Реферат на тему Композиционные материалы (КМ): дисперсно-упрочненные и волокнистые

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….. 3 ГЛАВА 1 КОМПОЗИТЫ,
АРМИРОВАННЫЕ ВОЛОКНОМ…………….. 5 ГЛАВА 2 ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫЕ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ……………………………………………………. 10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………… 14 СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………….. 16

Введение:

В связи с быстрым ростом
науки и техники композитных материалов существует потребность в опубликованной
документации по их структуре, свойствам и интеграции отношений структура-свойство
с обработкой, проектированием и производством [1]. Наука и техника
композиционных материалов предоставляет форум для обсуждения всех аспектов,
связанных со структурой и характеристиками в смоделированных и реальных
условиях эксплуатации композитов.

Композиционные материалы
представляют собой макроскопические комбинации двух или более различных
материалов, имеющих дискретную и узнаваемую границу раздела, разделяющую их.
Таким образом, композиты являются гетерогенными материалами, и многие из них
встречаются в природе; самый распространенный – дерево [1].

Выбор конструкционного
композиционного материала зависит от физико-механических и эксплуатационных
свойств, на которые влияет технологический процесс получения самих
конструкционных материалов и деталей из них. Процесс изготовления деталей из
этих материалов характеризуется высоким коэффициентом использования материала,
малой трудоемкостью, высокой механизацией и автоматизацией.

Две составляющие — это
подкрепление и матрица. Основными преимуществами композитных материалов
являются их высокая прочность и жесткость в сочетании с низкой плотностью по
сравнению с сыпучими материалами, что позволяет снизить вес готовой продукции.

В технике нашли широкое
применение дисперсно-упрочненные композиционные материалы (ДКМ). Материалы
данного типа относятся к классу порошковых, в которых матрица из металла или
сплава упрочняется искусственно введенными мелкодисперсными частицами размером
менее 0,1 мкм в количестве 0,1 – 15%. В качестве упрочняющей фазы используют
дисперсные частицы оксидов, карбидов, нитридов и других тугоплавких соединений.

Исследования последних двух десятилетий показали, что композиты являются
альтернативой многим традиционным материалам, так как структурные, механические
и типологические свойства армированного волокном композитного материала (FRC)
значительно улучшаются. Хотя композитным материалам удалось повысить
долговечность материала, в настоящее время возникает серьезная обеспокоенность
по поводу накопления пластиковых отходов в окружающей среде. Эта
озабоченность побудила исследователей всего мира разрабатывать экологически
чистые материалы, связанные с более чистыми производственными
процессами. Также было разработано несколько различных процессов
рециркуляции композитных материалов, чтобы справиться с тысячами тонн
композитных отходов, образующихся за год. Механическая переработка
включает измельчение, при котором переработанные материалы меньшего размера
используются в качестве наполнителя для формования листов [2]. При термической
переработке композитные отходы разлагаются путем пиролиза или за счет сжигания
композитных материалов с высокой теплотворной способностью получают огромное
количество тепловой энергии. Также существуют более эффективные процессы,
такие как химическая переработка (сольволиз) и фрагментация под высоким
напряжением (HVF). Добавление натуральных наполнителей, таких как
натуральные волокна, нанокристаллы целлюлозы и нанофибриллированная целлюлоза,
в полимерную матрицу для изготовления экологически чистых композитов улучшило
свойства материала, сводя к минимуму проблему накопления остатков.

Современные
композиты имеют высокую стоимость производства. Изготовление композитных
материалов — сложный процесс. Однако разрабатываются новые технологии производства. Появится
возможность производить композитные материалы в больших объемах и с меньшими
затратами, чем это возможно сейчас, что ускорит более широкое использование
этих материалов.

Заключение:

С момента изобретения композитных материалов в прошлом веке их свойства
значительно улучшились. Были предприняты огромные исследовательские
усилия, чтобы найти оптимизированный материал для более эффективного выполнения
желаемых задач. За последние несколько десятилетий армирование волокон или
частиц в матричной структуре композитных материалов выявило выдающиеся
характеристики, что сделало их популярным выбором для самых высоких приложений.
При
использовании композитных материалов происходит снижение веса — одна
из основных причин использования композитных материалов вместо обычных
материалов для компонентов. Хотя композиты легче, они также могут быть прочнее,
чем другие материалы, например, армированное углеродное волокно может быть в
пять раз прочнее, чем сталь марки 1020, и весить только одну пятую часть веса,
что делает его идеальным для конструкционных целей.

Еще одно преимущество использования композита по сравнению с материалом
обычного типа — это термическая и химическая стойкость, а также
электроизоляционные свойства. В отличие от обычных материалов, композиты могут
обладать множеством свойств, которые не часто встречаются в одном материале. Армированные
волокном композиты, такие как армированный волокном пластик (композиты FRP),
находят все более широкое применение при проектировании и производстве конечных
продуктов для коммерциализации.

Классификации композитных материалов, наряду со свойствами составляющих их
элементов, были изучены, чтобы понять потенциал различных композитных
материалов в различных областях. Армированный волокном композитный
материал оказался одним из наиболее многообещающих и эффективных типов
композитов, поскольку он претендует на доминирование в большинстве областей
применения в самых передовых областях.

Для изготовления армированных волокном композитов доступно множество типов
волокон; они делятся на натуральные и синтетические
волокна. Синтетическое волокно обеспечивает большую жесткость, в то время
как натуральные волокна дешевы и поддаются биологическому разложению, что
делает их экологически чистыми. Хотя оба типа волокон имеют свою
эффективность в важных областях применения, последние исследования показали
исключительные характеристики гибридных армированных волокном композитных
материалов, поскольку они обладают преимуществами обоих типов.

Композиционные материалы изготавливаются с помощью ряда различных
технологий, каждая из которых применима для определенного
материала. Эффективность технологии производства зависит от комбинации
типа и объема используемого материала матрицы или волокна, поскольку каждый
материал обладает разными физическими свойствами, такими как температура
плавления, жесткость, предел прочности и т. Д. Таким образом, методы
производства определяются в зависимости от выбора. материала.

Для различных применений в различных областях некоторые одиночные материалы
могут быть заменены композитными материалами, в зависимости от улучшения их
требуемых свойств. Композитные конструкции показали улучшение прочности и
жесткости материала, при этом снижение веса впечатляет. Композиты также
обладают некоторыми замечательными характеристиками, такими как устойчивость к
ударам, износу, коррозии и химическим веществам, но эти свойства зависят от
состава материала, типа волокна и типа технологии производства, использованной
для его создания. В соответствии с требуемыми свойствами композитные
материалы находят свое применение во многих желаемых областях.

Дальнейшие исследования в будущем направлены на открытие новых композитных
структур с комбинацией различных вариантов и применением новых технологий
производства.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. КОМПОЗИТЫ, АРМИРОВАННЫЕ ВОЛОКНОМ

За
последнее десятилетие концепция использования экологически чистых материалов
стала более популярной. Учитывая значительную осведомленность о сохранении
окружающей среды, можно отметить искренние усилия по всему миру в поисках
биоразлагаемых и биологических источников. Применение материалов на
биологической основе из возобновляемых и биоразлагаемых источников для
получения более ценных экологически чистых химикатов и продуктов на
биологической основе заставило многих ученых исследовать возможность
использования натуральных волокон в качестве армирующих материалов для зеленых
биокомпозитов [4]. Композиты из натуральных материалов состоят
из волокон в матричной структуре и могут быть классифицированы по длине
волокна. Композиты с армированием длинными волокнами называются
композитами, армирующими непрерывными волокнами, тогда как композиты с
армированием короткими волокнами называются композитами, армирующими
прерывистыми волокнами. Гибридные армированные волокном композиты — это
композиты, в которых два или более типа волокон армированы в единой матричной
структуре. Волокна могут быть размещены в матричной структуре композитов
из непрерывных волокон в одном или двух направлениях, и они очень легко и
эффективно переносят нагрузки от матрицы к волокну. Прерывистые волокна
должны иметь достаточную длину для эффективной передачи нагрузки и сдерживания
роста трещин во избежание разрушения материала в случае хрупких
матриц. Расположение и ориентация волокон определяют свойства и структурное
поведение композитного материала. Улучшение таких свойств, как ударная
вязкость и усталостная прочность, можно увидеть при использовании химически
обработанных натуральных волокон. Волокна из стекла, углерода, базальта и
арамида в дисперсной фазе традиционно использовались в матричной структуре
композитных материалов из армированного волокном полимера
(FRP). Существенные свойства полимерных композитов из натуральных волокон
(NFPC) имеют потенциальное применение в современной промышленности, поскольку исследователи
в настоящее время вынуждены разрабатывать экологически чистые материалы из-за
строгих экологических законов.

Для композитных материалов доступно множество волокон, которые в первую
очередь делятся на натуральные или синтетические. Кроме того, недавние
исследования показали беспрецедентные свойства материала, когда эти два волокна
объединяются вместе, смешиваясь с матричным материалом, образуя гибридный
композит. Некоторые натуральные волокна находятся в готовом виде,
например, растительные, целлюлозные (хлопок и лен) и минеральные (асбест)
волокна. Волокна производятся и поставляются природой из различных частей
растений, деревьев и регионов. Некоторые натуральные и синтетические волокна
показаны на рисунке 1 [4].