Kompozitni materiali. "ntits apatek-dubna"

"Composites of Russia" razvija nanomodificirane kompozitne materiale za izdelavo velikih močnostnih struktur.
»Delovni načrti strokovnjakov Centra vključujejo izdelavo močnostnih konstrukcij s 25 % večjo nosilnostjo, 20 % manjšo težo, 10 % manjšo delovno intenzivnostjo izdelave, 15 % nižjo ceno, pri čemer delujejo v vseh podnebnih razmerah. pri temperaturah od minus 65°C do plus 65°C,« pravi.
Glavna prednost uporabe nosilnih konstrukcij iz kompozitov je hitrost in enostavnost montaže, kar je še posebej pomembno za hitro odpravo posledic nesreč, naravnih nesreč in izrednih razmer.
"Modularni princip oblikovanih struktur nam omogoča, da ustvarimo prilagodljivo rešitev za poseben primer okvare standardne strukture," pravi Vladimir Nelyub. »Rezultat dela je ustvarjanje vrste izdelkov velikih dimenzij, ki se uporabljajo v gradbeništvu, elektroenergetiki ter naftni in plinski industriji: glavne nosilne konstrukcije, standardni navpični stebri pri gradnji zgradb in objektov, močnostni elementi montažni mostovi, nosilni tlaki, cevovodi.”

Medindustrijski inženirski center "Kompoziti Rusije"- je strukturni oddelek MSTU poimenovan po. N.E. Bauman, ustanovljen 15. junija 2011 za pomoč pri razvoju, proizvodnji in komercializaciji visokotehnoloških rešitev univerze (novi materiali, kompoziti, nanotehnologije, informacijske tehnologije), oblikovanju znanstvene podlage in sodobnih izobraževalnih tehnologij in programov. Center izvaja "zaprti cikel" inženirskih, znanstvenih in izobraževalnih storitev, od razvoja do implementacije tehnologij in industrijskih izdelkov v ključnih sektorjih ruskega gospodarstva, kot so transport, gradbeništvo, stanovanjske in komunalne storitve, energetika, nafta in plin, itd. medicina in IT.

MSTU im. N.E. Bauman - Moskovska država tehnična univerza njih. N.E. Bauman- Prva tehnična univerza v Rusiji. Usposabljanje na Moskovski visoki tehnični univerzi poimenovano po. N.E. Baumanu se izvaja na 19 fakultetah rednega izobraževanja. Obstaja podiplomski in doktorski študij, dva specializirana liceja. MVTU poimenovan po. N.E. Bauman usposablja več kot 19 tisoč študentov v skoraj celotnem spektru sodobnega strojništva in instrumentarstva. Znanstveno in izobraževalno delo izvaja več kot 320 doktorjev in približno 2000 kandidatov znanosti. Skupno je univerza diplomirala približno 200 tisoč inženirjev. Glavne strukturne enote univerze so znanstveni in izobraževalni kompleksi, ki vključujejo fakulteto in raziskovalni inštitut.

Uvod

Trenutno se v ZDA in Evropi izvaja eksperimentalno načrtovanje in tehnološko delo, namenjeno ustvarjanju mostov za pešce s primarno uporabo kompozitnih pultrudiranih profilov iz steklenih vlaken in ogljikovih vlaken. Visoke fizikalne in mehanske lastnosti steklenih vlaken, realizirane v profilih, izdelanih po metodi pultruzije, so omogočile uporabo teh izdelkov kot elementov mostnih konstrukcij in osvetlitev tega področja uporabe v individualni smeri. Glavne prednosti mostov iz kompozitnih pultrudiranih profilov v primerjavi z jeklenimi mostnimi konstrukcijami so:

• visoka korozijska in kemična odpornost steklenih vlaken, možnost uporabe v pogojih visoke vlažnosti, sezonskih in dnevnih temperaturnih sprememb, pomanjkanje korozije jeklenih povezovalnih elementov v stiku s steklenimi vlakni; - odpornost na vetrne obremenitve;
• zvočna trdnost in potresna odpornost;
• možnost dostave v obliki ločeno sestavljenih, enostavno transportiranih, zamenljivih in razširljivih modularnih struktur;
• lahkotnost in možnost uporabe ročnega sestavljanja na mestih, ki so težko dosegljiva za opremo;
• celostno zmanjšanje stroškov vgradnje, teže nosilnih konstrukcij, zmanjšanje obratovalnih stroškov.

Poleg tega vam prostorska zasnova nosilca mostu za pešce omogoča hitro in poceni namestitev strehe, ki ščiti pešce in samo konstrukcijo pred vplivi padavin.

Dolgoročno (40 let) domače in tuje izkušnje razvoj in delovanje kompozitov kot dela nosilnih konstrukcij, v kombinaciji z najnovejšimi visoko zmogljivimi (kontinuiranimi) tehnologijami predelave materiala v izdelke (pultruzija in metode navijanja), potrjuje usposobljenost za zastavitev in reševanje problematike projektiranja in izdelava mostu za pešce iz kompozitnih materialov. Glavna merila za izbiro so proizvodnost pri predelavi in ​​relativno nizki stroški.

Pultruzijska tehnologija za izdelavo profilov za mostne in gradbene konstrukcije

Visoka, računalniško vodena pultruzijska tehnologija za izdelavo različnih trdnosti, vključno z dolgimi mostovi, profili iz eno- in dvoosno ojačanih ter izotropno ojačanih steklenih vlaken ima ogromen potencial za podporo in široko uveljavitev predlagane usmeritve. Namestitveni diagram je prikazan na sl. 1.

Bistvo postopka pultruzije je v tem, da se neprekinjeni stekleni roving 1 ali netkani, z nitmi šivani trak 2 z vnaprej izračunano razporeditvijo (glede na obseg uporabljenih in zaznanih obremenitev) steklenih niti v ravnini traku vleče. skozi kopel 3 s termoreaktivnim polimernim vezivom, nato vstopi skozi mape 4 v ogreto kalupno matriko 5, ki prikazuje geometrijsko obliko prečnega prereza izdelka, v katerem se vezivo strdi v kratkem času, ne toliko zaradi za segrevanje od zunaj, vendar zaradi toplote, ki se sprošča med reakcijo strjevanja veziva, zagotavlja enakomerno segrevanje prazne embalaže po prostornini. Slednja okoliščina je odločilna pri izdelavi debelostenskih, več kot 5000 mm 2 profilov iz steklenih vlaken, ki imajo nizko vrednost toplotne prevodnosti. Izkušnje kažejo, da nista manj pomembni tekstilna oblika in površinska obdelava steklenega polnila. Da bi zagotovili izračunane fizikalne in mehanske lastnosti pri izdelavi pultrudiranih izdelkov, se uporabljajo rovingi različnih nazivov na osnovi stekla E, predvsem high tex 4800-9600.

Uporabo direktnih (aktivnih) maziv za steklena polnila narekujejo zahteve visoke kakovosti strukturna steklena vlakna z dobro organiziranim vmesnikom vlakna-matrika, nedostopna za vdor vlage in drugih agresivnih okolij.

Tabela 1
Lastnosti pultrudiranih profilov iz steklenih vlaken, ki jih proizvaja NPP ApATeK-Dubna

Indikator	Material
	na podlagi RBN rovinga	kombinacija RBN roving in NPL traku
Gostota, kg/m 3	1910-2000	1910
Prelomna napetost med statičnim upogibom čez vlakna, MPa	500	360
Prelomna natezna napetost, MPa	800	500
Natezni modul elastičnosti. MPa	3600	2400
Prelomna napetost med stiskanjem vzdolž osi, MPa	280	280
Udarna trdnost čez vlakna, kJ/m2	500	450
Požarna odpornost	G-2

Obvezni zahtevi za material mostnih konstrukcij sta negorljivost in »odpornost proti vandalizmu«. Izpolnjevanje zahtev glede odpornosti proti gorenju je zagotovljeno z uporabo kovinskih nanoprahov z spremenljiva valenca in spojine, ki vsebujejo hidroksil. Uporaba nanopraškov je še posebej učinkovita tam, kjer je treba doseči želeni rezultat brez spreminjanja reoloških lastnosti veziva. Uvedba bakrovega nanoaditiva manj kot 1% vodi do povečanja odpornosti proti gorenju.

Fizikalne in mehanske lastnosti ter odpornost proti ognju pultrudiranih profilov iz steklenih vlaken na osnovi steklenih polnil, impregniranih z vinilestrsko smolo, so podane v tabeli. 1.

Strokovnjaki ApATeK so zasnovali in izdelali več kot 25 mostnih konstrukcij iz steklenih vlaken, vključno z:

• Most za pešce v bližini ploščadi Chertanovo. Datum zagona - oktober 2004. Dolžina razpona 41,4 m Most se nahaja v Moskvi na ulici. Industrijska, v bližini op. Čertanovo (slika 2,a).
• Peš most čez ploščad Kosino. Datum zagona - julij 2005. Razpon dolžine 47 m se nahaja v Moskvi na ulici. Kaskada, blizu op. Kosino (slika 2,b). Prehod za pešce čez ploščad Kosino, zasnovan in nameščen v okviru rekonstrukcije Kazanske smeri Moskve železnica, je prvi most v Rusiji z rampami, katerega vsi elementi so izdelani iz kompozitnega materiala. Težki pogoji namestitve, povezani z rekonstrukcijo cestne infrastrukture in sosednjega ozemlja, so v tem primeru bistveno omejili obseg uporabe posebne opreme. Rešitev tega problema je bila uporaba mostne konstrukcije iz kompozitnega materiala, zaradi česar je bil most postavljen v nekaj urah v utesnjenih razmerah brez vključevanja dodatnih tehničnih in montažnih sredstev.
• Testna platforma. Dolžina mostu je 48 m, ki se nahaja v Moskvi na križišču Shmitovsky Proezd in Tretjega transportnega obroča. Čas za izdelavo mostu od začetka načrtovanja do namestitve na mestu je bil 2 meseca (slika 2,c).
• Premični montažni most za pešce. Dolžina razpona 50 m je bila postavljena od 27. decembra 2006 do 15. aprila 2007 v Moskvi na trgu Smolenskaya (slika 2, d).

Mostne konstrukcije so bile zasnovane v skladu z organizacijskim standardom STO 11567537.01-2008, ki so ga razvili strokovnjaki NPP ApATeK in se dogovorili z OJSC TsNI-IS Znanstveno-raziskovalni center Mosty, Državno enotno podjetje Gormost, OJSC Soyuzdorproekt.

V tabeli V tabeli 2 so prikazani primerjalni podatki o strukturi cene za izdelavo tipskega zgornjetirnega mostu za pešce z razponom 27 m in širino 3 m. Izračuni so bili izvedeni ob upoštevanju obstoječih cen materialov in standardov za neobračunane stroške predmetov, ki veljajo v določeni proizvodnji.

Podano v tabeli. 2 podatki kažejo, da je cena mostu iz steklenih vlaken z uporabo pultrudiranih profilov 9,56 % dražja od jeklenega mostu. Vendar pa bi stroški obratovalnih stroškov v 50-letnem obdobju vzdrževanja kovinske konstrukcije znašali približno 160.000 USD v primerjavi z 20.000 USD za strukturo iz steklenih vlaken.

Na podlagi začetnih stroškov gradnje mostov in ob upoštevanju presežnih obratovalnih stroškov vzdrževanja jeklenega mostu bi skupni strošek za jekleni most znašal 411.000 $, za kompozitni most pa 295.000 $, kar jasno kaže na prednost kompozitnega pultrudiranega mostu. strukture.

Infuzijska tehnologija za izdelavo velikih struktur

drugič inovativna metoda Izdelava ločnih mostnih konstrukcij iz kompozitov je vakuumska. Vakuumska infuzija je proizvodni proces kompozitni izdelki, pri katerem material nastane z impregnacijo ojačitvenega polnila z nizkoviskozno smolo zaradi delovanja vakuuma. Cikel izdelave izdelka z metodo vakuumske infuzije (slika 3) je sestavljen iz petih stopenj: priprava ojačitvenega polnila (slika 3, a), polaganje ojačitvenega polnila v togo obliko (slika 3, b), namestitev vrečke za vakumiranje in impregnacijski sistem (sl. 3, c), impregnacija armirnega polnila s smolo zaradi zmanjšanega tlaka (sl. 3, d), polimerizacija in odstranitev KONČNEGA izdelka (sl. 3, e). ).

Tabela 2
Stroški izdelave in namestitve mostu iz kovinskih in kompozitnih konstrukcij

Stroškovna postavka	Steklena vlakna	Jeklo
	tisoč ameriških dolarjev
Oblikovanje	60	30
Fundacija	45	55
Materiali	62	10
Podsklopi	72	90
Namestitev na kraju samem	21	42
Površinska obdelava	7	22
Tehnološka oprema	8	2
Skupaj:	275	251

S tehnologijo vakuumske infuzije je mogoče izdelati kompozitne strukture velikih dimenzij. Primeri takih izdelkov so ladijski trupi, lopatice vetrnih turbin, mostne konstrukcije itd. Na sl. 4 prikazuje prvi ločni most v Rusiji iz polimernega kompozitnega materiala. Most je bil izdelan v NE ApATeK po metodi vakuumske infuzije. Most dolžine 23 m je bil postavljen 18. junija 2008 v parku 50. obletnice oktobra (metro postaja Prospekt Vernadskogo). Kot rezultat tega projekta je bila razvita linija izdelkov modularnih kompozitnih ločnih mostov brez vzdrževanja za rekreacijska območja, parke in manjše reke z dolžino razpona od 15 do 30 m in življenjsko dobo do 100 let. Uvedba nove tehnologije vakuumske infuzije v množično proizvodnjo je omogočila izdelavo mostne konstrukcije v enem tehnološkem prehodu, s čimer so se zmanjšala montažna dela in bistveno zmanjšali stroški. Uporaba tega tehnološkega postopka za izdelavo mostov in drugih gradbenih konstrukcij odpravlja omejitve oblikovanja, ki neizogibno nastanejo pri oblikovanju elementov standardne nomenklature, in vam omogoča ustvarjanje novih, nenavadnih arhitekturnih oblik, prijetnih za oko.

Učinkovitost uporabe kompozitov na osnovi ogljikovih vlaken pri gradnji mostov

Nove naloge, povezane s potrebo po povečanju dolžine razponov, zahtevajo ustvarjanje in uporabo kompozitov z višjim modulom elastičnosti, kar je mogoče doseči z uporabo ogljikovih vlaken v sestavi kompozita. Zahteve glede trdnosti in modula za ogljikova vlakna, namenjena uporabi pri gradnji mostov, niso tako visoke kot pri vlaknih, ki se uporabljajo v letalstvu in vesolju. Za mostne konstrukcije posebne značilnosti niso tako pomembne. Prevladujoč dejavnik je razmerje med lastnostmi elastične trdnosti in ceno.

Namen te raziskave je bil izbrati ogljikova vlakna s fizikalnimi in mehanskimi lastnostmi, ki bi ob vgradnji v profile iz steklenih vlaken zagotavljale povečano togost brez bistvenega povišanja stroškov mostnih konstrukcij.

Za rešitev tega problema je bil izveden kompleks računalniških, tehnoloških in eksperimentalnih študij ter oblikovane tehnične zahteve za ogljikova vlakna na podlagi merila stroškov osnovnih materialov in volumetrične vsebnosti ogljikovih vlaken v prerezu profilov. Določena je bila in razvita tehnologija izdelave profilov iz karbonskih steklenih vlaken.

Za izdelavo pultrudiranih profilov, ki se uporabljajo v gradbeništvu in mostogradnji, so bile izbrane karbonske preje industrijske kakovosti iz poliakrilonitrilnih (PAN) vlaken - vlaken visokega metričnega števila 10-30 ktex (100-300 K) (K = 1000 filamentov). Površina karbonske preje je aktivirana in obdelana z univerzalno lepilno sestavo, primerno za kombinacijo z vinilestrskimi, epoksi, poliuretanskimi in fenolnimi vezivi.

Značilnosti ogljikovih vlaken v primerjavi s steklom so podane v tabeli. 3.

Fizikalne in mehanske lastnosti pultrudiranih enosmernih kompozitov na osnovi hibridnega epoksi vinil etrskega veziva so podane v tabeli. 4.

Kot izhaja iz tabele. Kot je prikazano na sliki 4, se z enako vsebnostjo vlaken elastični moduli napetosti in stiskanja razlikujejo za približno 2-krat.

Večkriterijski pristop je omogočil iskanje področij parametrov, ki so odgovorni za povečanje togosti in konkurenčnosti elementov mostne konstrukcije iz karbonskih steklenih vlaken v primerjavi z elementi mostne konstrukcije iz čistih steklenih vlaken, določanje lastnosti vlaken, njihove volumetrične vsebnosti, narava porazdelitve v prerezu, geometrija profila in cena.

Dokazano je, da je za povečanje togosti kanala najučinkoviteje v njegove prirobnice vstaviti vložke iz ogljikovih vlaken.

Tabela 3
Značilnosti ogljikovih in steklenih vlaken

Vlaknine	Natezna trdnost, MPa	Modul elastičnosti, GPa	Premer vlaken, µm	Vsebnost lepilnega sredstva, ut.%	Gostota, kg/m 3
Ogljikova vlakna, UK-P	2500-2800	160-200	7,5-8,5	0,5-1,0	1730-1750
steklena vlakna "E"	2500-2800	72-80	17	0,5	2560

Tabela 4
Fizikalno-mehanske lastnosti pultrudiranih kompozitov

Material	Vsebnost vlaken, % vol.	Gostota, kg/m 3	Natezna trdnost, MPa, ne manj	Natezni modul elastičnosti, GPa, ne manj	Končna tlačna trdnost, MPa, ne manj	Modul elastičnosti pri stiskanju, GPa, ne manj	Končna strižna trdnost, MPa, ne manj
Ogljikova vlakna	60	1560	1200	105	700	95	60
Steklena vlakna	60	2050	1200	48	500	45	60

Oglejmo si poljubni kanal (slika 5), ​​za katerega so značilni naslednji parametri: višina stene H, širina prirobnice B, debelina prirobnice T1, debelina stene T2 Glavne značilnosti profila so naslednje vrednosti:

• A - površina prečnega prereza;
• g - linearna teža profila;
• I xx - vztrajnostni moment odseka glede na os OX;
• EI xx - togost preseka glede na os OX;
• k xx - povečanje togosti preseka glede na os OX z uvedbo ogljikovih vložkov;
• p - povečanje stroškov profila z uvedbo ogljikovih vložkov.

Zanimivo je bilo računsko oceniti spremembo togosti profila v odvisnosti od volumetrične vsebnosti ogljikovih vlaken z različnimi moduli elastičnosti (slika 6). Številke 1, 2, 3 označujejo odvisnosti, ki kažejo relativno spremembo izračunane togosti od volumetrične vsebnosti v ogljikovih vlaken z različnimi elastičnimi moduli E = 350, 270 oziroma 190 GPa.

Kot izhaja iz sl. 6, uporaba visokomodulnih vlaken (E = 300-350 GPa) omogoča povečanje togosti profila za 4-krat.

Vendar so ogljikova vlakna veliko dražja od steklenih vlaken. Zato lahko stroški kanala z ogljikovimi vlakni presežejo koristi, pridobljene s povečanjem njegove togosti. Za oceno učinkovitosti uporabe novih materialov uvedemo vrednost, ki jo bomo imenovali učinkovitost uporabe KI. To vrednost izračunamo po formuli

kjer je Δk xx intenzivnost povečanja togosti pri spreminjanju parametrov; Δp - intenzivnost povečanja stroškov materiala; φ je spremenljiv parameter.

Če K in<1, то модификацию профиля считаем не эффективной, в противном случае - эффективной.

Ocenimo parameter K pri vnosu ogljikovih vložkov v kanal s pomočjo formule

kjer je K ar togost profila z ogljikovimi vložki; K - togost profila brez ogljikovih vložkov; ΔE=(E ug -E st)/E st - relativno povečanje modula elastičnosti ogljikovih vlaken glede na steklena vlakna; ν г - volumetrična vsebnost ogljikovih vlaken v ogljikovem vložku; ν n - volumetrična vsebnost ojačitvenega polnila v plastiki; R y - stroški profila z ogljikovimi vložki; P - stroški enega linearnega metra profila brez ogljikovih vložkov; E ar, E st - modul ogljikovih vlaken in steklenih vlaken; r yg - strošek 1 kg ogljikovih vlaken; p st - stroški 1 kg steklenih vlaken; p ar - gostota premoga; p st - gostota stekla; I ug - vztrajnostni moment profila; I ug - vztrajnostni moment ogljikovega vložka; S ar - območje ogljikovega vložka.

Če analiziramo izraz (1), lahko sklepamo, da je učinkovitost odvisna od razmerja med povečanjem modula elastičnosti in ceno ogljikovih vlaken ter od razmerja geometrijskih parametrov.

Glede na to, da z učinkovito modifikacijo K in >=1 lahko najdemo razmerje med ceno ogljikovih vlaken in modulom elastičnosti, pri katerem je donosna uporaba ogljikovih vlaken:

Kot primer ocenimo najvišjo dovoljeno ceno ogljikovih vlaken pri modificiranju kanala mostu 388x120x12/10 mm.

Vhodni parametri

• Gostota ogljika, g / cm 3 - 1,73
• Gostota stekla, g / cm 3 - 2,56
• Cena 1 kg UK, USD - 18
• Cena 1 kg steklenega rovinga, USD - 1,6
• Vsebnost ojačitvenega polnila - 0,4
• Modul steklenih vlaken, GPa - 34,4
• Modul ogljikovih vlaken, GPa - 78,8
• Vztrajnostni moment, mm 4 - 142 x 10
• Vztrajnostni moment vložka iz karbonskih steklenih vlaken, mm 4 - 101 x 10
• Stroški kanala iz steklenih vlaken, c.u./m - 35
• Območje vložka iz ogljikovih steklenih vlaken, mm 2 - 2880

Če nadomestimo te vrednosti v formulo (2), ugotovimo, da stroški ogljikovega polnila ne smejo presegati 18 USD.

S pultruzijo je bil izdelan kanal s presekom 388 x 120 x 12/10 mm. Ogljikova vleka UK (30 ktex) je bila enakomerno uvedena v prirobnice kanala, izmenjuje s steklenimi vlakni. Hkrati je bila volumetrična vsebnost ogljikovih vlaken v materialu police 20 % (10 % glede na prostornino celotnega izdelka). Na sl. Slika 7 prikazuje fotografijo polnega odseka profila z vstavki iz ogljikovih vlaken.

Značilnosti hibridnega materiala steklena vlakna, pridobljene na vzorcih, izrezanih iz prirobnic profila, so podane v tabeli. 5. Fotografija namestitve za upogibno testiranje profila polne velikosti je prikazana na sl. 8.

V tabeli Slika 6 prikazuje rezultate upogibnega poskusa za steklena vlakna in kanalete iz steklenih vlaken (razpon 2,8 m). Če analiziramo pridobljene podatke, lahko sklepamo, da se je togost profila povečala za 1,4-krat.

Pri primerjavi dobljenih podatkov je bila ugotovljena relativno visoka konvergenca izračunanih in eksperimentalnih vrednosti togosti pultrudiranega profila na osnovi ogljikovih steklenih vlaken, kar potrjuje učinkovitost uporabe ogljikovih vlaken z modulom 160-200 GPa za pultrudirane elemente mostnih konstrukcij.

Tabela 5
Značilnosti steklenih vlaken

Značilno	Povprečna vrednost	Koeficient variacije, %
Natezna trdnost σ B, MPa	529	10,2
Modul elastičnosti E, GPa	48,27	7,1
Končna tlačna trdnost vzdolž ojačitve σ B, MPa	366	9,5
Končna tlačna trdnost čez ojačitev σ B, MPa	98,9	7,4
Prelomna strižna napetost τ , MPa	41,1	2,6

Tabela 6
Rezultati poskusa upogibanja

Nanomateriali za gradnjo mostov

Tehnološki procesi izdelave elementov mostnih konstrukcij s pultruzijsko in infuzijsko metodo zahtevajo razvoj polimernih veziv s strogo reguliranimi reološkimi lastnostmi, zaradi česar je težko rešiti problem odpornosti proti gorenju, na primer z vnosom velike količine prašnega ognja. zaviralci, ki močno povečajo viskoznost veziva.

Očitna rešitev problema je uporaba nanomodifikatorja - prahu bakrovih nanodelcev v količini manj kot 1%, ki praktično ne vpliva na viskoznost veziva, vendar zagotavlja učinek v smislu parametrov, ki označujejo odpornost proti zgorevanju pri raven kompozita, ki vsebuje več kot 100 % trihidrata aluminijevega oksida.

Mehanizem delovanja nanobakra kot zaviralca ognja temelji na prenosu 4f elektrona na OH radikal, ki se sprosti med zgorevanjem polimera. V tem primeru se 0-valentni baker oksidira, radikal pa se reducira in postane neaktiven, izgorevanje pa preneha. Znano je, da je baker močno redukcijsko sredstvo in lahko povzroči neuporabnost trdilcev in katalizatorjev. Da bi odpravili ta negativni učinek, je bil nanobaker kapsuliran epoksi spojine. Da bi preprečili oksidacijo, so bili vsi postopki spajanja bakrovih nanodelcev s polimeri izvedeni v vakuumskem okolju. Ruski in ameriški patenti kažejo, da uvedba bakrovih nanodelcev v kombinaciji s silikatnimi nanodelci in trihidratom aluminijevega oksida doseže sinergistični protipožarni učinek za polimere in kompozite na njihovi osnovi.

Pultrudirani profili (kanal 400 x 120 x 18 mm) so bili izdelani na osnovi veziva, modificiranega z nanobakrom (slika 9).

Tabela 7
Rezultati določanja vnetljivosti in vnetljivosti

Indikator	KM + 100 %	KM + bakrovi nanodelci
Vnetljivost GOST 30244-94
Temperatura dimnih plinov, °C	184	105
Čas samogorenja, s	29	26
Poškodba vzorca po dolžini, %	15	12
Stopnja poškodovanosti vzorcev po teži	2	1
Vnetljivost GOST 30402-96
Čas do vžiga pri gostoti toplotni tok, z:
20 kW/m2	600	odsoten
25 kW/m2	-	911
30 kW/m2	154	391
Kritično površinska gostota toplotni tok, kW/m 2	20	25

Z elektronsko mikroskopijo smo proučevali strukturo kompozitnih vzorcev, izrezanih iz kanala. Slike so prikazane na sl. 10, ki prikazuje posamezne vključke bakrovih delcev in skupke več delcev.

V tabeli 7 prikazuje rezultate določanja vnetljivosti in vnetljivosti po gradbeni predpisi. Iz predstavljenih rezultatov je razvidno: pri testiranju vnetljivosti se zmanjšajo skoraj vsi kazalniki, zlasti eden najpomembnejših - temperatura dimnih plinov. Rezultati zmanjšanja temperature dimnih plinov za skoraj 1,5-krat in odsotnost vžiga pri gostoti toplotnega toka 20 kW/m2 so pomembni pokazatelji za objekte, ki delujejo v podzemnih prehodih, na primer klančine za invalide.

Z uporabo nanomodificiranega veziva je bila izdelana serija pultrudiranih profilov, z njimi pa je bil zgrajen prvi most, ki ga je NPP ApATeK podaril mestu Soči. Dolžina razpona 13 m Na sl. 11 prikazuje področja uporabe nanoaditivov.

Bibliografija

1. Klenin Yu.G. in drugi Mostne konstrukcije iz steklenih vlaken / Yu.G.Klenin, S.N.Ozerov, V.T.Semenov, A.E.Ushakov, A.Kh.Khairetdinov // Uvedba izkušenj v uporabi naprednih tehnologij izdelave letal v industriji in prometu : Sat. članki. vol. 1. M.: Založba TsAGI, 2001. Str. 135-140.
2. Klenin Yu.G. in drugi Uporaba kompozitnih materialov za mostne konstrukcije / Yu.G.Klenin, A.V.Pankov, T.GSorina, A.E.Ushakov // Uvedba izkušenj v uporabi naprednih tehnologij izdelave letal v industriji in prometu: zbirka. članki. vol. 3. M .: Založba TsAGI, 2004. Str. 5-12.
3. Ozerov S.N., Pankov A.V. Izbira strukturne sheme moči mostu za pešce in sortiment profilov // Uvedba izkušenj v uporabi naprednih tehnologij gradnje letal v industriji in prometu: zbirka. članki. vol. 3. M .: Založba TsAGI, 2004. Str. 42-4%.
4. Kazak A.E., Pankov A.V. Ocena možnosti nastanka železniški most iz kompozitnih pultrudiranih profilov // Uvedba izkušenj v uporabi naprednih tehnologij izdelave letal v industriji in prometu: zbirka. članki. vol. 3. M .: Založba TsAGI, 2004. Str. 36-41.
5. Polimerni kompozitni materiali: struktura, lastnosti, tehnologija: učbenik. priročnik / M.L.Kerber, V.M.Vinogradov, G.S.Golovkin in drugi; uredil A.A. Berlin. Sankt Peterburg: Poklic, 2008.
6. Klenin Yu.G. Razvoj pultruzijske tehnologije za proizvodnjo profilov za energetske in električne izolacijske namene // Uvajanje izkušenj pri uporabi naprednih tehnologij izdelave letal v industriji in prometu: zbirka. članki. vol. 2. M .: Založba TsAGI, 2003. Str. 36-38.
7. Radiotransparentni izdelki iz steklenih vlaken / Gurtovik I.G., Sokolov V.I., Trofimov N.N., Shalgunov S.G. M.: Mir, 2002.
8. Marshall R. Vse o motornih čolnih: razumevanje zasnove in zmogljivosti. McGraw-Hill Professional, 2002. ISBN 0071362045, 9780071362047.
9. Koefoed M. Modeliranje in simulacija procesa VARTM za lopatice vetrnih turbin: Posebno poročilo. št. 50. Inštitut za strojništvo, Univerza v Aalborgu. Danska. januar 2003, ISSN 0905-2305.
10. Ushakov A., Klenin Y., Ozerov S. Razvoj modularne zasnove obokanih mostov // Zbornik 5. mednarodne inženirske in gradbene konference (IECC"5). Irvine, CA, ZDA. 2008. P. 95-101.
11. Kompozitni materiali: v 8 zvezkih T. 3: ur. L. Brautman, R. Krok; vozni pas iz angleščine M.: Mašinostrojenje, 1978; Uporaba kompozitnih materialov v tehnologiji / ur. B. Naughton, 1978.
12. Ogljikova vlakna / ur. S. Šimamura; vozni pas iz japonščine M.: Mir, 1987.
13. Pultmsionski kompoziti in izdelki z visoko požarno odpornostjo na osnovi nanomodificiranih polimerov / A.E.Ushakov, U.G.Klenin, T.G.Sorina, A.X.Hayretdinov, A.A.Safonov // Proceedings of 2nd Global Pultrusion Conf. "Kompozitni profili - inženiring in oblikovanje". Baltimore, ZDA, 2009.

A.E. Ushakov: Profesor, doktor tehničnih znanosti Sci. Generalni direktor NTIC "ApATeK-Dubna". Universitetskaya st., 11, stavba 16. 141980 Dubna, Rusija
Yu. G. Klenin: Generalni direktor Znanstvenoraziskovalnega centra "ApATeK-Dubna".
T.G. Sorina: dr. tehn. znanosti, glavni specialist Znanstvenoraziskovalnega centra "ApATeK-Dubna".
OH. Khairetdinov: glavni specialist znanstvenoraziskovalnega centra "ApATeK-Dubna".
A.A. Safonov: dr. tehn. znanosti, vodja oddelka Znanstvenoraziskovalnega centra "ApATeK-Dubna".

Značilnosti načrtovanja in izvedbe izdelkov iz CM

Pri načrtovanju, izdelavi in ​​uvajanju izdelkov iz kompozitnih materialov na osnovi vlaknastih polnil (FCM) niUpoštevati je treba številne značilnosti tega razreda materialov:

a) Anizotropija fizikalnih in mehanskih značilnosti ECM.

Če imajo tradicionalni materiali (jeklo, lito železo), kot tudi disperzijsko ojačani CM izotropne lastnosti, potem imajo ECM izrazito anizotropijo značilnosti. Če se značilnosti vlaknaste ojačitve in matrice bistveno razlikujejo, se lahko razmerje med značilnostmi ECM v različnih smereh razlikuje v širokem razponu: od 3-5-krat do 100-krat ali več.

b) Pri načrtovanju konstrukcij iz tradicionalnih materialov se projektant ukvarja s polizdelki v obliki plošč. jeklo, profilni valjani izdelki, ulitki itd. z zagotovljenimi dobavitelji com lastnosti. Njegova naloga je izbrati primerne polizdelke catov, določanje geometrije na podlagi funkcionalnega namena, in načine povezovanja posameznih delov. Naloga tehnologa je zagotoviti predpisano obliko, velikost in kakovost konstrukcijske povezave nih elementov. Analiza procesov, ki se pojavljajo na vseh stopnjah ustvarjanja polizdelka, pridobivanje materiala z zahtevano stopnjo lastnosti teristika je v pristojnosti znanstvenikov o materialih. Prišel je čas Formalna in organizacijska delitev procesa pridobivanja izdelkov iz tradicionalnih materialov na tri stopnje:

- znanost o materialih- pridobivanje materiala z zahtevanimi lastnostmiznačilnosti;

- oblikovanje- projektiranje konstrukcijskih izdelkov;

- tehnološko- izdelava izdelkov in strojev.

Ti stopnji sta časovno ločeni in se lahko štejeta za nepovezanimed seboj, če oblikovalca vodijo značilnosti materiala, ki so jih dosegli znanstveniki za materiale, in ima skupne zamisli informacije o stopnji sodobnih tehnologij.

Proizvodnja konstrukcij iz CM se praviloma pojavi v eni tehnološki operaciji z ustvarjanjem materiala. V tem primeru sinhrono toda pri izdelavi strukture pride do zapletenih fizikalno-kemijskih procesov in termofizikalni procesi, povezani s tvorbo strukture in agregatnimi transformacijami matrice, njeno interakcijo z ojačitvenim materialom. Spremljajo jih mehanski pojavi, neposredno vpliva na lastnosti materiala in nosilnost sestavljenodelov, za nastanek napak v njem v neobremenjenem stanju. Zato mora oblikovalec, ki oblikuje izdelke iz CM, pri razvoju poznati in upoštevati načela materialne znanosti o ustvarjanju CM. in tehnološke metode za proizvodnjo izdelkov iz CM. Ustvarja tehnolog brez projektantskega znanja o obremenitvah in pogojih delovanja katerega koli izdelka iz ECM ni mogoče izdelati z učinkovito uporabo razlik med CM in tradicionalnimi materiali, ker Lastnosti CM so odvisne od strukturnih in geometrijskih dejavnikov (volumenska vsebnost ojačitvenih vlaken in matrice, število in razporeditev plasti in itd.), ki niso vnaprej znane. Zato mora biti pristopstrukturno in tehnološko, kar določa organizacijske značilnostiprednosti proizvodnje izdelkov iz CM.

V)Zaradi tesne povezave med stopnjami proizvodnih strukturcije iz KM - ustvarjanje materiala, konstrukcij in proizvodne tehnologije - učinkovitejša postane uporaba specializiranih oblikovalskih birojev,ki ima oblikovalski in tehnološki potencial, opremljenračunalniško tehnologijo in zmogljivo, a prilagodljivo, izkušeno proizvodnjonosti, saj je treba vse oblikovalske rešitve izdelatitestiranje na prototipih izdelkov. Takšen pristop k organizaciji proizvodnje bi moral biti v vsaki panogi, kjer se CM pogosto uporablja.Spremembe: v gradbeništvu, prometu, letalstvu, kemijski magumarska elektroindustrija itd., saj predzahteve zanje so zelo različne.

G)Pri oblikovanju delov iz polimernih kompozitnih materialov je potrebnoupoštevati njihove slabosti:

Nizka strižna trdnost;

Nizke kompresijske lastnosti;

Povečano lezenje;

Relativno nizka toplotna odpornost PCM.

Posebno pozornost je treba nameniti povezavam izdelkov PCM zaradi nizke strižne in kontaktne trdnosti.

d)Kljub velikemu zanimanju za vprašanja mejnega stanja raziskave, zanesljive metode za določanje varnostnih mejni nobenih strukturnih elementov iz CM. Zaradi kompleksnosti problemi, povezani z močjo izdelkov iz CM, povečuje vaš pomen metode burje pri obdelavi rezultatov eksperimentalnih preizkusov ny.

Trenutno je ocena trdnosti konstrukcij iz CM sestavljena iz niza preskusov, vključno z:

100 % preizkušeno pod operativnimi obremenitvami;

Selektivni testi za uničenje strukturenia.

Zagotavljanje kakovosti in uspešen zaključek teh dveh vrst testov zagotavlja stabilnost tehnološki procesi.

V zadnjih letih je v ospredju individualno ocenjevanje trdnosti posameznega dela z metodami neporušnih preiskav.raziskave - ultrazvok, akustična emisija itd.

e)Določitev toleranc in prileganja na delih iz CM.

Ker pride do oblikovanja površin v izdelkih iz CM na različne načine(navijanje, stiskanje, polaganje itd.) in jih največkrat niso podvrženi mehanski obdelavi, potem je sistem doizstrelitve in zahteve za čistočo površin je treba zgraditi zelo prilagodljiv. Podoben pristop je treba uporabiti za uravnavanje širjenja mase, povezanega s širjenjem parametrov vhodnih materialov in njihovega razmerja v CM, videz med tehnološkim procesom prostornine, ki se razlikujejo po usmerjenosti polnila itd.

in)Prehod na CM v proizvodnji inženirskih izdelkov vpliva na vprašanja detajliranja strojnih komponent. Ker material kon je prilagojen posebnim delom, ki jih v prihodnosti ni zaželeno obdelovati, potem seveda stoji vprašanje spajanja posameznih delov. Metode izdelave raziskavo podobnih strojnih komponent iz kovin, tudi v tem primeruneučinkovito ali popolnoma nesprejemljivo. V zvezi s tem je priporočljivoDrugače je narediti celoten sklop iz CM, ki je bil prej razdeljen na serijodeli, ki so bili nato z ločljivimi ali stalnimi povezavami sestavljeni v izdelek. Ta smer je zelo učinkovita,ker zmanjšajo se stroški dela in energije, čeprav zmanjšanje obratovalnih radijev zahteva prestrukturiranje tehnološke opreme in proizvodnega procesa.

Na primer, v ZDA leta 1970 množična proizvodnja osebnih avtomobilov vozila je bila uvedena sprednja plošča z odprtino za oblogoradiator, ki je bil najprej izdelan iz pločevine CM. Poleg spodajtežo za 50 %, dosegli občutno zmanjšanje porabe dov z združevanjem več delov v enega. Ta enodelna plošča je odpravila številne mehanske operacije vtiskovanja pločevine obdelavo na strojih in montažo, odpravili težave povezane z njimikalupi, kalupi in strojna vpenjala. Združila je 16štancane pločevine in brizgane dele v enem kosu od KM. Leta 1979 je več kot 35 modelov osebnih avtomobilov začelo uporabljati sprednje plošče iz CM, vključno z ohišji in vtičnicami žarometov, parkirne luči, zavorne luči, smerniki in parkirne luči.

h)Treba je spremeniti pristope k določanju ekonomske učinkovitosti uporabe CM. praviloma ekonomski učinek oduporabo CM oblikuje »potrošnik« v obliki povečane taktikesotehnične, obratovalne lastnosti izdelka, njegova trajnost, vzdržljivost itd. Torej ekonomski učinekje mogoče določiti le z uporabo sistematičen pristop, učiti ki upošteva vse sestavine skupnega učinka zamenjave tradicionalnih gradivo na KM, in prehod na nova tehnologija med proizvodnjo raziskave delov ali struktur na splošno.

Samo individualni pristop ob upoštevanju navedenih lastnosti naredi prehod na uporabo CM namesto kovin učinkovit in obetavno odpira nova obzorja za razvoj ter izboljšanje tehnologije.

Razvrstitev kompozitnih materialov

Po vrsti ojačitvenih polnil sodobni CM so lahko razdeljeni v dve skupini:

Disperzijsko ojačeno;

Vlaknasta.

Disperzijsko ojačen Kompozitni materiali (DCCM) so materiali, pri katerih so drobni delci enakomerno razporejeni v matrici, ki so zasnovani tako, da igrajo vlogo utrjevalne faze.Razpršene delce polnila vnašamo v matriko s posebnimi tehnološkimi metodami. Delci ne smejo aktivno vplivati ​​na matrico in se v njej ne smejo raztopiti do tališča. Pri teh materialih glavno obremenitev prevzame matrica, v kateri se zaradi ojačitvene faze ustvari struktura, ki otežuje trenutno gibanje dislokacij. Z disperzijo ojačene CM so izotropne. Njihovo uporablja se v letalstvu, raketni tehniki itd. Vsebnost razpršenih snovi faza ~5-7% (cevi, žice, folije, palice itd.).

Mehanizem krepitvenega učinka zaradi vključitve razpršenih delcev v matriko je drugačen za različne vrste DUKM.

1) Disperzijsko utrjeni kompozitni materiali “plastična matrica – krhko polnilo”

Za to vrsto materiala lahko matriko predstavljajo na primer naslednje kovine: Al, Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Ti. Najpogosteje izbrane spojine kot polnila so oksidi (Al 2 O 3 ; SiO 2 ; Cr 2 O 3 ; ThO 2 ; TiO 2 ), karbidi (SiC ; TiC ), nitridi (Si 3 N 4 ; AlN ), boridi (TiB 2 ). ; CrB 2 ;

Na podlagi eksperimentalnih podatkov je mogoče oblikovati naslednje zahteve za polnilni material, ki zagotavljajo njegovo najučinkovitejšo uporabo kot utrjevalno fazo. Imeti mora:

Visoka ognjevzdržnost ( t pl . > 1000 ° Z);

Visoka trdota in visok modul elastičnosti;

Visoka disperzija (specifična površina – Ssp≥ 10 m 2 /g);

Med proizvodnjo in delovanjem ne sme priti do koalescence (fuzije) razpršenih delcev;

Obstajati mora nizka stopnja difuzije razpršenih delcev v kovinsko matrico.

Mehanizem utrjevanja kompozitni materiali “plastična matrica – krhko polnilo”.

Krepitev poteka prek dislokacijskega mehanizma: če je razdalja med delci zadostna, se dislokacija pod vplivom tangencialne napetosti upogne med njimi, njeni deli se zaprejo za vsakim delcem in tvorijo zanke okoli delcev. V predelih med dislokacijskimi zankami nastane elastično napetostno polje, ki oteži potiskanje novih dislokacij med delce (slika 1). S tem dosežemo povečanje odpornosti proti nukleaciji (iniciaciji) razpok.

riž. 1. Shematski prikaz procesa nastajanja dislokacijskih zank v plastični matrici:

1 – razpršeni delci; 2 – dislokacijske črte; 3 – dislokacijske zanke; 4 – elastično napetostno polje;

d – velikost delcev polnila; L – razdalja med sosednjimi delci polnila;

τ – smer delovanja tangencialnih napetosti.

potrdilo o prejemu kompozitni materiali “plastična matrica – krhko polnilo”.

V splošnem primeru je zaporedje tehnoloških operacij za pridobivanje DUCM tipa "plastična matrica - krhko polnilo" naslednje:

a) Pridobivanje kompozitnega prahu;

b) stiskanje;

c) sintranje;

d) Deformacija polizdelka;

d) Žarjenje.

2) Disperzijsko utrjeni kompozitni materiali “krhka matrica – plastično polnilo”

Strukturo takšnega DUCM predstavlja keramična matrica z razpršenimi delci kovinskega polnila, ki so enakomerno porazdeljeni v njej. Ti kompoziti spadajo v razred kermetov. Razdalja med sosednjimi delci se nastavi s spreminjanjem njihovega volumskega deleža, učinek ojačitve pa se lahko pojavi pri vsebnosti delcev 15-20% prostornine.

Kot keramično fazo lahko uporabimo ognjevarne okside in nekatere ognjevzdržne neoksidne spojine: Al 2 O 3, 3Al 2 O 3∙ 2SiO 2, Cr 2 O 3, ZrO 2, ThO 2, Y 2 O 3, Si 3 N 4, TiN, ZrN, BN, ZrB 2, TiB 2, NbB 2, HfB 2. Kot kovinska faza – Fe, Co, Ni, Si, Cu, W, Mo, Cr, Nb, Ta, V, Zr, Hf, Ti. Izbira vsakega posebnega para kermetov za izdelavo kompozita je odvisna od možnosti ustvarjanja stabilnega vmesnika kot rezultat interakcije trdne faze pri temperaturi, ki ne presega tališča najbolj taljive komponente para, ali temperatura nastanka evtektične taline.

Mehanizem zaviranja destrukcije kompozitnih materialov "krhka matrica - plastično polnilo" .

Postopek uničenja takih kompozitov lahko razdelimo na dve stopnji. Na prvi stopnji, med obremenitvijo, se najprej sproži krhki lom v matrici zaradi povečane koncentracije napetosti na mikronehomogenosti njegova struktura: mikropore, meje zrn, velika neenakoosna zrna. Ko je dosežena določena kritična raven napetosti, se začne razpoka.

Na drugi stopnji širijoča ​​se razpoka interagira z nodularnimi kovinskimi delci (slika 2): na njeni konici delujejo največje napetosti, ki vodijo do deformacije, raztezka in zloma kovinskih delcev. V tem primeru se delo uničenja tega kompozita znatno poveča v primerjavi z lastnostjo nearmiranega materiala. To se zgodi zaradi porabe energije razpoke za delo plastične deformacije vseh delcev, ki vstopajo v čelo razpoke. Posledično se poveča odpornost proti razvoju razpok, saj so njene brežine prekrite s »povezovalnimi mostovi« iz nodularne kovine.

riž. 2. Prikaz procesa inhibicije loma v krhki matrici:

1 – kovinski delci pred čelom razpoke; 2 – oblikovani »komunikacijski mostovi«. deformiran

kovinski delci; 3 – uničeni kovinski delci; 4 – brežine razpok;σ r– natezne napetosti

potrdilo o prejemu kompozitni materiali “krhka matrica – plastično polnilo”.

Zaporedje tehnoloških operacij, ki se uporabljajo za pridobitev:

a) Pridobivanje sestavljene praškaste mešanice;

b) vnos organskega veziva v mešanico;

c) stiskanje;

d) Odstranitev organskega ligamenta;

e) sintranje;

f) Mehanska obdelava.

Da se zagotovi stisljivost (daje plastičnost) mešanici praškov komponent, se organsko vezivo uvede z mešanjem z raztopino katerega koli organske snovi(polivinil alkohol, polivinil butiral, etilen glikol, guma itd.), čemur sledi sušenje, da se odstrani topilo. Kot rezultat te operacije je vsak delec praškaste mešanice prevlečen s tanko plastjo plastifikatorja. Nato se ob pritisku na praškasto zmes, vlito v kalup, njeni delci vežejo v plasti mehčala. Nato se s toplotno obdelavo izdelkov v vakuumu ali v prašnem sloju aluminijevega oksida ali saj odstrani vezivo pri temperaturi toplotno uničenje ali zgorevanje (300 – 400° Z). Po odstranitvi organskega veziva se delci v volumnu izdelka zadržijo predvsem zaradi sil trenja. Temperatura sintranja kompozita je omejena s temperaturo sintranja keramične matrice. Izvaja se v nevtralnih plinskih okoljih (argon, helij) ali v vakuumu. Po potrebi se sintrani material obdela z diamantnim orodjem.

Vlaknasta KMlahko razvrstimo glede na vrsto ojačitvenega polnila. Pri njihovi izdelavi se uporabljajo visoko trdno steklo, ogljik, bor, organska vlakna, kovinske žice, lasje številnih karbidov, oksidi, nitridi itd.

Ojačitveni materiali se uporabljajo v obliki monofilamentov, niti, pramenov, mrež, tkanin, trakov in platna. Ločimo lahko vlaknate CMtudi glede na način ojačitve: orientirane in stohastične (naključne). V prvem primeru imajo kompoziti jasno izraženo anizotropijo lastnosti; v drugem pa so kvaziizotropni. Volumski delež polnilo v fibroznem CM je 60-70%.

Po vrsti matrice Kompoziti se razlikujejo:

polimer (PCM);

Kovina (MKM);

Keramika (KKM);

- ogljik-ogljik(UUKM).

Polimerni kompozitni materiali - To heterofaznikompozitni materiali s kontinuirano polimerno fazo (matriko), v kateri so trdna, tekoča ali plinasta polnila razporejena naključno ali v določenem vrstnem redu. Te snovi zapolnijo del volumna matrice, s čimer zmanjšajo porabo redkih ali dragih surovin in (ali) spremenijo sestavo, tako da ji dajo želene lastnosti, ki jih določa namen, značilnosti tehnoloških procesov proizvodnje in predelave. , kot tudi pogoje delovanja izdelkov. Njim Velika večina plastike je, gume, barve in laki, polimerne zmesi, lepila itd.

Glede na vrsto polimerne matrice ločimo polnjene termoplaste in termoplaste (glede na polietilen, polivinilklorid, najlon itd.), sintetične smole (poliester, epoksifenol itd.) in gume . PCM glede na vrsto polnila delimo na plastiko z razpršenim polnilom (polnilo - razpršeni delci različnih oblik, vključno z zdrobljenimi vlakni), ojačane plastike(vsebujejo ojačitveno polnilo neprekinjene vlaknaste strukture), plastične mase, polnjene s plinom, napolnjena z oljem gume; Polnjene polimere glede na naravo polnila delimo na azbestno-plastične (azbestno polnilo), grafitne plasti (grafit), leseni laminati(lesni furnir), plastika iz steklenih vlaken (steklena vlakna), plastika iz ogljikovih vlaken (ogljikova vlakna), organoplastika (kemična vlakna), boroplastika(borovo vlakno) itd., pa tudi hibridno, oz polifiber umetne mase (polnilo - kombinacija različnih vlaken).

Glede na način izdelave lahko PCM razdelimo na naslednje: polaganje, navijanje, pultruzija, stiskanje itd.

Pri tej metodi se uporabljajo vnaprej pripravljena polnila. Zahvaljujoč tej metodi je zagotovljena visoka homogenost izdelka za moč, indikatorji pa so nadzorovani. Kakovost končnega izdelka pa je v veliki meri odvisna od spretnosti in izkušenj delavcev.

Proizvodnja ročno oblikovanih izdelkov iz steklenih vlaken je razdeljena na več stopenj. Prva faza se imenuje pripravljalna, med katero se površina matrice pričakovanega izdelka očisti, nato razmasti in na koncu nanese plast ločilnega voska. Na koncu prve stopnje je matrica prekrita z zaščitno in dekorativno plastjo - gelcoat. Zahvaljujoč tej plasti se oblikuje zunanja površina bodočega izdelka, nastavi se barva in zaščiti pred učinki škodljivi dejavniki, kot so voda, ultravijolična svetloba in kemični reagenti. Negativne matrice se uporabljajo predvsem za izdelavo končnega izdelka. Ko se posebna plast gelcoata posuši, lahko preidete na naslednjo stopnjo, ki se imenuje oblikovanje. V tej fazi se v matrico vstavi prvotno rezano steklo; lahko se uporabi tudi druga vrsta polnila. Naprej postopek je v teku oblikovanje »okostja« pričakovanega izdelka. Nato smolo s katalizatorjem, predhodno zmešano, nanesemo na pripravljen stekleni material. Smolo je treba enakomerno porazdeliti s čopiči in mehkimi valji po celotni matrici. Zadnjo stopnjo lahko imenujemo valjanje. Uporablja se za odstranjevanje zračnih mehurčkov iz laminata, ki še ni strjen. Če jih ne odstranite, bo to vplivalo na kakovost končnega izdelka, zato je treba laminat valjati s trdim valjem. Ko se končni izdelek strdi, ga vzamemo iz kalupa in podvržemo strojni obdelavi, ki vključuje vrtanje lukenj, obrezovanje odvečnih steklenih vlaken okoli robov itd.

Prednosti te metode:

• obstaja resnična priložnost za pridobitev izdelka kompleksne oblike in velike velikosti z minimalnimi naložbami;
• zasnova izdelka se lahko enostavno spremeni, saj so v izdelek vgrajeni deli in oprema, cena opreme in zahtevane opreme pa je precej nizka;
• Za izdelavo matrice se uporablja kateri koli material, ki lahko ohrani svoja razmerja in obliko.

Slabosti te metode:

• znatni stroški ročnega dela;
• produktivnost je precej nizka;
• kakovost izdelka bo odvisna od kvalifikacij oblikovalca;
• Ta metoda je primerna za proizvodnjo majhnih izdelkov.

2. Škropljenje.

Ta metoda je primerna za majhno in srednje veliko proizvodnjo. Metoda brizganja ima veliko prednosti pred kontaktnim modeliranjem, čeprav je nakup opreme za to metodo povezan z nekaterimi stroški.

Posebna namestitev vam omogoča prijavo zaščitni premaz in plastiko. Zaradi tega ni potrebe po predhodnem rezanju materiala in pripravi veziva, zaradi česar se delež ročnega dela močno zmanjša. Posebne naprave avtomatsko naredijo togo štetje odmerkov smole in trdilca ter razrežejo roving na kose zahtevane velikosti (0,8 - 5 cm). Po postopku rezanja morajo deli niti pasti v tok veziva in se med prenosom v matrico nasičiti. Z ročnim delom se postopek stiskanja steklenih vlaken v matrici izvede z uporabo valjarja.

Številne prednosti pri proizvodnji steklenih vlaken z brizganjem:

• čas in uporaben prostor sta prihranjena zaradi dejstva, da ni potrebe po rezanju materiala in pripravi veziva;
• možno je zmanjšati število proizvodnih območij z zmanjšanjem števila posebej pripravljenih mest za oblikovanje;
• hitrost oblikovanja izdelka se poveča;
• nadzor nad kakovostjo izdelkov je poenostavljen;
• plačni sklad je znatno prihranjen;
• zaradi dejstva, da je roving relativno poceni material, potem se stroški nastalega izdelka znatno zmanjšajo.

Če je vezivo pripravljeno v majhnih količinah, potem pri ročnem oblikovanju ostane do 5% veziva na orodju in stenah posode, kar je precej neekonomično. Znano je, da bo kakovost nastalega izdelka odvisna od spretnosti in izkušenj operaterja namestitve. Ta metoda uporablja isto orodje kot pri ročnem oblikovanju.

3. Pultruzija.

Tehnologija pultruzije temelji na kontinuirani proizvodnji enoosno usmerjenih profilnih izdelkov iz vlaknatih umetnih mas. S pultruzijo lahko dobimo profilni izdelek s konstantnim prečnim prerezom iz ustreznega materiala.

Zahvaljujoč posebnemu stroju za pultruzijo se izdela profil iz steklenih vlaken. Tak stroj je sestavljen iz odseka za dovajanje ojačitvenih materialov, matrice, odseka za impregnacijo, vlečne enote in krmilne enote. grelni elementi in iz oddelka za obrezovanje. Bolje je utrditi usmerjen paket vlaken v suhem stanju in ga impregnirati s polimerno sestavo, ki jo črpamo skozi suh paket. Zahvaljujoč tej tehnologiji zrak ne bo prišel v material. Odvečna smola bo stekla nazaj v posodo in se reciklirala. Roving, ki se uporablja kot ojačitveni material, se v suhem stanju odvije iz kolutov in na poseben način zbere v snop. Nato material vstopi v impregnacijsko napravo – to je posebna kopel s smolo, kjer se popolnoma omoči s poliestrom, epoksi ali drugim vezivom. Nato se že impregniran material pošlje v ogrevano matrico, katere naloga je oblikovati konfiguracijo profila. Nato se sestava strdi pri določeni temperaturi. Rezultat je bil profil iz steklenih vlaken, katerega konfiguracija sledi obliki matrice.

Dokazano je, da imajo izdelki, izdelani s pultruzijo, boljše lastnosti kot deli, izdelani s klasičnimi metodami oblikovanja. Povečanje stroškov te metode je posledica številnih prednosti, ki so značilne za ta postopek. Prednosti vključujejo strog nadzor napetosti in usmerjenosti vlaken, zmanjšane pore in ohranjanje konstantne vsebnosti vlaken v kompozitu. Očitno je, da je tudi strižna lastnost vmesnega sloja očitno izboljšana. Vklopljeno v tem trenutku Razvitih je bilo več različic osnovnega postopka pultruzije, ki so zanimive za mnoge in pomenijo veliko za industrijo. Njihove prednosti so dobre električne, fizikalne, kemijske in toplotne lastnosti, visoka zmogljivost in odlična dimenzijska toleranca. Ena izmed teh metod pultruzije je namenjena prav izdelavi trajnih plošč in pločevinastih polizdelkov.

Vendar ima vsaka metoda svoje pomanjkljivosti. Za to metodo je značilna taka pomanjkljivost, kot je hitrost postopka, ki bo odvisna od temperature in hitrosti strjevanja veziva. Običajno je majhna za nizko toplotno odporne poliestrske smole. Druga pomanjkljivost je, da je težko zagotoviti konstanten prečni prerez izdelka vzdolž njegove dolžine, z izjemo izdelkov z ne posebej zapleteno obliko prečnega prereza - kvadratni, okrogli, I-žarek in drugi. Za pridobitev izdelka morate uporabiti samo niti ali pramene. V zadnjem času pa so te pomanjkljivosti metode izdelave profilnih izdelkov postopoma odpravljene in uporaba tega postopka se je močno razširila. Kot polimerne matrice se uporabljajo sestave, ki temeljijo na polivinil etrih in epoksi smolah. Uporaba tovrstnih polimernih matric na osnovi polisulfona, polietersulfona in plastificiranega poliimida omogoča doseganje hitrosti oblikovanja palic s premerom okoli pet mm pri hitrosti okoli sto dva m/min.

Za pridobitev kompleksnih armiranih profilnih izdelkov je potrebno uporabiti metodo vlečenja večplastnih materialov, ki so sestavljeni iz vlaknastih preprog ali tkanin. Trenutno so bile razvite metode za izdelavo cevastih izdelkov, ki združujejo navijanje spiralne plasti in vlečenje. Kot primer uporabe materialov, ki imajo kompleksno vezje ojačitev Razvito je že orodje za oblikovanje polizdelkov za avtomobilske listnate vzmeti, ki imajo ukrivljeno površino in variabilni prerez.

4. Navijanje.

Ena najbolj obetavnih metod za oblikovanje izdelkov iz steklenih vlaken je metoda navijanja vlaken, saj ustvarja zahtevano strukturo polnila v izdelkih glede na njihovo obliko in obratovalne lastnosti. Zahvaljujoč uporabi pramenov, trakov, niti kot polnila zagotavlja največjo trdnost izdelkov. Poleg tega so takšna polnila najcenejša.

Postopek navijanja vlaken lahko opišemo kot razmeroma preprosto metodo, pri kateri se ojačitveni material v obliki trajnega rovinga (predivo) ali niti (preja) navije na vrtljivi trn. Posebni mehanizmi spremljajo kot navijanja in lokacijo ojačitvenega materiala. Te naprave se premikajo s hitrostjo, ki ustreza vrtenju trna. Material se ovija okoli trna v obliki trakov, ki se dotikajo drug drugega, ali v posebnem vzorcu, dokler površina trna ni popolnoma prekrita. Zaporedne plasti se lahko nanašajo pod enim kotom ali pod različne kote navijanje, dokler ne dosežete želene debeline. Kot navijanja se spreminja od zelo majhnega, ki se imenuje vzdolžni, do velikega - obodnega. Ta razporeditev pomeni 90 0 glede na os trna, ki pokriva vse spiralne kote tega intervala.

Termoreaktivna smola služi kot vezivo za ojačitveni material. Pri mokrem navijanju se smola nanaša neposredno med samim navijanjem. Postopek suhega navijanja temelji na uporabi rovinga, ki je v B-stopnji predhodno impregniran s smolo. Utrjevanje poteka pri povišani temperaturi brez nadtlaka. Končna faza postopka temelji na odvzemu izdelka s trna. Če je potrebno, lahko izvedete zaključne operacije: metoda mehanske obdelave ali mletja. Za osnovni postopek navijanja je značilno veliko možnosti, ki se razlikujejo le po naravi navijanja, pa tudi po oblikovnih značilnostih, kombinaciji materialov in vrsti opreme. Struktura mora biti navita kot na rotacijski površini. Vendar pa je mogoče oblikovati izdelke druge vrste, na primer s stiskanjem še neutrjenega navitega dela znotraj zaprtega kalupa.

Zasnova je videti kot gladek valj, cev ali cev, katerega premer je od nekaj centimetrov do nekaj deset centimetrov. Navijanje vam omogoča oblikovanje izdelkov stožčastih, sferičnih in geodetskih oblik. Za pridobitev tlačnih posod in skladiščnih rezervoarjev je treba v navitje vstaviti končni pokrov. Možno je oblikovati izdelke, ki bodo delovali pri nestandardnih pogojih obremenitve, na primer zunanji ali notranji tlak, kompresijske obremenitve ali navor. Termoplastične cevi in ​​visokotlačne kovinske posode so ojačene, ko so navite z zunanjimi trakovi. Nastali izdelki so karakterizirani visoka stopnja natančnost. Vendar pa obstaja še druga plat postopka navijanja; za ta proces so značilne nižje proizvodne hitrosti. Prednost je v tem, da je za navijanje primeren absolutno kateri koli trajno ojačitveni material.

Za proces navijanja se lahko uporabljajo različne vrste strojev, od različnih stružnic in strojev na verižni pogon do kompleksnejših računalniških enot, za katere so značilne tri ali štiri osi gibanja. Uporabljajo se tudi stroji, ki neprekinjeno proizvajajo cevi. Za lažje navijanje velikih rezervoarjev je treba na mestu namestitve načrtovati prenosno opremo.

Glavne prednosti metode navijanja:

• metoda polaganja materiala, ki je zaradi hitrosti postopka donosna z ekonomskega vidika;
• možnost prilagajanja razmerja smola/steklo;
• majhna lastna teža, vendar visoka trdnost;
• ta metoda ni nagnjena k koroziji in gnitju;
• relativno poceni materiali;
• dobra struktura laminatov, zaradi dejstva, da imajo profili usmerjena vlakna, in dobra vsebnost steklenih materialov.

5. Stiskanje.

Postopek stiskanja je sestavljen iz neposrednega dajanja želeno obliko izdelek pod vplivom visokega tlaka, ki nastane v kalupu pri temperaturi hitrega utrjevanja materiala. Zaradi zunanjega pritiska v materialu, ki ga stiskamo, pride do zbitosti in delne destrukturacije prejšnje strukture. Trenje med dotičnimi delci materiala, ki nastane pri stiskanju, povzroči nastajanje toplotne energije, ki bo zagotovo povzročila taljenje veziva. Ko material preide v viskoplastično stanje, se pod pritiskom razširi v kalupu in tvori koherentno in zgoščeno strukturo. Proces utrjevanja temelji na reakciji zamreženja makromolekul zaradi polikondenzacije med prostimi skupinami veziva. Reakcija zahteva toploto, pri kateri se sproščajo hlapne snovi z nizko molekulsko maso, kot so metanol, voda, formaldehid, amoniak itd.

Parametri za tehnologijo neposrednega stiskanja:

• temperatura predgretja;
• stiskalni tlak;
• temperatura stiskanja;
• začasna izpostavljenost pod pritiskom;
• parametri priprave za tisk;

Tlak med neposrednim stiskanjem deluje neposredno na material v votlini kalupa, zato se lahko deli kalupa prezgodaj obrabijo. Odvisno od velikosti izdelka lahko cikel stiskanja traja od 4 do 7 minut. Direktno stiskanje plastike za ojačitev ima dve vrsti, ki sta odvisni od tega, kako je vlaknasto polnilo impregnirano:

• Stiskamo suha, predhodno impregnirana platna in tkanine;
• Stisnjeni so z impregnacijo točno v kalupu.

Prva metoda je bolj priljubljena. Za izdelavo izdelkov relativno preprostih oblik se uporablja neposredno stiskanje. Zaradi visokih zahtev glede kakovosti zunanje površine dela so bile ustvarjene avtomatske naprave za doziranje komponent pri pripravi prepreg surovcev. Zasnovani so bili posebni avtomatski manipulatorji, ki nalagajo pakete surovcev v kalupe za stiskanje z več votlinami. Nova generacija visoko natančnih stiskalnic je opremljena z sodobni sistemi nadzor, zahvaljujoč kateremu je mogoče dobiti dele s kakovostno površino, njihova cena pa je približno enaka kot jekleni deli.

6. SMC tehnologija.

Velika ovira za širjenje kompozitnih materialov je slaba prilagodljivost tradicionalne tehnologije njihovo proizvodnjo prilagoditi potrebam sodobne velikoserijske proizvodnje, ki je tudi popolnoma avtomatizirana. Danes kompozitni deli še vedno ostajajo »kosno blago«. K stroškovnemu deležu teh materialov veliko prispeva drago delo izkušenega osebja. Kljub temu smo v zadnjih letih močno napredovali pri pripravi avtomatiziranih metod za proizvodnjo kompozitov. Tehnologija SMC je postala ena najbolj priljubljenih novosti.

Končni izdelki s to tehnologijo so predmet dvostopenjskega procesa. Za prvo stopnjo tehnologije je značilno, da se prepreg proizvaja na avtomatskem tekočem traku, že na drugi stopnji pa se prepreg predeluje v jeklenih kalupih v končne dele. Naj podrobneje opišemo te faze. Kot osnova za vezivo se uporablja nenasičena poliestrska smola. Njegove prednosti vključujejo nizka cena in kratek čas ozdravitev. Ojačitvena komponenta je sesekljano stekleno vlakno, ki je naključno razporejeno po celotnem volumnu pločevine. Dolgotrajno skladiščenje nekaj mesecev pri sobni temperaturi, ki jo zagotavlja sistem za strjevanje smole. Kemični zgoščevalci povečajo viskoznost veziva, potem ko so bila steklena vlakna impregnirana za več vrst velikosti, s čimer se izboljša izdelava preprega in tudi podaljša njegov rok uporabnosti. Mineralna polnila, ki so v velikih količinah vnesena v vezivo, povečajo požarno odpornost končnih izdelkov in kakovost njihove površine se opazno izboljša.

Nastali prepreg je mogoče obdelati v avtomatskem postopku zahvaljujoč stiskanju v ogrevanih jeklenih kalupih. Ti kalupi so po zasnovi podobni kalupom za brizganje termoplastov. Zahvaljujoč formulaciji veziva se prepreg strdi pri temperaturi 150 C in tlaku 50-80 barov s hitrostjo ~30 s/mm debeline. Zelo nizko krčenje pri strjevanju je pomembna lastnost SMC tehnologije. Zaradi visoke vsebnosti mineralnega polnila in posebnih termoplastičnih dodatkov je krčenje do 0,05%. Nastali izdelki imajo udarno trdnost 50-100 kJ/m2 in rušilno upogibno trdnost 120-180 MPa. Ekonomsko izvedljiva je uporaba tehnologije SMC pri izdelavi visokokakovostnih kompozitnih izdelkov v velikih količinah od nekaj tisoč do sto tisoč na mesec. Na evropskem trgu se na leto proizvede več sto tisoč podobnih materialov. Največji porabniki teh materialov so elektroenergetika, avtomobilska in železniška industrija.

7. Metoda RTM (Resin Transfer Moulding).

Metoda RTM temelji na impregnaciji in brizganju kompozitov, pri čemer se vezivo prenese v zaprto matrico, ki že vsebuje polnila ali predoblike. Različne tkanine različnih tkanj lahko delujejo kot ojačitveni material, na primer večosni ali emulzijski material in praškaste steklene preproge. Vezivo je smola, ki želira v 50-120 minutah in ima nizko dinamično viskoznost. GOST 28593-90 določa viskoznost in čas geliranja smole.

Ta metoda je popolna za standardne količine od 500 do 10.000 izdelkov na leto. Zasnova matrice je sestavljena iz kompozitnih ali jeklenih oblik, ki ponavljajo zunanje konture dela na obeh straneh. Strukture imajo visokotemperaturne lastnosti, ki jih drži na mestu natančna poravnava zaprtih jeklenih okvirjev, ki so podprti na vpenjalnih točkah.

Ta metoda je idealna za izdelavo matric od 0,2m2 do 100m2. Matrična zasnova je sestavljena iz kompozitnih ali jeklenih oblik. Matrika vezja je sestavljena iz lažje in bolj prilagodljive zasnove. Polovici matrice sta med seboj povezani pod vplivom vakuuma.

Prednosti RTM tehnologije:

• avtomatizirana proizvodnja, ki zmanjšuje naključno naravo človeškega posega;
• obstaja zmanjšanje in nadzor količine uporabljenih surovin;
• zmanjšan je vpliv materiala na okolje;
• izboljšani so bili delovni pogoji;
• relativno trpežni izdelki nastanejo zaradi boljše impregnacije;
• relativno poceni oprema.

njihove razlike od drugih tradicionalnih izdelkov

Brez sodobnih inovativnih tehnologij je nemogoče ustvarjati najnovejše rešitve na področju gradbeništva, pa tudi v poslovni in stanovanjski gradnji, pri obnovi avtocest. Prej so te tehnologije uporabljale izdelke iz jekla, aluminija in armiranega betona, danes pa ni nič bolj sodobnega, trpežnega in okolju prijaznejšega od sintetičnih kompozitnih izdelkov iz polimernih spojin.

Sestava kompozitnega materiala praviloma vključuje dve vrsti komponent: vezivo (matriko) ali ojačitveni material. Zahvaljujoč matrici ima izdelek določeno obliko in fiksira ojačitveni material. Zaradi tega se matrica okrepi in svoje lastnosti prenese na izdelek. Takšna kombinacija teh lastnosti v snoveh zagotavlja ustvarjanje popolnoma novega kompozitnega materiala.

Vrsta ojačitvene snovi določa vrste kompozitni materiali. Glede na to značilnost so lahko polnjene, imajo vlaknasto, plastno strukturo in so tudi razsute in skeletne. Lastnosti, ki jih ima določen kompozitni material, so odvisne od kombinacije fizikalnih, mehanskih in kemičnih lastnosti, ki jih bosta imela matrica in ojačitveni material. Kompozitni materiali so v zadnjem času zelo priljubljeni in se zelo pogosto uporabljajo na različnih področjih. To je enostavno razložiti z dejstvom, da imajo ti materiali številne prednosti, ki jih razlikujejo od drugih tradicionalnih izdelkov.

Glavne prednosti kompozitnih materialov so lastnosti, zaradi katerih imajo sintetični materiali večjo trdnost in odpornost proti deformacijam, trganju, stiskanju, strigu in zvijanju. Poleg tega so polimerni sintetični materiali lažji, primerni za transport in namestitev. Hkrati obstaja dobra priložnost tudi optimizirati stroške za te postavke.

Kompozit je odporen na kemične učinke agresivnih okolij, padavine pa mu tudi ne bodo škodile. Material se ne boji nenadnih temperaturnih sprememb in se lahko učinkovito uporablja v različnih temperaturnih pogojih v neugodnih podnebnih razmerah. Poleg vsega naštetega lahko rečemo, da je ta material popolnoma varen za okolju in popolnoma izpolnjuje vse okoljske zahteve.

Značilnosti kompozitov.

Kompozitni materiali imajo svoje značilnosti, po katerih se zelo ugodno razlikujejo od tradicionalnih gradbenih materialov. Novi materiali nastajajo zaradi naravnih želja razvijalcev po izboljšanju lastnosti struktur, ki so trenutno v uporabi, pa tudi tistih, ki so v uporabi. Te tehnologije, ko jih obvladajo gradbeniki, nudijo novo priložnost za razvoj sodobnejših konstrukcij in tehnologij. Ena najbolj presenetljivih manifestacij razvojnih značilnosti polimerni materiali, je dejstvo, da se kompozit zelo pogosto uporablja v različna področja gradbeništvo.

Kompozitne materiale lahko povsem upravičeno imenujemo surovina za gradnjo enaindvajsetega stoletja. Imajo najvišjo fizično mehanske lastnosti pri nizki gostoti. So močnejši od jekla in aluminijevih zlitin.

Kompozitni materiali so kompleksne heterogene (raznorodne) strukture, ki nastanejo s kombiniranjem ojačitvenih elementov z izotropnim vezivom. Ojačitveni element je lahko v obliki tankega vlakna, niti, vrvi ali tkanine, zagotavlja fizikalne lastnosti tega materiala, ki je zajamčeno močan in tog v smeri usmerjenosti vlaken, matrika pa zagotavlja celovitost strukturo. Trenutni kompozitni materiali imajo specifično trdnost in togost v smeri ojačitve, ta številka pa je lahko več kot 4-krat večja kot pri jeklu, aluminijasti ojačitvi in ​​izdelkih iz titanovih zlitin.

S pomočjo zunanje obremenitve materiala v trenutku uničenja se določi trdnost konstrukcije. Togost ali modul elastičnosti se nanaša na značilnosti materialov, ki določajo premik konstrukcij pod vplivom zunanjih obremenitev. Ta značilnost je neposredno sorazmerna s pojavom izgube stabilnosti strukture v trenutku, ko se ta razvije. spremenljive vrednosti in na podstavku je velika obremenitev. V takih trenutkih se lahko uniči nosilna konstrukcija. Specifična trdnost in specifična togost je razmerje med mejno napetostjo in modulom elastičnosti v skladu z gostoto materiala. Z višjimi specifičnimi lastnostmi materialov bo konstrukcija lažja in močnejša, prag upogiba pa veliko višji.

Za ojačitev materialov se praviloma uporabljajo visoko trdna vlakna iz stekla, bazalta, aramida, ogljika, bora, organske spojine, pa tudi iz kovinske žice in brkov. Te ojačitvene komponente se lahko uporabljajo v obliki monofilamentov, niti, žice, pramenov, pa tudi tkanine ali mreže.

V kompozitnem materialu je matrika najpomembnejša komponenta, zahvaljujoč kateri je zagotovljena celovitost sestave, njegova oblika in lokacija ojačitvenih vlaken sta določeni. Zahvaljujoč matričnemu materialu je mogoče zagotoviti optimalna metoda izdelave elementov, kot tudi izbrati ustrezno raven delovne temperature kompozita, odpornost na kemična dražila, obnašanje kompozita pod vplivom padavin in visokih ali nizkih temperatur.

Matrica je lahko material iz epoksi, poliestra in nekaterih drugih termoreaktivnih, polimernih in termoplastičnih materialov. V kompozitnih materialih z vlaknasto strukturo napetost, ki nastane pod vplivom zunanjih obremenitev, absorbirajo vlakna visoke trdnosti. Zagotavljajo tudi trdnost konstrukcije v smeri armature. Zaradi usmerjenosti lastnosti kompozitnih materialov imajo odlične lastnosti. Kompozitni materiali se lahko uporabljajo za ustvarjanje struktur z lastnostmi, ki so bile predhodno določene in najbolj ustrezajo specifiki in lastnostim dela. Zahvaljujoč raznolikosti vlaken in materialov za matriko, pa tudi shemi, po kateri poteka postopek ojačitve pri ustvarjanju kompozita, je mogoče namensko uravnavati trdnost, togost, stopnjo delovne temperature, kemično odpornost in druge lastnosti.

Široke možnosti tehnološkega postopka za izdelavo materialov različnih oblik določajo širok nabor kompozitnih materialov, ki jih je mogoče izdelati. Ob upoštevanju vseh tehnologij je potrebna uporaba posebnih enot in opreme, opreme in drugih strojev. S to tehniko je mogoče armaturne palice upogniti v različne smeri za najbolj prilagojene konstrukcijske rešitve.

V tem razdelku si lahko podrobno ogledamo, kaj se uporablja za izdelavo kompozitnih materialov, kakšno vrsto ojačitvenega materiala in matrike je mogoče uporabiti, pa tudi, katere vrste tehnologij se uporabljajo v proizvodnji.

Kompozitni materiali in tehnologije.

Ojačitveni materiali za kompozite:

		1. Steklena vlakna. Tehnologija proizvodnje kompozitnih materialov uporablja ojačitvene materiale, kot je steklena vlakna. Ta material je izpeljana oblika stekla, stopljenega z ekstrudiranjem. Med proizvodnim procesom gredo staljene niti skozi predilne filtre, ki postanejo zelo močni. Ta material se za razliko od steklenih izdelkov ne lomi in ne zlomi, hkrati pa ostaja zelo trpežen in omogoča izdelavo tkanin in kablov iz njega za različne namene. Praviloma se zelo pogosto in široko uporablja pri gradnji hiš, temeljev za kapitalska gradnja, kot tudi obnovitvena dela na avtocesti. Steklena vlakna se uporabljajo tudi za toplotno izolacijo fasad in zvočno izolacijo. Steklena vlakna se redno uporabljajo za dodelavo in gradbeni materiali, na primer armatura iz steklenih vlaken, obložne plošče, plošče, ploščice iz steklenih vlaken. Ta material je odporen proti ognju, zato je varen za vse prostore, tako poslovne kot stanovanjske. Če primerjate steklena vlakna z običajnimi materiali, je kompozit cenovno ugodnejši. Ta tehnologija omogoča izdelavo materialov s specifično trdnostjo, ki je višja od specifične trdnosti jekla. Prav tako je zelo pomembno, da je steklenim vlaknom mogoče dati absolutno kakršno koli obliko.
		2. Bazaltna vlakna. Drug zelo priljubljen material za izdelavo kompozitov so bazaltna vlakna, ki so izdelana iz kamnin, ki so strukturno podobne bazaltu, bazanitu in gabradiabazu. Uporabljajo se tudi kombinacije teh materialov. To vlakno se proizvaja v posebnih pečeh pri visokih temperaturah. Materiali se topijo in prosto tečejo skozi poseben izpust. Bazaltna vlakna so lahko dveh vrst - rezanih in neprekinjenih; razlike med tema dvema vrstama so v lastnostih samega materiala. Zelo pogosto se uporablja v proizvodnji filtrov. Ta material je lahek in trpežen, zaradi česar se uspešno uporablja za ojačitev betonskih konstrukcij. Bazaltna vlakna se uporabljajo v gradbeništvu, zaradi česar struktura bistveno izboljša svoje lastnosti v smislu udarne trdnosti, odpornosti proti zmrzali in vodoodpornosti konstrukcij. Bazaltna vlakna se uporabljajo za izdelavo toplotne izolacije in požarne zaščite, bazaltno-plastične armature, polnila za ultra fine filtre, mešanice za armiranje betona, izolacije različnih strojev, ki delujejo v neugodnih pogojih. vremenske razmere in pri zelo nizke temperature. Iz tega materiala so izdelane bazaltne preproge in vlaknene plošče, ki se kasneje uporabljajo za oblaganje cevovodov. Glavne prednosti izdelkov iz bazaltnih vlaken so lastnosti, kot so visoka odpornost na kemične napade, majhna teža in zelo ugodna cena. Porozna struktura bazaltnih vlaken ne depresira prepustnost, in vlakna iz bazaltnih vlaken ne korodirajo in nimajo katodnega učinka, za razliko od kovinskih izdelkov.
		3. Ogljikova vlakna. Ogljikova vlakna se uporabljajo tudi pri izdelavi kompozitnih materialov. Ta material je snov, ki vsebuje samo karbonatni ogljik. Ta material, ki ga je prvi izdelal in patentiral Thomas Edison v poznem 19. stoletju, je super močan element, ki ga je mogoče proizvesti z obdelavo organskih vlaken pri visokih temperaturah. Proizvodnja kompozitnih materialov iz ogljikovega karbonata je zelo kompleksen proces, ki se izvaja na kompleksen način. Ko se material popolnoma strdi in grafitizira, bo količina čistega ogljika v vlaknu približno 99 %. Ogljikovi kompoziti se uporabljajo predvsem pri izdelavi fragmentov letalo, kot tudi naprave, ki doživljajo stalne visoke obremenitve. Ta material se topi pri zelo visoki temperaturi, zato se uspešno uporablja za toplotno izolacijo pri proizvodnji vakuumskih peči. Poleg tega ima ogljikov kompozit sposobnost učinkovite absorpcije elektromagnetnih valov, kar se pogosto uporablja v radijski tehniki. Ogljikova vlakna imajo izjemno visoko kemično odpornost. Uporablja se pri izdelavi vesoljskih plovil, nadzvočnih letal, delov dirkalnih avtomobilov, zaslonov, ki absorbirajo elektromagnetne valove, pa tudi za izdelavo profesionalne športne opreme. Če karbonska vlakna primerjamo s tradicionalnimi materiali, je novi tehnološki material lahek in vzdržljiv, zato lahko nadomesti vsako plastiko in kovino.
		4. Aramidna vlakna. Aramidna vlakna se zelo pogosto uporabljajo tudi pri izdelavi kompozitnih materialov. Včasih se imenuje tudi kevlar. Je trpežen sintetični material, pridobljen iz kopolimernih niti s segrevanjem na petsto stopinj. Ta material je na voljo v več različicah, kot so para-aramidna in meta-aramidna vlakna. Slednji imajo zelo visoko toplotno odpornost, zato se lahko uporabljajo za ustvarjanje oblačilnih dodatkov. Aramidna vlakna se pogosto uporabljajo v številnih vrstah industrije. Združujejo lahkotnost in moč. Uporabljajo se za oblikovanje vesoljskih vozil, delov dirkalnih avtomobilov, pa tudi za izdelavo delovnih oblačil in opreme za dirkače, vojsko, gasilce in druga posebna področja. Pomembno je, da se aramid uporablja za izdelavo neprebojnih jopičev, pletenic kablov, težkih kablov, ognjevarnih oblačil in armature. avtomobilske gume. Ta material je zelo visoki ravni natezno trdnost, kot tudi visoko odpornost proti kemičnim napadom in visoko tališče. Zahvaljujoč tem lastnostim aramidno vlakno praktično nima analogov, kar omogoča izdelavo rovingov iz njega. So snopi, sestavljeni iz niti tega vlakna. Rovingi se lahko razlikujejo po gostoti ali debelini, kar je odvisno od števila niti vlaken v snopu, premera niti in vrste surovine, iz katere je izdelana.

Rovingi se proizvajajo na osnovi zgoraj opisanih vlaken. Potepanje- je snop, sestavljen iz niti neprekinjenih vlaken. Rovingi se razlikujejo po: gostoti ali debelini - številu niti vlaken v snopu, premeru posamezne niti, vrsti surovine iz katere so izdelani, vrsti maziva in namenu. Imajo glavno oznako v texu ("tex") - to je teža 1 kilometra rovinga v gramih. Rovingi so dobavljeni v kolutih ali zvitkih, hermetično zapakirani v folijo.

		Stekleni roving je neprekinjen pramen, stkan iz steklenega filamenta. Za označevanje debeline rovinga, ki je odvisna od tega, koliko niti je vključenih v njem, se uporablja vrednost tex ("tex"). V bistvu se roving proizvaja na posebnih enotah za tkano navijanje z uporabo posameznih niti iz steklenih vlaken. Končana steklena vrv je predpisana s posebnim termoplastičnim lepilom, imenovanim mazivo. Z rovingom stekla je možno izdelovati fitinge, različne profile, kot tudi rotacijske cilindre, cevi, rezervoarje, ki se lahko uporabljajo za shranjevanje in transport kemičnih reagentov. Roving se lahko uporablja kot ojačitveni material. Ker je njegova cena zelo dostopna, je material lahek in plastičen, se zelo pogosto uporablja pri zaključnih delih in dekoriranju fasad. Roving se uporablja tudi za polnjenje plastike, izdelavo pultrudiranih profilov, gradbeno ojačitev, termoplastično ojačitev, pa tudi za izdelavo steklenih vlaken, izboljšanje kakovosti. asfaltno betonski tlak, kot tudi za izdelavo cevi in ​​posod, ki se uporabljajo pri visokem tlaku. Izdelki na osnovi steklenega rovinga imajo številne prednosti. Prvič, je cenovno ugoden, visoko trden, varen, odporen na neugodne razmere, odporen na poškodbe in se lahko dolgo uporablja kot toplotnoizolacijski material.
		Bazalt roving je pravzaprav vrv, v kateri so enakomerno napete trdne bazaltne niti. Za izdelavo niti se grobozrnat bazaltni drobljen kamen zdrobi, preseje, opere in posuši. Nato se ta sestava naloži v rekuperativne talilne peči, kjer se drobtine segrejejo na 1500 stopinj. Sestava se začne topiti in teči v podajalnik, nato pa vstopi v podajalnik predilnice, od koder se izvleče s posebno napravo, ki tvori neprekinjene niti. Način predenja določa, ali bo roving enovaljan z ravnimi nitmi ali zložen. Visoka trdnost in odpornost snovi na agresivna okolja omogoča uporabo rovinga pri proizvodnji cevi za transport kemikalije, plini pri visokih temperaturah ter goriva in maziva. Roving na osnovi bazalta se uporablja tudi za izdelavo tkanin in prepregov, gradbenega okovja, plastične armature in betonskih izdelkov, za izdelavo strešne instalacije in obloge, pri izdelavi toplotnoizolacijskih preprog, za izboljšanje asfaltnih vozišč pri gradnji in rekonstrukciji cest.
		Carbon roving so niti, stkane iz enojnih ogljikovih vlaken. Niti vlaken, ki sestavljajo material, imajo zelo majhen premer, do 15 mikronov, zaradi česar ima snop zelo visoko natezno trdnost. Tudi material je zelo majhna teža. Med proizvodnjo jih segrejejo na 1700 stopinj in kemično obdelajo, kar povzroči karbonizacijo. Rovingi se prodajajo v zvitkih, vendar morajo biti shranjeni na suhem mestu. Carbon roving se lahko uporablja v gradbeništvu, ladjedelništvu in proizvodnji letal. Visoke mehanske lastnosti rovingov omogočajo laminiranje in ojačitev sistemov, ki vsebujejo epoksidno, vinilno ali poliestrsko smolo. Rovingi, ki vsebujejo ogljikove filamente, se uporabljajo v medicinske namene, v gradbeništvu, elektrotehniki, letalstvu in raketni tehniki, v naftni industriji, vesoljski industriji in pri izdelavi športne opreme. Prednosti karbonskega rovinga so očitne – v primerjavi s tradicionalno uporabljenimi materiali ima visoko natezno trdnost, ne rjavi in ​​je odporen na izjemno visoke temperature. Ogljikova vlakna, ki sestavljajo predivo, so sposobna ujeti alfa delce, njihove lastnosti pa omogočajo ustvarjanje brezšivnih izdelkov kompleksnih oblik.

Vrste kompozitnih veziv. Sestavljene matrike:

1. Epoksi vezivo.

Kompozitna veziva in matrice so lahko različne vrste. Zelo pogosto se uporablja epoksidno vezivo, ki je tvorjeno iz snovi epoksi skupine. Ta material ima tridimenzionalno strukturo, ki je odporna na alkalne, kislinske in halogenske raztopine. Epoksi veziva se pogosto uporabljajo v najrazličnejših panogah. Uporablja se za lepljenje različnih vrst ojačitvenih elementov in pridobivanje visokokakovostnega kompozitnega materiala. Uporablja se tudi kot tesnilno sredstvo za elektronske naprave, različna vezja in druge naprave. To vezivo se pogosto uporablja v gradbeništvu, pa tudi za domače namene.

2. Poliimidna veziva.

Nič manj znano in priljubljeno je poliimidno vezivo. Te snovi spadajo v razred toplotno odpornih materialov, ki imajo kompleksno strukturo z velikim številom vezi med delci. Zaradi toplotne odpornosti teh delcev se ta material uporablja kot vezivo v toplotnih zaščitnih sistemih za vesoljska plovila, v raketni industriji in v številnih drugih izdelkih, ki se uporabljajo pri agresivno visokih temperaturah. Pri izbiri te vrste veziva je treba upoštevati faktor toksičnosti tega materiala, zelo visoko stopnjo viskoznosti pri normalne temperature, dokaj visoka cena, ki je povezana z dolgim ​​proizvodnim procesom.

3. Poliestrsko vezivo.

Poliestrska veziva so produkt, ki nastane pri polimerizaciji estrov z nasičenimi delci. Posebnost te snovi je, da vsebuje visok odstotek stirena, ki se pojavi v procesu polimerizacije. To lahko vodi do dveh negativnih lastnosti tega materiala – poleg porozne strukture je lahko tudi toksičen. Vendar je to vezivo cenejše od epoksidnega veziva, ima pa tudi nižjo viskoznost in se lažje nanaša.

4. Fenol-formaldehidno vezivo.

Fenol-formaldehidno vezivo ima to posebnost, da je delovna temperatura lahko zelo visoka. Pomembno je tudi, da je ta material zelo dostopen, saj je stranski produkt sinteze naftnih derivatov. Ima dobro pretočnost, zahvaljujoč kateri je mogoče dobiti izdelke različnih konfiguracij. Zahvaljujoč uporabi tega vezivnega materiala je mogoče dobiti dobro impregniran ojačitveni element v kompozitnem materialu.

5. Ogljikovo vezivo.

Ogljikovo vezivo bo omogočilo izdelavo izdelka z zelo visokimi fizikalnimi in mehanskimi lastnostmi. Njegov linearni koeficient toplotno raztezanje≈10-7-10-8; koeficient toplotne prevodnosti do 1000 W/m.K; modul elastičnosti E≈600 GPa. Ta snov ima tudi odlične električne lastnosti, pa tudi visoko kemično inertnost. Ta vez se uporablja pri izdelavi blokov motornih šob, toplotno odpornih ploščic in tudi v električnih komponentah.

6. Vezivo cianatnega estra.

Cianatno etrsko vezivo ima visoko odpornost na sevanje, spremenljive mehanske lastnosti, ki so odvisne od časa obdelave, kot tudi nizko absorpcijo vlage in nizko dielektrično konstanto. Poleg tega so veziva cianatnega estra zelo odporna na temperaturne spremembe, ki lahko pri drugih materialih povzročijo mikrorazpoke in kasnejši razpad snovi. Zaradi teh lastnosti se cianatni ester pogosto uporablja v kompozitnih materialih za vesoljsko industrijo. Snov se uporablja za izdelavo reflektorjev, kupolov, anten, reflektorjev, kot tudi dimenzijsko stabilnih prostorskih struktur.

GELCOAT-i Za premazovanje kompozitnih materialov se uporabljajo modificirane smole, imenovane gelcoati. Izdelane so iz poliestra oz epoksi smolo, zaradi česar bo imel kompozit gladko sijajna površina. Gelcoat je potrebno nanesti z brizgalno pištolo, kar zagotavlja enakomeren sloj brez luščenja. Pri oblikovanju dela se pogosto uporablja poseben matrični gelcoat, ki se lahko nanese v debelejši plasti. Izdelki iz steklenih vlaken so praviloma prevlečeni s to smolo, kar ustvari dodatno zaščito in podaljša življenjsko dobo materialov. Tudi z uporabo gelcoata površino pobarvamo v želeno barvo.

Preberete lahko informacije o tehnologijah za proizvodnjo kompozitnih materialov