposite material na handa sa pamamagitan ng twin-screw extrusion ng ZrP DMA-CMS modified zirconium phosphate (ZrP DMA-CMS) at PS ay patuloy na palawakin ang interlayer spacing mula 4.0 nm hanggang 4.3 nm kumpara sa ZrP DMA-CMS, na may ilang polystyrene na pumasok sa interlayer ng zirconium phosphate.

Ang mekanikal na pagsusuri ay nagpapakita na kapag ang nilalaman ng zirconium phosphate ay 1%, ang lakas ng tension, ang elastic modulus, ang haba sa break, at ang lakas ng impact ng PS/organic modified zirconium phosphate nanocompositis ay pinataas ng 4%, 21%, 8%, at 43%, respektibong. Subalit sa pagtaas ng nilalaman ng zirconium phosphate, ang lakas ng tension, elastic modulus, paghaba sa break, at lakas ng impact ng nanocompositis ay nagpapakita ng pababa, at ang lakas, matigas at matigas ng materyal ay nagsisimula na bumaba. Ang pagdagdag ng angkop na dami ng organic modified zirconium phosphate ZrP DMA-CMS ay may tiyak na pagpapatunay at paghihirap na epekto sa PS.