Semua tentang komposit

Analog paling sederhana dari komposit yang terlintas dalam pikiran untuk pemula adalah wafer kembang gula dan kayu lapis. Dalam kasus pertama, isian krim terletak di antara kue dengan tepian jala. Opsi kedua adalah lapisan serat tegak lurus yang diresapi dengan perekat.

Komposit adalah kombinasi lapisan bahan yang heterogen dan berbeda jenis yang berbeda dalam sejumlah sifat fisik, teknologi dan mekanik. Salah satu persyaratan utama adalah netralitas, disediakan oleh kesamaan yang signifikan dari sifat kimia dari lapisan yang digunakan. Teknologi dan mekanik, serta sejumlah sifat fisik dari komposit yang dihasilkan berbeda dari parameter awal yang sama dari masing-masing lapisan secara terpisah.

Hanya ada dua jenis interlayers dalam material komposit: matriks dengan sel dan pengisi. Analog konstruksi paling sederhana dari komposit adalah beton bertulang yang dibentuk oleh rangka baja, ruang di dalamnya (dan sebagian di luarnya) diisi dengan penuangan beton, yang telah mengeras dan memperoleh kekuatan dalam sebulan sejak tanggal menuangkan larutan beton. .

Menurut struktur struktural, bahan komposit adalah: berserat, diperkuat dispersi, diperkuat sebagian (jangan dikelirukan dengan pengerasan sebagian, mengacu pada beberapa peningkatan dalam parameter komposisi) dan nanometrik.

Contoh material komposit.

• Kertas timbul untuk uang dan dokumen, mengandung bulu sintetis yang meningkatkan kekuatan tarik dan abrasi. Dan mereka juga salah satu dari sekian banyak indikator keberadaan tiket palsu.
• Batu bata yang terbuat dari tanah liat di mana jerami disertakan. Bata adobe mendapatkan beberapa ketahanan terhadap retak.
• Perekat epoksi dengan serbuk logam atau kayu. Yang terakhir dimasukkan ke dalam komposisi untuk menghemat resin epoksi.
• Karbon yang pecah pada dampak multi arah. Itu tidak retak hanya dengan guncangan dan getaran yang bertepatan dalam vektor aksinya dengan arah di mana pengendara sepeda bergerak. Jika Anda menabrak rangka sepeda serat karbon pada benda apa pun, seperti tiang beton, serat karbon akan pecah berkeping-keping.
• Triplex - lapisan kaca pada visor depan dan belakang mobil, diikat dengan lapisan seluloid. Jika terjadi kecelakaan, hamburan sejumlah besar fragmen berbentuk baji dikecualikan, seringkali berakhir dengan hilangnya penglihatan pengemudi yang terlibat dalam kecelakaan.

Jadi, kaca antipeluru untuk kendaraan polisi dan militer terbuat dari tiga lapis atau lebih kaca tempered - itu hanya bisa ditembus oleh peluru atau peluru penusuk baju besi. Kaca lapis baja mengacu pada bahan komposit berlapis.Berbagai perkembangan yang ada saat ini membagi material komposit menjadi puluhan jenis dan varietas yang masing-masing diminati pasar untuk jasa konstruksi dan perbaikan.

Jadi, Ada cermin, pengisi, kuarsa, dan bahan komposit lainnya yang dirancang untuk aplikasi tertentu. Karakteristik masing-masing spesies ini berbeda satu sama lain. Misalnya, nanokomposit dan mikrokomposit yang tidak mengandung polimer tidak akan terbakar. Mereka hanya hangus ketika dipanaskan hingga setidaknya ratusan derajat Celcius, yang menyederhanakan penggunaannya pada suhu yang tidak biasa untuk kondisi ruangan.

Bahan komposit diproduksi sesuai dengan skema berikut. Pertama, komponen matriks diterapkan pada serat penguat, kemudian, dengan menggunakan cetakan pengepres, pita bahan penguat dan matriks itu sendiri dibentuk. Bahan yang dihasilkan ditekan, disinter, dan lapisan tambahan diterapkan pada serat. Selanjutnya bahan sekunder yang dihasilkan (tahap selanjutnya) dikirim untuk pengepresan ulang, melalui tahap penerapan matriks berupa penyemprotan menggunakan plasma. Penekanan ketiga - kompresi - adalah tahap terakhir. Dengan demikian, kompresi (penekanan) dilakukan setidaknya tiga kali.

Bahan komposit alami dicirikan oleh bobot yang ringan, kekuatan yang cukup besar, dan kinerja mutakhir. Mereka terutama digunakan untuk pesawat, termasuk pesawat terbang dan roket. Komposit sederhana telah dibuat oleh alam itu sendiri, misalnya, cincin kayu tahunan, kulit kayu. Bahan komposit alami yang dibuat oleh manusia - batu bata yang terbuat dari tanah liat, yang mengandung pasir, blok semen-pasir dengan tambahan serbuk gergaji dan lain-lain.

Fiberglass diakui sebagai salah satu serat komposit klasik. Ini adalah pita plastik yang terbuat dari komposit yang direkatkan ke berbagai permukaan. Matriks ini menahan untaian fiberglass di tempatnya. Berkat benang kaca yang ditekan dengan cara ini, kekuatan bahan ini dipastikan. Plastik awalnya lunak dan fleksibel, sedangkan kaca memiliki struktur yang keras dan rapuh.

Dengan menggabungkan sifat-sifat ini, dimungkinkan untuk mendapatkan bahan padat yang sangat fleksibel dan pada saat yang sama di mana plastik dan kaca saling melengkapi. Komposit digunakan untuk pembuatan bodywork mobil dan perahu motor. Komposit kaca tidak akan berkarat atau teroksidasi.

Bahan bangunan yang lebih modern yang muncul jauh kemudian mengandung logam, keramik dan/atau polimer sebagai bahan utamanya. Klasifikasi bahan-bahan ini juga memperhitungkan aditif non-logam, seperti serpihan kayu atau debu. Komposit kayu yang diperkuat plastik, atau papan komposit (dan bahan lembaran yang terbuat dari bahan yang sama), digunakan dalam pembuatan furnitur dan dalam organisasi penghiasan di beranda atau teras.

Kayu, dihancurkan dan dicampur dengan polimer yang dilebur menjadi lunak, digunakan sebagai penghiasan yang mengeras di mana Anda dapat berjalan dan bahkan memindahkan furnitur: papan atau lembaran kayu-plastik tidak akan pecah atau retak, karena bahannya padat.

MDF - kotak atau profil padat, yang tidak menggunakan resin atau plastik sintetis, tetapi secara eksklusif resin yang berasal dari alam. Kayu yang dihancurkan menjadi serpihan dan debu diresapi dengan zat ini dan kemudian melewati tahap sintering dan pengepresan di tungku. Produk umum yang terbuat dari MDF adalah pintu dan laminasi berkualitas tinggi. Selama sintering dan pengerasan resin, mereka berpolimerisasi - polimer alami terbentuk di mana debu kayu dilarutkan (dan serpihan didistribusikan).

Contoh paling sederhana adalah paduan aluminium atau magnesium yang diperkuat dengan serat karbon. Tetapi aluminium juga dapat dilengkapi dengan silikon karbida, dan komposisi tembaga-nikel dapat dilengkapi dengan graphene, subspesies dari serat karbon. Bahan komposit dengan matriks logam kuat, memiliki kekakuan yang dapat diterima untuk memecahkan sebagian besar masalah, tahan aus, tahan terhadap oksidasi, dan relatif ringan dibandingkan dengan produk semua logam.

Mereka mahal dan sulit untuk diproses. Dari komposit modern, misalnya, elemen piston untuk mesin pembakaran internal diesel dibuat. Pelapis komposit untuk fasad terbuat dari lembaran aluminium, di antara lapisan-lapisan plastik dituangkan. Pewarnaan membantu memberi warna berbeda pada hasil akhir seperti itu.

Alih-alih logam, bahan utama dalam komposit keramik, seperti yang Anda duga, adalah keramik. Misalnya, kaca yang mengandung boron, dibuat berdasarkan inklusi silikat, digunakan sebagai elemen ini. Ini berfungsi sebagai komponen matriks sekunder dan diperkuat dengan serat karbon atau inklusi keramik, di mana silikon karbida digunakan. Komposit keramik memungkinkan, misalnya, untuk mengatasi kerapuhan keramik padat dengan memberikan penguatan karakteristik untuk mengatasi fenomena retak ketegaran.

Komposit serat karbon karbida adalah salah satu material komposit paling populer di pasaran., yang memungkinkan untuk memperoleh komposisi yang mendahului serat karbon dan komposit dalam hal karakteristik kekuatannya dan indikator keandalan blanko yang dibuat dari bahan tersebut. Komposit semacam itu digunakan, misalnya, dalam produksi suku cadang untuk sistem pengereman dan kopling otomotif.

Dewasa ini, perkembangan material yang lebih modern yang akan menggantikan material yang sudah merambah pasar, yang berjumlah puluhan ribu jenis produk yang dibuat darinya, tidak berhenti. Jadi, ukuran serat penguat dalam teknologi nano 1000 kali lebih kecil dari pendahulunya yang lebih panjang. Salah satu bahan masa depan adalah karbon nanotube, dari mana, misalnya, tongkat hoki dibuat. Dalam contoh ini, serat nanokarbon dilapisi dengan bahan komposit nikel-kobalt. Tongkat ini hampir tiga kali lebih kuat dan seperlima lebih mungkin tertekuk tanpa retak dibandingkan produk paduan baja yang sebanding.

Bahan komposit yang diperkuat dispersi disebut sebagai bahan nano, di mana ukuran panjang serat utama dibawa ke nilai 100 nm. Tetapi dalam sepuluh tahun terakhir, nanopartikel telah berkurang panjangnya menjadi 10 nm - pendekatan serupa digunakan, misalnya, dalam semikonduktor dan konduktor yang membentuk kristal mikroprosesor, mikrokontroler, atau sirkuit mikro yang membentuk memori elektronik. Standar kaku diterapkan pada balok dan panel komposit: misalnya, kekakuan (modulus Young) harus setidaknya 130 gigapascal, material harus tahan terhadap keausan lelah, dan stabil secara dimensi. Tujuannya adalah untuk menyelesaikan semua masalah ini secara bersamaan. Kekurangan - biaya tinggi karena meningkatnya beban kerja sains-intensif dalam pengembangan, implementasi dan aplikasi praktis dari bahan-bahan ini.

Pasar Rusia untuk produksi CM hanya 3% dari pasokan ekspor dari tingkat global. Hal ini disebabkan kurangnya dokumen peraturan terpadu yang menyederhanakan produksi bahan bangunan komposit, dan hingga saat ini, 90% bahan baku untuk produksi diimpor.

Jadi, Produksi CFRP di Rusia baru saja mulai berkembang, sementara, misalnya, Cina adalah salah satu produsen komposit terkemuka. Bahan-bahan baru, dalam penciptaan yang juga diikuti oleh para ilmuwan Rusia, terutama didasarkan pada penggunaan nanopartikel.

Bahan komposit digunakan dalam industri pesawat terbang untuk produksi beberapa komponen mesin dan struktur pendukung pesawat terbang. Industri luar angkasa menggunakannya untuk produksi struktur penahan beban dan kelongsong untuk roket dan satelit yang mengalami pemanasan kuat saat memasuki orbit. Industri otomotif menggunakan komposit untuk bodywork dan bumper. Industri pertambangan menggunakan CM sebagai bahan bor. Teknik sipil menggunakan CM untuk membangun elemen jembatan dan struktur bertingkat tinggi lainnya.

Prasyarat utama di berbagai cabang teknik adalah untuk meringankan berat sendiri mobil dan peralatan khusus, semua jenis kendaraan: hingga 70% dari komponen adalah bahan non-logam. Lantai self-leveling (lantai pengisi), serta tangga tuang, melibatkan penggunaan komposit di mana, sebelum bereaksi dengan udara, ada zat semi-cair, mungkin sirup. Komposit semacam itu dapat dengan mudah diterapkan pada dasar beton subfloor menggunakan lem epoksi, di mana pengisi utama dilarutkan.

Dasar untuk menghitung kelayakan penggunaan CM adalah parameter terpenting - efektivitas penggunaan teknologi tepat guna. Matriks logam dan nonlogam dapat digabungkan dalam urutan yang berbeda dalam pembuatan komposit yang lebih kompleks. Sebagai contoh, ban sepeda, di treadmill yang menggunakan beberapa lapisan serat penguat: capron, kevlar, kawat baja tipis dan kompon, yang memungkinkan peningkatan jumlah garis perlindungan. Berkat teknologi ini, pengendara sepeda tidak "merebut" duri dan potongan kaca, kawat, bergerak di sepanjang tepi jalan tanpa aspal, primer, dan jalan berbatu.

Ban seperti itu tidak akan melewati satu, tetapi setidaknya dua puluh ribu kilometer, sebelum menjadi sangat aus sehingga tusukannya masih sering terjadi. Menghitung biaya satu ban tersebut, di mana label harga ini dapat meningkat 10 kali lipat atau lebih, memungkinkan Anda memperoleh manfaat dari penurunan harga keseluruhan yang kecil tanpa mengganti ban serupa hingga 10 kali (faktor ini dianggap sebagai waktu yang dihabiskan untuk manipulasi perbaikan) - saat melewati semua 20.000 km yang sama pada karet yang sama.

Dalam hal ini, ban sepeda adalah sejenis multi-komposit, di mana beberapa lapisan perbaikan (matriks) digunakan, dan bukan hanya satu. Perhitungan produksi jenis material komposit tertentu didasarkan pada bentuk penggunaannya. Inklusi penguat digunakan sebagai benang, pita, kain tipis, komponen berserat atau penarik. Jumlah pengeras dalam bahan berdasarkan volume dan berat adalah 30-80%, tergantung pada tujuan jenis komposit tertentu.