Курсовая теория на тему Композиционные материалы на полимерной матрице.

Содержание:

Оглавление

1. Введение 1

2. Определение композитных материалов 4

3. Наименование и классификация композитных материалов 6

4. Характеристики композиционных материалов на полимерной матрице 9

4.1 Высокая удельная прочность, высокий удельный модуль 9

4.2 Высокая устойчивость к повреждениям 10

4.3 Хорошие демпфирующие характеристики 10

4.4 Многофункциональность 11

4.5 Хорошая технология обработки 12

4.6 Анизотропия и возможность изменения свойств 12

5. Применение композиционных материалов 13

5.1 Применение в самолетостроении и аэрокосмической промышленности 14

5.2 Применение композитов в других отраслях промышленности 16

6. Развитие композитных материалов 19

6.1 Удешевление волокна и разработка новых волокон 19

6.2 Расширение области применения композитных материалов 21

6.3 Разработка нового дизайна, методов подготовки и новых композитных технологий 23

6.4 Разработка гибридных волокнистых композитных материалов 26

7. Заключение 27

8. Список литературы 29

Введение:

Материалы — основа повышения производительности труда и уровня жизни человека. Люди получают доступ к материалам и используют их в течение нескольких тысяч лет. Просматривая историю человеческой цивилизации, мы обнаружим, что ее развитие связано с доступом человека к материалам и их использованием с использованием социальных производительных сил, науки и технологий. Он отражает способность человека понимать и преобразовывать природу. Всякий раз, когда появляется новый эпохальный материал, производительность также получит огромное развитие, и человеческое общество совершит рывок вперед. Поэтому материалы стали символом прогресса человеческой цивилизации и стали вехами для разделения эпох в истории человечества. С материальной точки зрения человеческое общество пережило каменный век, бронзовый век и железный век. Высокоэффективные пластмассы и композиты, появившиеся в 20 веке, проникли в национальную экономику и жизнь людей в различных областях с редкой за всю историю скоростью развития. Они стали заменителями традиционных материалов, демонстрируя улучшенные характеристики. Сейчас, в связи с быстрым развитием науки и техники, материалы играют важную роль в национальной экономике и обороне. Новые материалы являются основой новых технологий, а материаловедение, энергетические технологии и информатика стали тремя столпами современной науки и техники [1-3].

Материаловедение — это комплексная дисциплина. Оно тесно связано с широким кругом других дисциплин и объясняет законы макроскопических свойств материалов на основе химического состава и принципа внутренней структуры, а затем разрабатывает набор принципов при проектировании, производстве и использовании новых материалов с особыми свойствами. Материаловедение в основном состоит из трех частей:

— с химической точки зрения исследуется взаимосвязь химического состава материалов и каждого компонента, изучается взаимосвязь между составом и характеристиками, а также исследуются методы приготовления материалов;

— с физической точки зрения, характеристики материала изучаются, и изучается взаимосвязь между внутренней структурой материалов (комбинация атомов и молекул, распределение расположения в пространстве и агрегатное состояние) и характеристиками;

— под руководством химической и физической теории исследуются технические проблемы, связанные с приготовлением и применением материалов.

Есть много разных материалов. В принципе, их можно разделить на три типа материалов с совершенно разными характеристиками в зависимости от того, как атомы или молекулы связаны друг с другом (основные комбинированные связи):

— металлические материалы, металлические элементы объединяются металлическими связями; органические полимерные материалы, неметаллические элементы ковалентно связаны с макромолекулярными соединениями;

— керамические материалы, неметаллические элементы и металлические элементы объединяются ковалентными связями, ионными связями или смесью двух связей [2,4].

С точки зрения эксплуатационных характеристик существует два основных типа материалов: конструкционные материалы и функциональные материалы. Для конструкционного материала в основном учитываются его механические свойства, такие как прочность, жесткость, деформация и т. д. В то время как для функционального материала в основном используются его звуковые, световые, электрические, тепловые и магнитные свойства. В этом случае мы должны знать поведение материалов в звуке, свете, электричестве, тепле и магнитном поле.

По мере стремительного развития современной науки и техники к материалам предъявляются все более жесткие специальные требования. Исследование материала постепенно отрывается от следа исследования опытом и поисковыми методами. Он развивается в направлении проектирования материалов в соответствии с заданными свойствами. Композитный материал, изготовленный из металлического, неметаллического и полимерного материала с помощью определенных процессов, может сохранять преимущества исходных компонентов, преодолевать некоторые недостатки и проявлять некоторые новые свойства. Появление и развитие таких композитных материалов — классический пример материального проектирования [5].

Композиционный материал — это многофазная система, состоящая из матричного материала и армирующего материала. Матричный материал представляет собой непрерывную фазу и включает композитные материалы с металлической матрицей, композитные материалы с неорганической неметаллической матрицей и композиты с полимерной матрицей из различных матричных материалов. Армирующий материал — это дисперсная фаза, обычно волокнистые материалы, такие как стекловолокно, органическое волокно и так далее. В этой книге мы обсуждаем только композиты с полимерной матрицей.

Композитный материал с полимерной матрицей — это материал, в котором в качестве матрицы используется органический полимер, а в качестве армирующего материала — волокна. Прочность и модуль волокна намного выше, чем у материала матрицы. Это делает волокна основным несущим компонентом. Однако необходим матричный материал с хорошими адгезионными свойствами для прочного соединения волокон. В то же время матричный материал может служить для равномерного распределения приложенной нагрузки и передачи нагрузок на волокно. Кроме того, некоторые свойства композиционных материалов в основном зависят от характеристик материала матрицы. В результате в композитных материалах характеристики волокна, матрицы и поверхности раздела между ними напрямую влияют на характеристики композитных материалов [6].

Заключение:

Перед обсуждением роли композитных материалов в 21 веке мы должны сначала проанализировать и спрогнозировать вопросы, с которыми столкнется человеческое общество, а также характеристики и потребности общества. Мировая тенденция развития состоит в том, что люди войдут в общество, основанное на высокой степени информации. Одновременно повысится уровень качества жизни и стремления к здоровью. Кроме того, проблемы, существующие на Земле, очень серьезны: загрязнение окружающей среды до недопустимой степени; экстремальный демографический бум ограничивает доступ к чистой пресной воде, обеспечиваемой землей; пашня для пропитания достигла неустойчивого положения; эксплуатируемые земельные ресурсы столкнутся с истощением и дефицитом. Сообщество будет ввергнуто в энергетический кризис и нехватку сырья. Несомненно, это создаст для композитных материалов множество возможностей и проблем.

1) Предоставление услуг в области информационных технологий. Композиционные материалы могут использоваться во всех аспектах информационных технологий, например, материал преобразователя для получения информации, материалы для упаковки микросхем и печатных плат при обработке информации, магнитные материалы для хранения информации, композитное волокно, оболочка трубки и антенные отражательные панели для передачи информации, а также механические конструкционные материалы в реализации информации.

2) Внесение вклада в улучшение качества жизни человека. Композитные материалы обладают высокой прочностью и малым весом, обладают звукоизоляцией, уменьшают вибрацию и шум и используются в строительстве, на транспорте, улучшении жилищных условий и повышении комфорта транспортных средств; композиты обладают хорошей ударной вязкостью и могут быть превращены в интеллектуальные композитные материалы самодельной диагностики для повышения безопасности жизни людей; композитные материалы могут использоваться для восстановления или замены человеческих органов с целью улучшения уровня здоровья человека.

3) Внесение вклада в решение проблемы нехватки ресурсов и энергетического кризиса. В разработке новых источников энергии и энергосбережения, таких как легкие батареи из функциональных композитных материалов, лопасти ветряных турбин и колонны, изготовленные из композитных материалов, композитные материалы могут полностью раскрыть свои преимущества. что его производственные процессы требуют меньше энергии. Интегрированный молдинг практически не подлежит одноразовому использованию, и он может облегчить транспортировочные инструменты для экономии энергии. При освоении Мирового океана и космоса композитный материал имеет явные преимущества: легкий вес и высокую прочность, устойчивость к коррозии, стойкость к рассоленной эрозии и высокому давлению на глубокой воде, подходит для изготовления различных космических аппаратов и космических станций. В полной мере используя неосвоенные ресурсы, разработаны композитные материалы, армированные нитевидными нитями из растительных волокон или минералов. Использование композитных материалов для ремонта и усиления продлевает срок службы инфраструктуры.

4) Композиционные материалы в роли управления окружающей средой, например, композитные баллоны с высоким давлением для природного газа, композитные материалы из отходов, которые могут изменить вред на пользу, и разработка «зеленых» композитных материалов естественной деградации.

Фрагмент текста работы:

2. Определение композитных материалов

Термин «композитные материалы» впервые был использован в 1950-х годах. Композитный материал — это разновидность сложной многокомпонентной многофазной системы, и ее трудно определить точно. Показано краткое определение: композитный материал представляет собой многофазный комбинированный материал из двух или более компонентов с разными свойствами и различными формами посредством процессов компаундирования, он не только сохраняет основные характеристики исходного компонента, но также демонстрирует новый характер, который не принадлежит ни одному из оригинальных компонентов. Композиционные материалы должны обладать следующими характеристиками:

— микроскопически это неоднородный материал и имеет четкую границу раздела;

— есть большие различия в характеристиках материалов компонентов;

— формованные композитные материалы должны иметь значительное улучшение характеристик;

— объемная доля составляющих материалов более 10%. Согласно этому определению, композитные материалы в широком диапазоне областей, стены из соломенной глины, железобетон из стальных стержней, шинный корд и т. д., относятся к области композитных материалов [7].

Анализируя состав и внутреннюю структуру композиционных материалов, мы обнаружили, что они включают три основные физические фазы. Одна называется фазой матрицы, которая является непрерывной, другая называется армированием, которое разбросано и окружено матрицей. Другой называется интерфейсом композитов, который представляет собой интерфейс между фазой армирования и фазой матрицы. Для дальнейшего исследования на уровне микроструктуры мы обнаружили, что из-за сложных физических и химических причин в процессе компаундирования фаза усиления и фаза матрицы вблизи границы раздела становятся сложной структурой, которая отличается как от фазы матрицы, так и от собственное усиление