Содержание

Композитная история

Произнося слово «композитный», большинство из нас представляет что-то современное и инновационное. Например, обшивку для космического корабля или новейшего самолета, в крайнем случае – композитную пломбу или коронку на зуб. Редко мы задумываемся над тем, что композиты появились несколько тысяч лет назад, уходят своими корнями в Древний Египет. Об истории развития композитных материалов в мире, их современном применении и перспективах – в нашем материале.

История и устройство: от железобетона до нанокомпозитов

Композитный материал или просто композит – это материал, состоящий из двух или более компонентов, каждый из которых обладает различными физическими и химическими свойствами. При этом в сочетании друг с другом они создают новый материал или улучшают характеристики одного из них. Сегодня многие исследователи уверены, что за этими материалами будущее и называют XXI столетие веком композитов. Удивительно, но сама идея их создания родилась задолго до нашей эры.

Композитами, по сути, можно назвать даже саманные кирпичи, которые использовались в Древнем Египте. Главными компонентами такого древнего композита выступали глина и солома. Еще один пример античного композитного материала – бетон, который придумали древние римляне. Такой композит из смеси вяжущего вещества и дробленых камней использовался при строительстве масштабных зданий той эпохи. К примеру, знаменитый Пантеон считается самым крупным зданием в мире, купол которого выполнен из неармированного бетона.

Первым же «официальным» композитным материалом стал железобетон, который появился в конце XIX века. На его примере легко объяснить принцип строения композитов. Железобетон включает в себя два компонента: металлическую сетку и бетон. Главное, что граница между ними хорошо различима. Это и есть основная характеристика любого композита – он состоит из нескольких материалов, но с четкой границей между ними. Для сравнения, другой многокомпонентный материал – сталь – не является композитом. В ней углерод внедряется в кристаллическую решетку железа, и граница исчезает. Итак, в составе композита выделяют матрицу и наполнитель. Изменяя их состав и соотношение можно получить множество видов новых материалов с различными свойствами.


По структуре композиты делятся на несколько основных классов: волокнистые, дисперсно-упрочненные, упрочненные частицами и нанокомпозиты. Как следует из названия, волокнистые композиты армированы волокнами или нитевидными кристаллами. Самыми простыми и наглядными примерами могут послужить кирпичи с соломой и папье-маше.

Остальные три вида композиционных материалов объединяет тот факт, что их матрицы наполнены частицами армирующего вещества, а различаются они размерами этих частиц. В композитах, упрочненных частицами, их размер больше 1 мкм, а содержание составляет 20-25% от общего объема, тогда как в дисперсно-упрочненных композитах до 15% частиц размером от 0,01 до 0,1 мкм. Нанокомпозиты являются новым поколением композиционных материалов. В их состав входят частицы совсем маленькие – размером до 100 нм.

Эра пластика: универсальность полимерной матрицы

Различные волокна или кристаллы в композитах наполняют основную матрицу. Она в свою очередь тоже может быть разной: полимерной, деревянной, керамической или на основе металла. Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются сегодня самыми распространенными.

Пластик считается одним из основных новшеств прошлого века. Этот легкий и удобный материал обладал одним недостатком – хрупкостью. Именно эту проблему технологам удалось решить, армировав пластик по аналогии с железобетоном. Так появились углепластики и стеклопластики – полимерные материалы, с которыми мы связываем само понятие «композиты».


Использование стеклопластиков, где наполнителем является расплавленное неорганическое стекло, началось в середине XX века в оборонной промышленности. Тогда из них изготавливались антенные обтекатели. Сегодня стеклопластики широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, например, оконных рам, и так далее.

Углепластики – полимерные композиты, где наполнителем служат углеродные волокна. Легкость и высокая прочность – основные достоинства этих материалов. Углепластик в пять раз легче стали и примерно вдвое легче алюминия. Есть углепластики, которые способны на протяжении долгого времени выдерживать температуры до 3000 °С. Они применяются для создания высокотемпературных деталей ракет и самолетов. Например, для изготовления тормозных колодок для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей.

Композиты в небе и на земле 

В свое время именно прогресс в космической сфере стал стимулом для развития композитной отрасли. В нашей стране лидером данного направления было и есть Обнинское научно-производственное предприятие «Технология». Первые обнинские композитные материалы еще в 1980-х годах были испытаны на стойкость на планете Венера – вошли в состав одноименных советских космических аппаратов. Чуть позже «Технология» присоединилась к самому масштабному космическому проекту страны – разработке корабля многоразового использования «Буран». Космоплан должен был выдержать температуру 1500 °С во время входа в атмосферу. Специалистами «Технологии» была создана специальная керамическая плитка для обшивки. Для «Бурана», который совершил полет в 1988 году, было выпущено почти 40 тыс. таких плиток.

В Обнинске были разработаны и крупногабаритные композиционные конструкции, например, головной обтекатель ракеты-носителя «Протон». Благодаря использованию композитов «Протон» «скинул» почти полторы тонны, что имело огромный экономический эффект. Ведь вывести на орбиту тонну груза стоит почти столько же сколько тонна золота.


Сегодня «Технология» производит множество композиционных конструкций для космоса и авиации. Это обтекатели для ракет-носителей, панели для самых современных спутников, детали для военных и гражданских самолетов. К примеру, на предприятии создаются композитные конструкции для новейшего авиалайнера МС-21 и двигателей самолета Sukhoi Superjet 100.

Композиты сейчас применяются не только в космической индустрии и авиастроении, их можно встретить везде. Например, еще в 1980-х годах они «перекочевали» в автопром. Наглядной рекламой композитов для автомобилестроения послужила тогда победа на международных автогонках первого углепластикового болида. С тех пор с каждым годом объем композитов в современных машинах растет. Их использование позволяет снизить массу автомобиля примерно на четверть, а значит повысить эффективность двигателя и уменьшить расход горючего.

По мере развития науки композитные материалы становятся разнообразнее и дешевле. Всего столетие назад европейские монархи заказывали алюминиевые короны и сервировали столы алюминиевой посудой – тогда алюминий стоил дороже золота. Позже алюминий научились изготавливать в промышленных масштабах, и сегодня любой может купить газировку в алюминиевой банке и использовать фольгу. Композиты проходят тот же путь, и их развитие способно предоставить промышленности совершенно новые технологические возможности.

Композитные материалы: понятие, классификация, матрица

Композитными называют материалы, состоящие из нескольких слоев: слоя-наполнителя и слоя-матрицы, основы. Сочетание в одном материале слоев с разными свойствами позволяет получить новый продукт с качествами, отличными от характеристик каждого слоя в отдельности.

В первой части рассказа о композитах мы познакомим вас с этим понятием, расскажем немного о классификации композитов и начнем рассказ о самом большом классе этих материалов: о полимерных композитах.

Все специалисты единодушно признают, что за композитами будущее. Впрочем, само это понятие известно давно. Всем знакомые композиты ДВП, ДСП, текстолиты, триплексные стекла применяются в промышленности и в быту уже достаточно давно.

В ассортименте химического магазина «ПраймКемикалсГрупп», естественно, есть товары, произведенные с использованием композитных материалов. Вот пара таких вещей:

Классификация композитов

Композитные материалы можно классифицировать по:

  • структуре: слоистые, волокнистые, упрочненные частицами;
  • матрице: производятся композиты с полимерной, керамической или металлической матрицей.

К волокнистым композитам можно отнести ДВП, МДФ, ЛДСП, кевлар. Свойства готового продукта можно варьировать, меняя количество волокон и их ориентацию.  Самым ярким примером слоистого материала служат триплексные стекла, состоящие из слоев стекла и полимерной пленки.

Упрочненные частицами композиты делятся на три класса, в зависимости от размера частиц-наполнителей (от 1 мкм до 10 нм) и их количества (от 15 до 25% в объемном соотношении).

Полимерные композиты

Самый большой класс композитов. Матрицей полимерных композитов служат термопласты (сохраняющие свои свойства при многократном нагревании и охлаждении) и термореактивные смолы (принимающие при нагреве определенную структуру необратимым образом). Условно полимерные композиты можно разделить на несколько групп:

  • Стеклопластики, содержащие до 80% волокон из силикатного стекла. Отличаются оптической и радио проницаемостью, низкой теплопроводностью, высокой прочностью, хорошими электроизолирующими свойствами, невысокой стоимостью.
  • Углепластики с искусственными или природными углеродными волокнами на основе целлюлозы, производных нефти или угля. Углепластики легче и прочнее стеклопластиков, не прозрачны, не изменяют линейные размеры при изменениях температуры, хорошо проводят ток. Способны выдерживать высокие температуры даже в агрессивной среде.
  • Боропластики с борными волокнами, нитями и жгутами. Очень твердые и износоустойчивые, не боятся агрессивных веществ. Дорогие. Не выдерживают эксплуатацию при высоких температурах.

В следующей статье продолжим рассказ о полимерных композитах, поговорим о керамических композитных материалах, композитах на основе металлов и о применении композитов.

Композитные панели — что это, назначение, характеристики, преимущества и область применения

Содержание:

  1. Что такое композитный пластик
  2. Структура и характеристики композита
  3. Виды композитных панелей
  4. Типовые размеры композитных панелей
  5. Преимущества композитных панелей
  6. Область применения композитных панелей
  7. Особенности выбора композитных панелей
  8. Технология монтажа навесных вентилируемых фасадов
  9. Изготовление кассет
  10. Преимущества фасадов из композитных панелей

Композит объединяет в своем составе несколько различных материалов в единое целое.

Основу композитных панелей составляет пластичная матрица, армированная различными наполнителями. Внешне они представляют собой прямоугольные многослойные листы.

На строительном рынке представлены композитные материалы, различающиеся по составу наполнителей, количеству слоев, виду отделочных и защитных покрытий.

Структура и характеристики композита

Все слои листов композита соединены между собой по особой технологии, создающей прочную, надежную, устойчивую к расслаиванию конструкцию. 

Лицевая поверхность может окрашиваться в разные цвета, быть однотонной или иметь различные рисунки. 

Панели представляют собой прямоугольные листы с металлической или полимерной основой и теплоизоляционной прослойкой.

Внутренний слой покрывается антикоррозийным покрытием. На тыльную сторону панелей наносятся знаки в виде стрелок, указывающие направление резки при раскрое листов.

Внешний лицевой слой имеет декоративные и защитные слои из полиэстера или PVDF, защищающие материал от ультрафиолетовых лучей и неблагоприятных погодных факторов. Лицевая поверхность панелей может окрашиваться в разные цвета, иметь рисунок под древесину или кирпич, природный камень или декоративную штукатурку, быть матовой или глянцевой. 

Для придания прочности, жесткости и укрепления панелей применяются алюминиевые, стальные или синтетические листы.

Основу композита составляет полимерный наполнитель, отвечающий за технические свойства материала.

Скрепляет многослойную конструкцию слой клея или смолы PVDF.


Рис.1. Структура алюминиевого композита.

Композитные панели могут эксплуатироваться при температурах от -50 до +80°С.

Материал не подвержен коррозии, устойчив к агрессивным природным воздействиям, не поражается плесенью и микроорганизмами. Относится к слабо горючим.

Нормами пожарной безопасности материал допускается к применению в облицовке индивидуальных жилых домов и общественных зданий.

Виды композитных панелей

 На строительном рынке композитные панели представлены в нескольких разновидностях, отличающихся по составу и количеству слоев, размерам и цветовой палитре:

Алюминиевые

Состоят из тонких алюминиевых пластин. Характеризуются высокой прочностью и жесткостью при небольшом весе. Алюминиевые панели не боятся ветровых нагрузок. Стоят дороже аналогов. Могут устанавливаться на фасадах высотных зданий и не стабильных несущих ограждающих, рекламных и декоративных конструкциях.

Минеральные

Имеют в своем составе вспененный полиэтилен и антипиреновые соединения, снижающие горючесть материала. Под действием открытого огня материал не плавится. В процессе горения выделяется незначительное количество дыма

Полимерные

Основу материала составляет поликарбонат. Отличаются небольшим весом и доступной стоимостью. Уступают по прочности, жесткости и несущей способности алюминиевым и минеральным аналогам. Применяются для внутренней отделки помещений.

В качестве декоративного и защитного покрытия используются прочные и устойчивые составы:

  1. Краски PVDF — создают качественный декоративный слой, не выгорающий на солнце, не деформирующийся на морозе и в условиях жаркого климата. Не задерживают грязь и пыль. Не теряют привлекательности до 25 лет.
  2. Ламинирующие пленки способны имитировать натуральные материалы из дерева, кирпича, камня и металла. Служат от 15 до 20 лет. Отличаются разнообразием рисунков и расцветок, высоким качеством отделки и более дорогой, чем у аналогов ценой.
  3. Оксидные покрытия образуют на поверхности зеркальное, стойкое к коррозии долговечное покрытие, способное служить без потери качества до 20 лет.

Палитра цветов композитных панелей составляет более 200 позиций по каталогу RAL, из них более 17 — металлических оттенков.


Рис.2. Выбор оттенков композитных панелей.

Типовые размеры

Длина, мм

Ширина,мм

Толщина, мм

1500

4000

От 2 до 6

1220

4000

1500

6000

1220

6000

Возможны и другие размеры панелей по индивидуальному заказу.

Преимущества панелей

Композитные материалы экологичны и безопасны. Отличаются хорошими теплозащитными качествами. Не выгорают на солнце. Сочетают в себе прочность, жесткость и пластичность.

Композитные плиты обладают высокими эксплуатационными показателями:

  1. Легкостью. Вес одного квадратного метра листа составляет от трех до восьми килограммов, в зависимости от используемых материалов. Композитные панели легче стальных листов аналогичной жесткости в 3-4 раза, алюминиевых — в 1,5-2 раза.
  2. Прочностью. Благодаря этим показателям, кассеты изготавливаются больших размеров, что позволяет производить монтажные работы в короткие сроки с минимальными трудозатратами.
  3. Стойкостью к температурным перепадам и агрессивным воздействиям окружающей среды. Могут эксплуатироваться в условиях жаркого климата и экстремально низких температур.
  4. Надежностью и долговечностью. Отделочные покрытия из композитных панелей могут служить до 50 лет без потери качества и привлекательного внешнего вида.
  5. Повышенной звукоизоляцией. В сочетании с утепляющими слоями и воздушной прослойкой при монтаже вентилируемых фасадов способны значительно повысить звукоизоляцию помещений и защитить от уличного шума.

Широкая цветовая гамма и отличная гибкость позволяет создавать уникальные конструкции фасадов и внутренние интерьеры зданий.

Вентилируемые фасады можно навешивать на любые стены без предварительной подготовки, что значительно экономит затраты на строительство или ремонт.

К отрицательным свойствам относятся низкая ремонтопригодность. При повреждении композитного листа отремонтировать его практически невозможно. 

Риск появления царапин на облицовке повышает требования к монтажу, складированию и транспортировке материала. 

Область применения

Одна из самых распространенных сфер использования композитных листов — устройство навесных вентилируемых фасадов. 

Листы композита получили широкую популярность при строительстве и реконструкции зданий. 


Рис.3. Использование композита при строительстве нестандартных объектов.

Листы из композита применяются при создании различных сооружений и конструкций:

  • отделка лоджий и балконов, монтаж навесов и карнизов; 
  • изготовление вывесок, информационных и выставочных стендов, конструкций наружной рекламы; 
  • создание стел, указателей, малых архитектурных форм в городском дизайне;
  • оформление стен, колонн, потолков, внутри зданий; 
  • устройство офисных перегородок, специальной мебели;
  • обшивка холодильных камер и автомобильных рефрижераторов;
  • строительство автозаправочных станций, киосков, остановочных павильонов и прочих нестандартных объектов. 

Композитные листы широко применяются в дизайне зданий. Легко имитируют кирпичи и натуральные камни, зеркала и металл.


Рис. 4. Фасад торгового центра из композитных кассет.

Композитные кассеты не рекомендуется монтировать на детские дошкольные и образовательные учреждения и больницы.

Особенности выбора

Для самостоятельного монтажа композитных конструкций стоит приобретать материал в комплекте с кронштейнами, направляющими профилями, крепежными деталями и другими приспособлениями.

От качества панелей зависит надежность монтажа и срок эксплуатации конструкций.

При выборе композитных панелей нужно руководствоваться следующими рекомендациями:

  1. На внутренней стороне панели должна содержаться информация о дате выпуска, номере партии, указываться производственный код и тип панели.
  2. Любая партия композита комплектуется технической документацией, подтверждающей качество и огнестойкость материала.
  3. При получении товара проверяйте панели на целостность защитной пленки, отсутствие дефектов, вмятин и царапин. Важно помнить, что панели с высокой степенью горючести не могут использоваться при строительстве жилых домов и общественных помещений.
На защитной пленке указывается направление расположения композитных листов на фасаде, чтобы избежать разнотона при монтаже.


Рис.5. Маркировка материала на защитной пленке.

Технология монтажа навесных вентилируемых фасадов

Навесные вентилируемые фасады пользуются большой популярностью при отделке не только общественных зданий, но и современных частных домов.

Они монтируются по современным технологиям и подходят для стен из кирпича и газобетона, железобетонных панелей и дерева.

Конструкция вентфасада включает в себя:

  • облицовку из композитных кассет;
  • стальную подсистему;
  • утепляющие, пароизолирующие и ветрозащитные материалы.

Между утеплителем и облицовочным слоем устраивается воздушный зазор.

Благодаря воздушной прослойке, работающей по принципу вытяжной трубы, конденсирующая под фасадной облицовкой влага вытягивается с восходящим воздушным потоком в атмосферу.

Кроме того, прослойка из воздуха является дополнительным теплоизолятором. Она сглаживает термические деформации, возникающие при температурных перепадах, тем самым предотвращает преждевременное разрушение несущих и ограждающих конструкций.

ия можно использовать стекло матовое или более темных тонов. В продаже имеется поликарбонат в широкой гамме цветов: опал, бронзовый, бирюзовый, голубой, оранжевый.

Возможно вас заинтересует:
  Композитные панели   Размеры  Стоиомость листа
ALTEC зеркало золотое (RAL 0007) al 0.21 1500х4000х3 10352 руб
ALTEC графит металлик (RAL 0009) al 0.21 1500х4000х3 4500 руб
ALTEC шампань металлик (RAL 0004) al 0.21 1500х4000х3 4500 руб
ALTEC бронза металлик (RAL 0002) al 0.21 1500х4000х3 4500 руб
ALTEC золото металлик (RAL 0003) al 0.21 1500х4000х3 4500 руб
ALTEC зеркало золотое (RAL 0007) al 0.3 1220х4000х3 9760 руб
ALTEC зеркало серебрянное (RAL 0007) al 0.3 1220х4000х3 9760 руб
ALTEC графит металлик (RAL 0009) al 0.3 1220х4000х3 5002 руб
ALTEC шампань металлик (RAL 0004) al 0.3 1220х4000х3 5002 руб
ALTEC бронза металлик (RAL 0002) al 0.3 1220х4000х3 5002 руб

Весь ассортимент >>>

Устройство навесных вентилируемых фасадов производится в определенной последовательности:

  1. Выполняется вертикальная разметка фасада при помощи лазерной рулетки, мерных реек и рулетки. Отмеченные точки соединяются горизонтальными и вертикальными линиями при помощи красящего малярного шнура.
  2. В месте крепления кронштейнов высверливаются отверстия и вставляются анкерные дюбели.
  3. Монтируются кронштейны, состоящие из неподвижного несущего элемента и регулируемой подвижной вставки, которая закрепляется при помощи отвесов на нужном уровне. Шаг кронштейнов должен составлять 40-55 сантиметров по вертикали. Интервал направляющих по горизонтали нужно устанавливать исходя из размеров композитных кассет.
  4. На кронштейны каркаса устанавливаются плиты из минеральной ваты, пеноплекса или пенополистирола. В месте, где изоляция навешивается на выдвижку кронштейна, в плите делаются надрезы крест-накрест. Утеплитель в центре и по углам закрепляется на стене клеем.
  5. Поверх утеплителя укладывается паро- и ветрозащитная фасадная мембрана с нахлестом между полотнами в 10-15 сантиметров. Все слои крепятся к стене тарельчатыми дюбелями.
  6. Для монтажа композитных панелей к кронштейнам на саморезы или заклепки крепятся вертикальные направляющие П-образной формы. В полость профилей заводятся распорные пластины, которые служат зацепом для фасадных кассет. Важно обеспечить надежное и жесткое закрепление всех элементов каркаса строго в одной плоскости.
  7. Навешивание кассет нужно начинать с нижней части обрешетки, выравнивая панели строго по горизонтали и фиксируя в верхних углах при помощи саморезов. Следующие листы крепятся аналогично, с соблюдением одинаковых зазоров в 10-12 миллиметров.
Для изоляции металла от стены под каждым кронштейном устанавливаются терморазрывные прокладки из изолирующего материала.


Рис. 6. Монтажный узел навесного вентилируемого фасада.

Изготовление кассет

Для устройства фасадов из композита, предварительно, в соответствии с проектными чертежами, изготавливаются кассеты.

Для этого с четырех сторон композитного листа формируются углы с использованием фрезерных и гибочных станков.


Рис. 7. Схема развертки заготовки и готовая композитная кассета.

При формировании углов, на фрезерном станке вырезается слой композита в виде углов 90° или 135° или прямоугольника шириной 14 мм, оставляя в точке изгиба слой полиэтилена толщиной от 0,5 до 1,5 мм.


Рис. 8. Схема вариантов гибки композитных листов.

Преимущества фасадов из композитных панелей

Вентилируемые навесные фасады из композитных кассет пользуются большой популярностью из-за значительных преимуществ перед другими вариантами отделки:

  • не требуют предварительного выравнивания стен;
  • обеспечивают защиту несущих ограждающих конструкций от холода и жары, прямых солнечных лучей, дождя и ветра;
  • способны утеплять и повышать шумоизоляцию зданий;
  • легкий вес навесной системы не требует дополнительного укрепления несущих конструкций.

Вентилируемые фасады исключают грязные процессы в отделке и позволяют монтировать конструкции в сжатые сроки независимости от времени года и погоды.


Рис. 9. Монтаж кассет из листов композита.

Строго соблюдая последовательность и технологию производства работ, можно создать надежное и красивое покрытие, придать фасаду неповторимый, яркий и современный внешний вид, повысить звукоизоляцию, добиться ощутимого энергосбережения здания.

Таблички из композита — изготовление, доставка, быстро, недорого»TABLBURG.RU»

Таблички из композита способны поднять статус и солидность любой компании. Композитным пластиком называется вид современного строительного материала, используемого в изготовлении декоративных элементов и рекламных конструкций. Им оформляют фасады зданий и офисов. В состав композитного материала входят 2 слоя алюминия, в середине которых расположен пластик.

Композитные пластики обладают повышенной антикоррозийной устойчивостью, производитель гарантирует качество изделий в течение 10 лет даже в суровых российских погодных условиях.

Область применения данного материала весьма широка, объясняется это оптимальным соотношением «цена-качество» изделия. Привлекательный внешний вид со сравнительно низкой ценой позволяют композитам обретать все новых поклонников. А надежность современного материала многократно доказана мировыми тестированиями и подтверждена многочисленными сертификатами.

Существуют 4 различные варианта табличной поверхности — зеркальное золото, зеркальное серебро, царапанное золото и царапанное серебро. Помимо этого, заказчик может выбрать различный дизайн самой рамки. Выбирать можно и варианты крепления рамки к стене.

Специальная фрезерная обработка изделий оборудованием компании позволяет добиться толщины таблички в 12 мм, это создает иллюзию широкого зеркального бруска, похожего на слиток чистого золота или серебра.

Материал, из которого изготовлена фирменная табличка, останется тайной для клиентов. Они могут быть абсолютно уверены, что это латунь или сталь, а на самом деле – композитные пластиковые материалы. Схожесть просто потрясающая.

Цена

  1-20кв.дм 21-50кв.дм 51-99кв.дм
Цветной 400р.кв.дм 300р.кв.дм 200р.кв.дм
Зеркальный 800р.кв.дм 600р.кв.дм 500р.кв.дм
Стоимость загиба фаски — 1000р
Декоративный крепеж — 1000р
Наценка на сложные изображения — 30%
 

Получить ответы на вопросы, узнать стоимость изготовления табличек и вывесок вы можете, связавшись с нами по телефонам: (812)595-35-55, (812)952-51-27 или заполнив форму ниже. 

Что такое алюминиевый композитный материал

Что такое алюминиевый композитный материал

          Композитные панели, разработанные первоначально для строительных приложений – облицовки и реконструкции старых зданий (минимальная нагрузка на фундамент и стены), — в последние годы стали пользоваться особой популярностью в рекламном производстве. Эти материалы представляют собой два слоя тонкого, предварительно окрашенного листового алюминия, между которыми заключен полимерный (полиэтилен, полипропилен, полиуретан, полистирол) или минеральный огнеупорный наполнитель. Соединение слоев между собой производится по такой технологии, которая обеспечивает готовому продукту высокую стойкость к расслаиванию. Внешняя поверхность композитных материалов помимо слоя краски может иметь лаковое антикоррозионное покрытие, повышающее износостойкость. Материал производится в виде непрерывной ленты, что позволяет предлагать пользователям широкое разнообразие габаритных размеров.

   

          Композитные панели обладают высокой жесткостью, ударопрочностью, устойчивостью к давлению и ветровым нагрузкам и одновременно с этим небольшим весом (композиты в 3 – 4 раза легче стальных листов и в 1,5 – 2 раза алюминиевого проката).
          Процесс производства обеспечивает многослойному материалу точные плоскостные характеристики и однородность нанесения поверхностных красочных и защитных слоев. Окрашивание и лакирование в зависимости от назначения панелей может производиться разными составами – на основе полиэфиров или полифторированных соединений — фторуглеродов (поливинилиденфторида ПВДФ, реже политетрафторэтилена ПТФЭ). Панели могут быть окрашены и лакированы с одной или с  двух сторон и исполнены в самой широкой цветовой гамме, а также с поверхностью, имитирующей натуральный камень, кирпич, штукатурку, дерево. Эффект благородного металла на поверхности алюминиевого композита чаще всего достигается методом гальванотехники.
          Композиты условно подразделяются на материалы для уличного и интерьерного применения. К первым относятся панели с более толстыми слоями алюминия и с фторуглеродным покрытием. Материалы для интерьерных задач имеют алюминиевые слои меньшей толщины; на их поверхность наносится в основном полиэфирное покрытие, в уличных условиях ведущее себя менее стабильно по сравнению с фторуглеродным.
          Помимо физико-механических свойств, химической инертности поверхности и эстетических достоинств, популярность композитных материалов, несомненно, обеспечивают легкость видоизменения формы листа и получение ломаных и криволинейных плоскостей, позволяющих изготавливать самые разнообразные изделия с минимальным количеством элементов крепления. Панели могут монтироваться вертикально, горизонтально или в наклонном положении без деформаций и провисания.
           Композитные материалы могут эксплуатироваться   в широком температурном диапазоне — от  -50 ° до +80 °С.
           Области применения: стеновые и балконные ограждения, потолочные конструкции, козырьки и навесы, внешняя и внутренняя облицовка, крупногабаритные рекламные носители – щиты и табло, вывески, колонны, стелы, планшеты, объемные буквы, оформление бензоколонок, магазинов, стадионов, выставочное строительство.
Композиты трудновозгораемы и не выделяют токсичных газов при высоких температурах, что позволяет их использовать в помещениях и конструкциях самого разнообразного назначения.


Татьяна Дементьева
инженер-технолог

Иллюстрация: giftec

Композиты и композитные (полимерные) материалы для автомобилестроения

Развитие автомобильной промышленности, повышение требований к качеству и безопасности используемых материалов требует создания и применения новых форм. Материалы из углеволокна наиболее полно отвечают современным требованиям, так как обладают рядом уникальных характеристик и демонстрируют наилучшее соотношение цены и качества.

Композитные материалы для автомобилей заметно потеснили на рынке привычный металл. Причём не только сталь, но и алюминиевые сплавы, которые до недавнего времени считались во всех отношениях лучшими. В настоящее время композиционные материалы используются при создании практически любого узла автомобиля. Выпускают даже концепт-кары, корпус которых целиком состоит из композитовКомпозиты в автомобилестроении

Композиционные материалы и изделия на основе непрерывных волокон и армирующих тканей широко используются для производства внешних деталей автомобиля. Чаще всего из них делают:

• Силовые конструкции – силовые структуры дверей и сидений, защитные элементы днища.

• Элементы крепления бамперов и радиаторов.

• Декоративные элементы – декоративные панели салона, внешние декоративные панели.

• Крышки багажников, кузовные панели, тормозные диски, элементы кузова, термо- и звукоизоляцию.

Всё чаще кузова многих типов машин (в том числе тяжёлых грузовиков) полностью создаются из лёгких, прочных и недорогих углепластиков.

Углепластик в автомобилестроении

Композитные материалы для автомобилестроения – это в первую очередь продукция из углеродного волокна. Она используется в автомобилестроении уже много лет, и с каждым годом объём его применения растёт. Наиболее важное преимущество углеволокна — небольшой вес и высокая прочность. Углепластик в 5 раз легче стали и в 1,8 раза легче алюминия. Использование композитов в автомобилестроении позволяет снизить массу транспортного средства на 20-25%. За счёт этого заметно повышается эффективность работы двигателя и снижается расход горючего.

Углеродные волокна производят из синтетических и природных волокон на основе полимеров. В зависимости от режима обработки и исходного сырья получают материалы разной структуры и с разными свойствами. В этом заключается главное преимущество композитных материалов. Их можно создавать с изначально заданными свойствами под определённую задачу.

Карбон в автомобилестроении

По прочности карбон превосходит сталь (чёрный металлопрокат) в 12,5 раз. Когда мы говорим «карбон», то вспоминаем, конечно, капоты тюнинг-каров. Сейчас нет ни одной кузовной детали, которая не была бы сделана из карбона. Из него изготавливают не только капоты, но и крылья, бампера, двери и крыши. Факт экономии веса очевиден. Средний выигрыш в весе при замене капота на карбоновый составляет 8 кг. Впрочем, для многих главным будет тот факт, что карбоновые детали практически на любой машине выглядят очень стильно.

Углеродное волокно для автомобилей широко применяется в гоночной одежде. Это карбоновые шлемы, ботинки с карбоновыми вставками, перчатки, костюмы, защита спины и. т. д. Такая экипировка не только хорошо смотрится, но и повышает безопасность и снижает вес костюма (очень важно для шлема). Особой популярностью карбон пользуется у мотоциклистов. Самые продвинутые байкеры одевают себя в карбон с ног до головы.

Развитие технологии в автомобилестроении в первую очередь связано с развитием автоспорта. Наблюдая технический прогресс в области развития и применения композиционных материалов, можно уверенно сказать, что в ближайшем будущем появятся серийные автомобили с полностью композитным кузовом и многими узлами и агрегатами.

В Москве производством композитных материалов и конечных изделий для автомобилестроения занимаются компании, входящие в холдинг «Композит». Мы предлагаем одно- и двунаправленные, а также мультиаксиальные ткани, препреги, готовые изделия из композиционных материалов. Получить консультацию и заказать необходимое количество изделий вы можете по телефону +7 (495) 787-88-28.

что это такое? Полимерные композитные материалы России и зеркальные, пломбировочный композит в строительстве и другие виды, расчет листов

Простейшие аналоги композита, приходящие на ум новичку, – кондитерская вафля и древесная фанера. В первом случае между коржами с сеточными выступами располагается кремообразная начинка. Второй вариант – перпендикулярно расположенные слои волокна, которые пропитаны клеящим составом.

Что это такое?

Композит – сочетание слоёв разнородных и разнотипных материалов, отличающихся по ряду физических, технологических и механических свойств. Одно из главных требований – нейтральность, обеспечиваемая значительным сходством химических свойств используемых слоёв. Технологические и механические, а также ряд физических свойств полученного композита отличаются от аналогичных исходных параметров каждого из слоёв в отдельности.

Типов прослоек у композитного материала всего два: матрица с ячейками и наполнитель. Простейший строительный аналог композита – железобетон, образованный стальным каркасом, пространство внутри которого (и отчасти за его пределами) наполнено бетонной заливкой, что затвердела и набрала прочность за месяц с даты заливания бетонного раствора.

Цель композитного материала – улучшение механических параметров в значительной мере.

Типы

По структурному строению композитные материалы бывают волокнистыми, дисперсно-упрочненными, частично-упрочненными (не путать с частичным упрочнением, упоминаемым в смысле некоторого улучшения параметров состава) и нанометрическими.

Примеры композитных материалов.

  • Гербовая бумага для денег и документов, содержащая синтетические волоски, повышающие прочность на разрыв и истираемость. А также они являются одним из многочисленных индикаторов на наличие подделки билета.
  • Кирпичи из глины, в которую включена солома. Саманный кирпич обретает некоторую стойкость к растрескиванию.
  • Эпоксидный клей с металлическим или древесным порошком. Последний вводится в состав в целях экономии эпоксидной смолы.
  • Карбон, ломающийся при разнонаправленных ударах. Не растрескивается он лишь при ударах и вибрации, совпадающих по вектору их воздействия с направлением, по которому движется велосипедист. Если плашмя ударить карбоновой рамой велосипеда по любому предмету, например, о бетонный столб, то углепластик разлетится на осколки.
  • Триплекс – слои стекла на лобовом и заднем визорах автомобиля, скреплённые слоями целлулоида. При аварии исключено разлетание большого количества клиновидных осколков, зачастую заканчивающееся потерей зрения водителя, попавшего в ДТП.

Слои закалённого стекла разбиваются на мелкое кубическое крошево с притупленными краями, при этом большая часть осколков удерживается слоями пластика от разлёта во все стороны.

Так, бронестекло для полицейских и военных машин изготавливается из трёх и более слоёв закалённого стекла – его можно пробить лишь бронебойными пулями или снарядами. Бронированное стекло относится к слоисто-композитным материалам. Разнообразие имеющихся на сегодня разработок делит композитный материал на десятки видов и разновидностей, каждый из которых пользуется немалым спросом на рынке строительных и ремонтных услуг.

Так, существуют зеркальный, пломбировочный, кварцевый и другие композитные материалы, рассчитанные на конкретные сферы применения. Характеристики каждого из этих видов отличаются друг от друга. Например, нано- и микрокомпозиты, не содержащие полимеров, не горят. Они обугливаются лишь при нагревании не менее чем до сотен градусов по Цельсию, что упрощает их применение при несвойственных для комнатных условий температурах.

Композитные материалы изготавливаются по следующей схеме. Вначале наносится матричный компонент на армирующие волокна, затем с помощью прессующей формы формируются ленты упрочняющего ингредиента и самой матрицы. Получившийся материал выпрессовывается, спекается, на него наносится добавочное покрытие на волокна. Далее образовавшийся вторичный материал (очередная стадия) отправляется на повторное прессование, проходит стадию нанесения матрицы в виде напыления при помощи плазмы. Третье прессование – обжатие – является заключительной стадией. Таким образом, обжатие (прессование) осуществляется не менее трёх раз.

Натуральные

Натуральные композитные материалы отличаются лёгким весом, немалой прочностью и ультрасовременным исполнением. Они применяются главным образом для летательных аппаратов, включая самолёты и ракеты. Несложные композиты созданы уже самой природой, например, годичные кольца древесины, кора. Натуральные композитные материалы, созданные человеком, – кирпич из глины, в которой содержится песок, цементно-песчаные блоки с добавлением древесных опилок и другие.

Классические

Одним из классических композитных волокон признан фиберглас. Он представляет собой пластиковую ленту из композита, которая наклеивается на всевозможные поверхности. Эта матрица удерживает стекловолокнистые нити на их местах. Благодаря стеклянным нитям, спрессованным таким образом, обеспечивается прочность этого материала. Пластик изначально является мягким и гибким, а стекло обладает твёрдой и хрупкой структурой.

Объединив эти свойства, удаётся получить весьма гибкий и в то же время твёрдый материал, в котором пластик и стекло дополняют друг друга. Композит используется для изготовления кузовщины автомобилей и моторных лодок. Стеклянный композит не ржавеет и не окисляется.

Те же свойства присущи углепластику (карбону): в нём углеродные волокна соединены вместе. Распространённый пример – карбоновые рамы велосипедов.

Современные

Более современные, появившиеся значительно позже стройматериалы содержат в качестве основной субстанции металл, керамику и/или полимер. Классификация этих материалов учитывает и неметаллические добавки, к примеру, древесную стружку или пыль. Усиленный пластиком деревянный композит, или композитная доска (и листовой материал, изготовленный из тех же ингредиентов), используется в производстве мебели и при организации настила на веранде либо террасе.

Древесина, измельчённая и смешанная с расплавленным до мягкого состояния полимером, применяется в качестве упрочнённого террасного покрытия, по которому можно ходить и даже передвигать мебель: доска или лист из деревопластика не сломается и не растрескается, будучи сплошным материалом.

Полимерные матричные

МДФ – коробчатый или сплошной профиль, в котором применяется не синтетическая смола или пластик, а исключительно смолы природного происхождения. Измельчённое в щепки и пыль дерево пропитывается этим веществом и проходит затем в печи стадии спекания и прессования. Распространённая продукция, произведённая из МДФ, – двери и ламинат высокого качества. При спекании и затвердевании смолы они полимеризуются – образуется натуральный полимер, в котором растворена древесная пыль (и распределены щепки).

Металлические матричные

Простейший пример – алюминиевый или магниевый сплав, усиленный углеволокном. Но алюминий может дополняться и карбидом кремния, а медно-никелевый состав – дополняться графеном, подвидом углеволокна. Композитные материалы с металломатрицей прочны, обладают приемлемой для решения большинства задач жёсткостью, износостойкие, устойчивы к окислению, обладают относительной лёгкостью по сравнению с цельнометаллическими изделиями.

Они являются дорогостоящими и трудно поддаются обработке. Из современных композитов изготавливают, к примеру, поршневые элементы для дизельных ДВС. Композитный сайдинг для фасада изготавливается из листового алюминия, между слоями которого залит пластик. Придать другой цвет такой отделке помогает окрашивание.

Керамические матричные

Вместо металла основным материалом в керамическом композите, как легко догадаться, выступила керамика. К примеру, в качестве этого элемента применяется борсодержащее стекло, изготовленное на основе силикатных включений. Оно служит как бы второстепенным матричным компонентом и армировано углеволокном или керамическими включениями, в роли которых применяют карбид кремния. Керамический композит позволяет, к примеру, справиться с ломкостью сплошной керамики, создавая характерное усиление для преодоления явления растрескивания при перегибе.

Карбидно-углепластиковый композит – одно из наиболее востребованных на рынке композитных материалов средство, позволяющее получить состав, опережающий углеволокно и композит по своим прочностным характеристикам и показателю надёжности заготовок, исполненных из такой субстанции. Применяется такой композит, например, в производстве деталей автомобильной системы торможения и сцепления.

Из-за высокотемпературной среды, в которой они работают, в качестве связывающего компонента не используется пластик – в противном случае материал, скажем, всё той же тормозной колодки быстро стёрся бы.

Композитные материалы будущего

Сегодня не прекращаются разработки более современных материалов, которые заменили бы те, что уже проникли на рынок, насчитывающий десятки тысяч видов изделий, изготовленных из них. Так, размеры армирующих волокон в нанотехнологиях в 1000 раз меньше более длинных их предшественников. Один из материалов будущего – углеродные нанотрубки, из которых изготавливаются, к примеру, хоккейные клюшки. В этом примере наноуглеродное волокно покрыто никель-кобальтовым композитным материалом. Эта клюшка почти втрое более прочная и на одну пятую более подвержена перегибам, при этом не растрескиваясь, чем аналогичное изделие, исполненное из стального сплава.

Дисперсно-упрочнённые композитные материалы относят к наноматериалам, в которых размер основных волокон в длину доведён до значения от 100 нм. Но в последние лет десять наночастицы сократились в длину до 10 нм – подобный подход применяется, к примеру, в полупроводниках и проводниках, образующих собой кристалл микропроцессора, микроконтроллера или микросхем, образующих электронную память. К композитным балкам и панелям применяются жёстко заданные нормативы: так, жёсткость (модуль Юнга) должна быть не ниже 130 гигапаскалей, материалы должны сопротивляться усталостному износу, отличаться размеростабильностью. Цель – решить одновременно все эти задачи. Недостатки – высокая стоимость из-за повышенной наукоёмкой нагрузки при разработке, внедрении и применении на практике этих материалов.

Рынок композитов в России

Российский рынок по производству КМ составляет лишь 3% поставок на экспорт от общемирового уровня. Обусловлено это отсутствием единых нормативных документов, упрощающих производство композитных стройматериалов, а до недавнего времени 90% сырья для производства являлось привозным.

Так, производство углепластика в России только начало развиваться, в то время как, например, Китай является одним из ведущих производителей композита. Новые материалы, в создании которых участвовали и российские учёные, базируются преимущественно на применении наночастиц.

Сферы применения

Композитные материалы применяются в самолетостроении для производства некоторых компонентов двигателей и несущей конструкции самолётов. Космические отрасли применяют их для производства несущих и обшивочных конструкций ракет и спутников, испытывающих сильный разогрев при выходе на орбиту. Автомобильная промышленность использует композит для выделки кузовщины и бамперов. Горнодобывающие отрасли применяют КМ в качестве материала для буров. Гражданское строительство использует КМ для строительства элементов мостов и других высотных сооружений.

Основная предпосылка в разных отраслях машиностроения – облегчение собственного веса автомобилей и спецтехники, всевозможных транспортных средств: до 70% комплектующих – неметаллический материал. Наливной пол (заливка полов), а также заливка лестниц подразумевает использование композита, в котором до его вступления в реакцию с воздухом находится полужидкое, возможно, сиропообразное вещество. Такой композит легко нанести на бетонное основание чернового пола, используя эпоксидный клей, в котором растворён основной наполнитель.

Расчёт

В основе подсчёта целесообразности использования КМ лежит важнейший параметр – эффективность применения соответствующих технологий. Металлическая и неметаллическая матрицы при изготовлении более сложного композита могут сочетаться в разной последовательности. В качестве примера – велосипедная шина, в беговой дорожке которой применяется несколько слоёв армирующего волокна: капрон, кевлар, тонкая стальная проволока и компаунд, позволяющие повысить количество рубежей защиты. Благодаря этим технологиям велосипедисты не «хватают» колючки и кусочки стекла, проволоки, передвигаясь по обочине без асфальта, грунтовкам и каменистым дорогам.

Такая покрышка пройдет не одну, а не менее двадцати тысяч километров, прежде чем сотрётся настолько, что её проколы всё же станут частым явлением. Расчёт стоимости одной такой покрышки, при котором этот ценник может повыситься в 10 раз и более, позволяет получить выгоду за счёт небольшого общего удешевления, не меняя аналогичные покрышки до 10 раз (этот фактор расценивается как затрата времени на ремонтные манипуляции) – при прохождении всё тех же 20000 км на одной и той же резине.

В данном случае велопокрышки являются этаким мультикомпозитом, где используется несколько улучшающих слоёв (матриц), а не один. Расчёт производства определённого вида композитного материала опирается на форму, в которой он используется. Армирующие включения используются в качестве нитей, лент, тонкой материи, волокнистого или жгутового компонента. Количество упрочнителя в материале по объёму и по массе – 30-80%, в зависимости от назначения отдельно взятой разновидности композита.

Количество нитей в нитевых КМ – от трёх. В освоении космоса это имеет решающее значение: килограмм груза, выведенный на низкую околоземную орбиту, равен тысяче долларов, а это не менее важно для экономической эффективности, не влияющей на ход выполнения отдельно взятой миссии.

Что такое композитный материал? (Полное руководство)

Композитный материал представляет собой комбинацию двух материалов с различными физическими и химическими свойствами. Когда они объединяются, они создают материал, специально предназначенный для выполнения определенной работы, например, для того, чтобы стать прочнее, легче или устойчивым к электричеству. Они также могут улучшить прочность и жесткость. Причина их использования по сравнению с традиционными материалами заключается в том, что они улучшают свойства своих основных материалов и применимы во многих ситуациях.

Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна помощь, напишите нам, чтобы получить консультацию специалиста:

[email protected]

Содержимое

Человечество использовало композиты тысячи лет. В 3400 г. до н.э. г. до н.э. жители Месопотамии в Ираке изобрели первые искусственные композиты. Древнее общество склеивало деревянные планки друг на друга под разными углами, чтобы получилась фанера. После этого, примерно в 2181 году до нашей эры, египтяне начали делать посмертные маски из льна или папируса, пропитанного гипсом.Позже оба этих общества начали укреплять свои материалы соломой, чтобы укрепить глиняные кирпичи, глиняную посуду и лодки.

В 1200 году нашей эры году монголы начали изготавливать составные луки, которые были невероятно эффективны в то время. Они были сделаны из дерева, бамбука, кости, сухожилий крупного рогатого скота, рога и шелка, скрепленных сосновой смолой.

После промышленной революции синтетические смолы начали принимать твердую форму с помощью полимеризации. В 1900-х эти новые знания о химических веществах привели к созданию различных пластиков, таких как полиэстер, фенол и винил.Затем начали разрабатывать синтетические материалы, бакелит был создан химиком Лео Бакеландом. Тот факт, что он не проводил электричество и был термостойким, означал, что его можно было широко использовать во многих отраслях промышленности.

1930-е годы были невероятно важным временем для продвижения композитов. Стекловолокно было представлено Оуэнсом Корнингом, который также основал первую индустрию полимеров, армированных волокном (FRP). Смолы, разработанные в то время, все еще используются по сей день, и в 1936 были запатентованы ненасыщенные полиэфирные смолы.Два года спустя стали доступны системы смол с более высокими характеристиками.

Первое углеродное волокно было запатентовано в 1961 и затем стало коммерчески доступным. Затем, в середине 1990-х годов, в середине 1990-х годов композиты стали все более широко применяться в производственных процессах и строительстве из-за их относительно низкой стоимости по сравнению с материалами, которые использовались ранее.

Композиты на Boeing 787 Dreamliner в середине 2000-х обосновали их использование для высокопрочных приложений.

Некоторые распространенные композитные материалы включают:

  • Композит с керамической матрицей: Керамика в керамической матрице. Они лучше обычной керамики, так как устойчивы к тепловому удару и разрушению
  • .
  • Композит с металлической матрицей : металл, распределенный по всей матрице
  • Железобетон : Бетон, усиленный материалом с высокой прочностью на растяжение, например стальной арматурой
  • Бетон, армированный стекловолокном : Бетон, залитый в структуру из стекловолокна с высоким содержанием диоксида циркония
  • Прозрачный бетон : Бетон, покрывающий оптические волокна
  • Искусственная древесина : Искусственная древесина в сочетании с другими дешевыми материалами.Одним из примеров может быть ДСП. В этом композите
  • также можно найти специальный материал, такой как шпон.
  • Фанера : инженерная древесина путем склеивания множества тонких слоев древесины вместе под разными углами
  • Искусственный бамбук : Полосы бамбукового волокна, склеенные вместе для изготовления доски. Это полезный композит, поскольку он имеет более высокую прочность на сжатие, растяжение и изгиб, чем древесина
  • .
  • Паркет : Квадрат из множества деревянных деталей, часто соединенных из твердой древесины.Продается как декоративный элемент
  • Древесно-пластиковый композит : Либо древесное волокно, либо мука, залитая в пластик
  • Древесное волокно, связанное цементом : Минерализованные деревянные детали, отлитые из цемента. Этот композит обладает изоляционными и акустическими свойствами
  • .
  • Стекловолокно : Стекловолокно в сочетании с пластиком, относительно недорогое и гибкое
  • Полимер, армированный углеродным волокном : Набор из углеродного волокна в пластике, который имеет высокое отношение прочности к весу
  • Сэндвич-панель : различные композиты, накладываемые друг на друга
  • Композитный сотовый заполнитель : Набор композитных материалов с множеством шестиугольников для образования сотовой формы.
  • Папье-маше : Бумага, переплетенная клеем. Их можно найти в поделках
  • .
  • Бумага с пластиковым покрытием : Бумага с пластиковым покрытием для повышения долговечности. Пример того, где это используется, — игральные карты
  • .
  • Синтактические пены : Легкие материалы, созданные путем наполнения металлов, керамики или пластика микрошариками. Эти баллоны изготавливаются из стекла, углерода или пластика
  • .

Композитные материалы – обзор

VI Использование композитов

Композитные материалы в той или иной форме используются практически во всех отраслях промышленности.Мы рассмотрим некоторые преимущества использования композитов и обсудим некоторые отрасли, в которых используются эти материалы.

Преимуществом является широкий диапазон значений свойств, достигаемых с помощью композитов, и возможность индивидуальной настройки свойств. Композитные материалы также обычно имеют более высокие отношения прочности и модуля к весу, чем традиционные конструкционные материалы. Эти функции могут уменьшить вес системы на 20-30%. Уменьшение веса приводит к экономии энергии или увеличению производительности.Усовершенствованные композиты обладают желаемыми динамическими свойствами, высоким сопротивлением ползучести и хорошими демпфирующими характеристиками. Фактически, превосходные усталостные характеристики композитных материалов позволяют использовать их для ремонта металлических корпусов самолетов с усталостными повреждениями.

Поскольку композитным материалам можно придать практически любую форму, они обеспечивают большую гибкость дизайна и позволяют уменьшить количество деталей для изделий. Возможность выбирать компоненты, адаптировать их для получения требуемых свойств, а затем путем проектирования оптимально использовать свойства — ситуация, которая делает композиты очень привлекательными для многих отраслей промышленности.

Матричный полимер может придавать композитам высокую химическую и коррозионную стойкость. Транспортная отрасль широко использует композиционные материалы. Легкий вес и высокая прочность, а также возможность легкого изготовления аэродинамических форм привели к снижению затрат на топливо. Отсутствие коррозии материалов и низкая стоимость обслуживания позволили снизить стоимость владения и продлить срок службы многих деталей и изделий. Примеры продуктов в этой отрасли включают кузова и запчасти для автомобилей и грузовиков, прицепы, цистерны, автомобили специального назначения и производственное оборудование.

Композиты привнесли новые измерения в проектирование и строительство зданий. Их простота изготовления, малый вес, высокая прочность, неприхотливость в уходе, декоративность и функциональность оказали значительное влияние на отрасль. Время строительства нового здания сократилось, а проектирование конструкций стало более гибким.

Композитные материалы повлияли на морскую промышленность очень рано в своем развитии, и их влияние продолжает расти. Отсутствие коррозии, низкие эксплуатационные расходы и гибкость конструкции способствовали распространению композитов.Другой причиной была простота изготовления очень больших и прочных изделий из одной детали. В дополнение к прогулочным катерам были изготовлены большие военные и коммерческие катера и корпуса кораблей. На борту кораблей использовались большие цистерны для топлива, воды и груза. Композиты оказали наибольшее влияние на индустрию спортивных товаров, революционно заменив традиционные материалы. Такие изделия, как рукоятки клюшек для гольфа, рыболовные удочки, теннисные ракетки, лыжное снаряжение, оборудование для катания на лодках и многие другие продукты спортивного инвентаря, в настоящее время производятся почти исключительно с использованием передовых композитов.В большинстве случаев изменение материала приводило к улучшению производительности или безопасности участников.

Аэрокосмический и военный рынки — это две области, на которые приходится наибольший вклад в разработку и продвижение композитных технологий. Потребность в более прочных, жестких и легких конструкциях была возможностью для композитных материалов продемонстрировать свое превосходство над более широко используемыми материалами. Долговечность и низкие эксплуатационные расходы являются дополнительными преимуществами.Это увеличивает срок службы и снижает затраты на обслуживание систем. Разработка новых и совершенствование существующих производственных процессов привели к снижению производственных затрат. Произошло сокращение количества деталей, необходимых для изготовления некоторых компонентов с использованием литья и композитных материалов. Уникальные свойства композитов позволили разработчикам разработать передовые системы, которые можно было сделать только из композитных материалов. В конструкции новых военных самолетов почти исключительно используются передовые композиты.Корпуса ракетных двигателей, сопла и носовые обтекатели используются в ракетах. Радарные купола, лопасти несущего винта, пропеллеры и многие компоненты вторичной конструкции, такие как обтекатели, двери и панели доступа, также изготавливаются из передовых композитов. Из отборных композиционных материалов изготавливаются многочисленные сосуды под давлением, вооружение и элементы космической техники.

Использование композитных материалов будет продолжать расти. По мере того, как все больше инженеров будут понимать композиты, будет признано больше возможностей для их использования.По мере увеличения использования композитов будет происходить больше разработок в области составляющих материалов, анализа, проектирования и изготовления. Композитные материалы обеспечивают потрясающую адаптируемость, гибкость дизайна и недорогую обработку с минимальным воздействием на окружающую среду. Эти атрибуты создают очень светлое будущее композитных материалов.

Наука и технология композиционных материалов

Послушать эту тему

В таком развитом обществе, как наше, мы все зависим от композитных материалов в некоторых аспектах нашей жизни.Стекловолокно был разработан в конце 1940-х годов и стал первым современным композитом. Он по-прежнему остается самым распространенным, составляя около 65 процентов всех производимых сегодня композитов. Он используется для изготовления корпусов лодок, досок для серфинга, спортивных товаров, облицовки бассейнов, строительных панелей и кузовов автомобилей. Вы вполне можете использовать что-то из стекловолокна, не подозревая об этом.

Лодки, доски для серфинга, автомобили и многое другое: стекловолокно и другие композитные материалы окружают нас. Источник изображения: sobri/Flickr.

Что делает материал композитным

Композитные материалы образуются путем объединения двух или более материалов, обладающих совершенно разными свойствами.Различные материалы работают вместе, чтобы придать композиту уникальные свойства, но внутри композита вы можете легко отличить разные материалы — они не растворяются и не смешиваются друг с другом.

Композиты существуют в природе. Кусок дерева представляет собой композит, состоящий из длинных волокон целлюлозы (очень сложной формы крахмала), скрепленных гораздо более слабым веществом, называемым лигнином. Целлюлоза также содержится в хлопке и льне, но именно связывающая способность лигнина делает кусок древесины намного прочнее пучка хлопковых волокон.

Это не новая идея

Человечество использует композитные материалы тысячи лет. Возьмем, к примеру, глиняные кирпичи. Если вы попытаетесь согнуть лепешку из засохшей грязи, она легко сломается, но будет прочной, если вы попытаетесь раздавить или сжать ее. С другой стороны, кусок соломы обладает большой силой, когда вы пытаетесь его растянуть, но почти не имеет силы, когда вы его смываете. Когда вы смешиваете глину и солому в блоке, свойства двух материалов также объединяются, и вы получаете кирпич, который устойчив как к сжатию, так и к разрыву или изгибу.Говоря более технически, у него есть как хорошие прочность на сжатие и хорошо предел прочности .

Мужчина восстанавливает древнюю цитадель из сырцового кирпича в Иране после ее повреждения в результате землетрясения. Глиняные кирпичи — это те же материалы, которые использовались для его строительства около 2500 лет назад. Источник изображения: OXLAEY.com/Flickr.

Еще одним известным композитом является бетон. Здесь заполнитель (мелкие камни или гравий) связан цементом. Бетон имеет хорошую прочность при сжатии, и его можно сделать более прочным при растяжении, добавив в композит металлические стержни, проволоку, сетку или тросы (таким образом создавая железобетон).

Композиты были изготовлены из формы углерода, называемой графеном, в сочетании с металлической медью, в результате чего получается материал, в 500 раз прочнее, чем медь сама по себе. Точно так же композит графена и никеля имеет прочность, превышающую прочность никеля более чем в 180 раз.

Что касается стекловолокна, то оно изготовлено из пластик армированный нитями или стеклянными волокнами. Эти нити можно либо связать вместе и сплести в мат, либо иногда нарезать на короткие отрезки, которые произвольно ориентированы в пластиковой матрице.

Больше, чем сила

В настоящее время многие композиты производятся не только для повышения прочности или других механических свойств, но и для других целей. Многие композиты предназначены для того, чтобы быть хорошими проводниками или изоляторами тепла или обладать определенными магнитными свойствами; свойства, которые являются очень специфическими и специализированными, но также очень важными и полезными. Эти композиты используются в огромном количестве электрических устройств, включая транзисторы, солнечные элементы, датчики, детекторы, диоды и лазеры, а также для изготовления антикоррозионных и антистатических покрытий поверхностей.

Композиты, изготовленные из оксидов металлов, также могут обладать особыми электрическими свойствами и используются для производства кремниевых чипов, которые могут быть меньше по размеру и более плотно упакованы в компьютер. Это увеличивает объем памяти и скорость компьютера. Оксидные композиты также используются для создания высокотемпературных сверхпроводящих свойств, которые теперь используются в электрических кабелях.

Изготовление композита

Большинство композитов состоят всего из двух материалов.Один материал (матрица или связующее) окружает и связывает вместе группу волокон или фрагментов гораздо более прочного материала (армирования). В случае сырцовых кирпичей две роли выполняют глина и солома; в бетоне цементом и заполнителем; в куске дерева, целлюлозой и лигнином. В стекловолокне армирование обеспечивается тонкими нитями или волокнами стекла, часто вплетенными в своего рода ткань, а матрица представляет собой пластик.

Примеры различных форм армирования стекла, используемых при создании стеклопластика.Источник изображения: Cjp24/Викисклад.

Стеклянные нити в стекловолокне очень прочны при растяжении, но они также хрупкие и ломаются при резком изгибе. Матрица не только удерживает волокна вместе, но и защищает их от повреждений, разделяя любые стресс среди них. Матрица достаточно мягкая, чтобы ее можно было формировать с помощью инструментов, и ее можно смягчить подходящими растворителями, чтобы можно было произвести ремонт. Любая деформация листа стеклопластика обязательно растягивает часть стеклянных волокон, а они способны этому противостоять, поэтому даже тонкий лист очень прочен.Он также довольно легкий, что является преимуществом во многих приложениях.

За последние десятилетия было разработано много новых композитов, некоторые из которых обладают очень ценными свойствами. Тщательно выбирая армирование, матрицу и производственный процесс, который объединяет их, инженеры могут адаптировать свойства в соответствии с конкретными требованиями. Они могут, например, сделать композитный лист очень прочным в одном направлении, выровняв таким образом волокна, но более слабым в другом направлении, где прочность не так важна.Они также могут выбрать такие свойства, как устойчивость к теплу, химическим веществам и атмосферным воздействиям, выбрав соответствующий матричный материал.

Выбор материалов для матрицы

В качестве матрицы во многих современных композитах используются термореактивные или термопластичные пластмассы (также называемые смолами). (Использование пластика в матрице объясняет название «армированный пластик», обычно данное композитам). Пластмассы полимеры которые скрепляют арматуру и помогают определить физические свойства конечного продукта.

Термореактивные пластмассы жидкие при приготовлении, но затвердевают и становятся жесткими (т.е. отверждаются) при нагревании. Процесс схватывания необратим, поэтому эти материалы не становятся мягкими при высоких температурах. Эти пластмассы также устойчивы к износу и воздействию химических веществ, что делает их очень прочными даже в экстремальных условиях.

Термопластические пластмассы, как следует из названия, являются твердыми при низких температурах, но размягчаются при нагревании. Хотя они используются реже, чем термореактивные пластмассы, у них есть некоторые преимущества, такие как более высокая вязкость разрушения, длительный срок хранения сырья, способность к переработке и более чистое и безопасное рабочее место, поскольку для процесса отверждения не требуются органические растворители.

Керамика, углерод и металлы используются в качестве матрицы для некоторых узкоспециализированных целей. Например, керамика используется, когда материал будет подвергаться воздействию высоких температур (например, теплообменники), а углерод используется для продуктов, подверженных трению и износу (например, подшипники и шестерни).

Электронно-микроскопическое изображение в искусственном цвете композита с магниевой матрицей, армированного карбидом титана-алюминия. Источник изображения: микроскопия ZEISS / Flickr.

Выбор материалов для армирования

Хотя стекловолокно является наиболее распространенным армирующим материалом, во многих передовых композитах теперь используются тонкие волокна из чистого углерода.Можно использовать два основных типа углерода — графит и углеродные нанотрубки. Оба они представляют собой чистый углерод, но атомы углерода расположены в разных кристаллических конфигурациях. Графит — очень мягкое вещество (используется в «графитовых» карандашах) и состоит из листов атомов углерода, расположенных в виде шестиугольников. Связи, скрепляющие шестиугольники вместе, очень прочные, но связи, скрепляющие листы шестиугольников, довольно слабые, что и делает графит мягким. Углеродные нанотрубки изготавливаются путем скручивания одного листа графита (известного как графен) в трубку.Получается чрезвычайно прочная конструкция. Также возможно иметь трубки, состоящие из нескольких цилиндров — трубки внутри трубок.

Композиты из углеродного волокна легче и намного прочнее стекловолокна, но и дороже. Из этих двух графитовые волокна дешевле и проще в производстве, чем углеродные нанотрубки. Они используются в конструкциях самолетов и высокопроизводительного спортивного оборудования, такого как клюшки для гольфа, теннисные ракетки и гребные лодки, и все чаще используются вместо металлов для ремонта или замены поврежденных костей.

Нити из бора еще прочнее (и дороже), чем углеродные волокна. Нанотрубки из нитрида бора имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что они намного более устойчивы к теплу, чем углеродные волокна. Они также обладают пьезоэлектрическими свойствами, что означает, что они могут генерировать электричество при воздействии на них физического давления, такого как скручивание или растяжение.

Полимеры

также могут использоваться в качестве армирующего материала в композитах. Например, кевлар, изначально разработанный для замены стали в радиальных шинах, но наиболее известный своим использованием в пуленепробиваемых жилетах и ​​шлемах, представляет собой полимерное волокно, обладающее чрезвычайной прочностью и повышающее прочность композита.Применяется в качестве армирования в композитных изделиях, требующих легкой и надежной конструкции (например, конструкционные детали корпуса самолета). Еще более прочным, чем кевлар, является вещество, изготовленное из комбинации графена и углеродных нанотрубок.

Выбор производственного процесса

Для изготовления объекта из композитного материала обычно используется какая-либо форма. Армирующий материал сначала помещается в форму, а затем напыляется или закачивается полужидкий матричный материал для формирования объекта.Можно приложить давление, чтобы вытеснить любые пузырьки воздуха, а затем форму нагреть, чтобы матрица затвердела.

Процесс формования часто выполняется вручную, но автоматическая обработка на машинах становится все более распространенной. Один из этих методов называется пултрузия (термин, образованный от слов «тянуть» и «экструзия»). Этот процесс идеально подходит для изготовления прямых изделий с постоянным поперечным сечением, таких как мостовые балки.

Во многих тонких конструкциях сложной формы, таких как изогнутые панели, композитная структура создается путем наложения листов тканого волокнистого армирования, пропитанных пластиковым матричным материалом, на базовую форму соответствующей формы.Когда панель изготовлена ​​до необходимой толщины, матричный материал отверждается.

Многослойные композиты

Многие новые типы композитов производятся не методом матрицы и армирования, а путем укладки нескольких слоев материала. Структура многих композитов (например, используемых в панелях крыльев и корпусов самолетов) состоит из сот из пластика, зажатых между двумя обшивками из композитного материала, армированного углеродным волокном.

Сэндвич-структура из сотового композита от НАСА.Источник изображения: НАСА/Викисклад.

Эти сэндвич-композиты сочетают в себе высокую прочность и особенно жесткость на изгиб с малым весом. Другие методы включают простое наложение нескольких чередующихся слоев различных веществ (например, графена и металла) для получения композита.

Зачем использовать композиты?

Самым большим преимуществом композитных материалов является прочность и жесткость в сочетании с легкостью.Выбирая подходящую комбинацию армирующего и матричного материала, производители могут добиться свойств, точно соответствующих требованиям к конкретной конструкции для конкретной цели.

  • Композиты в Австралии

    Австралия, как и все развитые страны, проявляет большой интерес к композитным материалам, которые многие считают «материалами будущего». Основная задача состоит в том, чтобы снизить затраты, чтобы композиты можно было использовать в продуктах и ​​приложениях, которые в настоящее время не оправдывают затрат.В то же время исследователи хотят улучшить характеристики композитов, например, сделать их более устойчивыми к ударам.

    Один из новых методов включает «текстильные композиты». Вместо того, чтобы укладывать армирующие волокна по отдельности, что медленно и дорого, их можно связать или сплести вместе, чтобы сделать своего рода ткань. Это может быть даже трехмерным, а не плоским. Пространства между текстильными волокнами и вокруг них затем заполняются матричным материалом (например, смолой) для изготовления изделия.

    Этот процесс может быть легко выполнен с помощью машин, а не вручную, что делает его более быстрым и дешевым. Соединение всех волокон вместе также означает, что композит с меньшей вероятностью будет поврежден при ударе.

    По мере снижения затрат другие варианты использования композитов начинают казаться привлекательными. При изготовлении корпусов и надстроек лодок из композитов используется их устойчивость к коррозии. У минных охотников ВМС Австралии композитный корпус, поскольку магнитный эффект стального корпуса будет мешать обнаружению мин.

    Также в разработке находятся вагоны для поездов, трамваев и других транспортных средств, изготовленных из композитных материалов, а не из стали или алюминия. Здесь привлекательность заключается в легкости композитов, поскольку в этом случае транспортные средства потребляют меньше энергии. По той же причине мы будем видеть все больше и больше композитов в автомобилях в будущем.

Ярким примером является современная авиация, как военная, так и гражданская. Без композитов было бы гораздо менее эффективно. Фактически, потребность этой отрасли в легких и прочных материалах была главной движущей силой разработки композитов.В настоящее время часто можно найти секции крыла и хвостового оперения, пропеллеры и лопасти несущего винта, изготовленные из передовых композитов, а также большую часть внутренней конструкции и фурнитуры. Планеры некоторых небольших самолетов полностью сделаны из композитных материалов, как и крылья, хвостовое оперение и панели корпуса больших коммерческих самолетов.

Размышляя о самолетах, стоит помнить, что композиты с меньшей вероятностью, чем металлы (например, алюминий), полностью разрушаются под нагрузкой. Небольшая трещина в куске металла может очень быстро распространиться с очень серьезными последствиями (особенно в случае с самолетом).Волокна в композите блокируют расширение любой небольшой трещины и распределяют напряжение вокруг.

Подходящие композиты также хорошо противостоят нагреву и коррозии. Это делает их идеальными для использования в продуктах, которые подвергаются воздействию экстремальных условий, таких как лодки, оборудование для обработки химикатов и космические корабли. В целом композитные материалы очень прочны.

Еще одно преимущество композитных материалов заключается в том, что они обеспечивают гибкость конструкции. Композитным материалам можно придавать сложные формы, что очень удобно при производстве чего-то вроде доски для серфинга или корпуса лодки.

Кроме того, в настоящее время ведется большая работа по разработке композитных материалов, изготовленных из отходов, таких как сельскохозяйственные отходы, строительные материалы или пластиковые контейнеры для напитков.

Обратной стороной композитов обычно является их стоимость. Хотя производственные процессы часто более эффективны при использовании композитов, сырье стоит дорого. Композиты никогда полностью не заменят такие традиционные материалы, как сталь, но во многих случаях это именно то, что нам нужно.И, несомненно, по мере развития технологии будут найдены новые применения. Мы еще не видели всего, на что способны композиты.

Современная авиация стала основной движущей силой развития композитов. Источник изображения: Пол Нелхамс / Flickr.

10 удивительных примеров композитных материалов – SMI Composites

10 удивительных примеров композитных материалов

Скорее всего, они есть на полу, стенах, машине и даже в ванной. Их называют составными.

Но что такое композиты? Каково их использование и почему они важны?

Если у вас возникли эти вопросы или вы хотите увидеть несколько удивительных примеров композитных материалов, то вы попали по адресу.

Читайте дальше, чтобы узнать о композитных материалах и 10 самых удивительных примерах композитных материалов.

Примеры композитных материалов

Композит — это материал, полученный путем объединения двух или более веществ, обладающих разными физическими свойствами.Идеальный композит состоит из материалов, дополняющих недостатки друг друга. Например, материал, который хорошо сжимается, может быть объединен с материалом, который хорошо растягивается, с образованием композиционного материала, который можно сжимать и растягивать.

Обещание «бескомпромиссного» материала, который выполняет именно то, что вы хотите, звучит как фантазия. Тем не менее, композитные материалы способны сделать именно это.

1. Глиняные кирпичи

Что может быть лучше, чтобы представить композиты, чем рассказать о сырцовых кирпичах.Глиняные кирпичи появились, когда люди поняли, что солома устойчива к растяжению, а засохшая грязь хорошо справляется с сжатием.

Древние египтяне использовали смесь глины с соломой. Развивающиеся страны используют сырцовые кирпичи для строительства своих хижин. Возможно, введение глиняного кирпича вдохновило на создание гораздо более продвинутых композитов, как мы увидим позже.

2. Дерево

Древесина (и деревья, конечно) существует уже тысячи лет. Тем не менее, вы можете быть удивлены, узнав, что дерево на самом деле является композитом.Древесина состоит из длинных волокон целлюлозы, которые удерживаются вместе более слабым веществом, называемым лигнином.

Организация целлюлозы в древесине — это то, что делает некоторые виды древесины (например, железное дерево) прочнее других. Инженерная древесина, такая как фанера, использует преимущества более слабой древесины, разрезая их на тонкие куски, а затем склеивая их вместе. Это придает фанере гибкость и более мягкие качества, которые позволяют прибивать гвозди к фанере.

3. Стекловолокно

Стекловолокно — это просто пластик, соединенный со стеклянными волокнами.Вполне вероятно, что ваши ванны, двери, настил и оконные рамы каким-то образом используют преимущества стекловолокна.

Стекловолокно особенно полезно в окнах, поскольку стекловолокно и оконное стекло имеют почти одинаковый коэффициент расширения, а это означает, что высокие и низкие температуры позволяют вашему всему окну расширяться и сжиматься как единое целое.

4. Прозрачный бетон

Бетон является примитивным примером композитного материала из-за комбинации мелких камней и цемента, которые он удерживает.Когда в бетон добавляют оптические волокна, подобные волокнам из стекловолокна, получается полупрозрачный бетон. Внешний вид бетона может варьироваться в зависимости от соотношения цемента и оптических волокон.

5. Впитывающий бетон

Видео этого бетона уже давно гуляют по Интернету. Абсорбирующий бетон может показаться чем-то прямо из комиксов, но, хотя это кажется невозможным, на самом деле есть приличная наука, подтверждающая это.

Абсорбирующий бетон работает, позволяя воде (и другим вязким жидкостям) просачиваться через крупную гальку в другой слой щебня.Этот тип бетона может оказаться полезным в борьбе с затоплением, если оно будет реализовано в больших масштабах.

6. Кевлар

Хотя кевлар сам по себе не является композитом, он часто используется в составе композитных материалов. Это связано с чрезвычайно высокой прочностью кевлара на растяжение, а это означает, что он может хорошо сопротивляться растяжению. Прочность кевлара на сжатие составляет около 1/10 его прочности на растяжение, поэтому его объединяют в композиты.

Самолеты, лодки, велосипеды, мотоциклетная одежда и обувь Nike — все они используют преимущество удивительно высокой прочности кевлара на растяжение.

7. Углеродное волокно

Углеродное волокно часто комбинируют с пластиком в так называемый полимер, армированный углеродным волокном. Эти соединения используются в крыльях самолетов, деталях кузова автомобилей и спортивном оборудовании.

Преимущества углеродного волокна включают, помимо прочего, высокую жесткость и прочность, легкость, коррозионную стойкость и низкий коэффициент теплового расширения (это означает, что оно не очень хорошо расширяется или сжимается).

8. Пикрит

Лед и дерево по-своему достаточно прочны, но в сочетании друг с другом они образуют композит под названием пикрит.Пикрит (также известный как пуленепробиваемый лед) представляет собой комбинацию льда и древесной массы, которая может быть в 14 раз прочнее льда.

9. Композитный сотовый заполнитель

Это широкая категория композитов, которые имеют одинаковые характеристики сотовой конструкции. Искусственные композитные соты полезны из-за их высокой прочности на сжатие и сдвиг. Сотовые конструкции могут удешевить продукцию, поскольку для достижения той же желаемой прочности требуется меньше материала.

10. Искусственный бамбук

Фанера, бамбуковые полоски и клей могут быть объединены для создания инженерного бамбукового пола.Высокая прочность на растяжение, твердость и легкий вес бамбука делают его желательным в сочетании с композитным напольным материалом.

На самом деле временные бамбуковые хижины были построены для жертв цунами в Индийском океане в 2004 году. Это просто показывает, насколько полезным может быть бамбук в легких строительных конструкциях.

Есть еще!

В современном мире существуют сотни, если не тысячи примеров композитных материалов. Приложения в медицинской, аэрокосмической, автомобильной и военной областях существуют в изобилии.

Если вы ищете композитные материалы, обязательно загляните к нам. Мы поставляем композиты для различных отраслей промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую, оборонную, медицинскую и спортивную/рекреационную.

Для получения дополнительной информации о том, как мы можем быть подходящим поставщиком для ваших нужд, перейдите на нашу страницу О нас.

Композитные термины и классификации | MATSE 81: Materials In Today’s World

Нажмите, чтобы просмотреть стенограмму введения в композиты.

От хижин из глины и травы до памятников из камня и стали.Подъем современной цивилизации был обусловлен нашей разработкой новых материалов. Мы начали с земли, дерева и камней. Мы строили убежища и инструменты. Мы использовали огонь и научились выковывать металл из камня. И вот однажды кирпичник добавил в свою глину солому, в результате чего кирпич стал прочнее и появились искусственные композиты.

Так что же такое композит? Просто это сочетание двух разных материалов. Однородное вещество типа портландцемента называют монолитным материалом.Бросьте в горсть гравия еще один монолитный материал, и у вас есть бетон. Композит. В композите вы все еще можете видеть отдельные монолитные материалы, цемент в гравии, они просто скреплены вместе.

Так зачем делать композиты? Мы объединяем два похожих материала, чтобы создать новый материал, обладающий характеристиками, необходимыми для конкретного применения. Портландцемент довольно крепкий, но мост из него не построишь. Он недостаточно прочен или долговечен.Добавьте немного гравия, и теперь он достаточно прочен для движения, но все еще недостаточно прочен, чтобы перекрывать опоры. Добавьте красивую сетку из стальной арматуры, и теперь у вас есть композитный материал, достаточно прочный для настила моста. В дополнение к повышенной прочности и долговечности, композиты также позволяют нам настраивать материалы с необходимой гибкостью веса, проводимостью и стабильностью. Хотя композиты могут состоять из нескольких различных компонентов, все они имеют две общие черты: матрицу и армирование.

В нашем бетонном мосту цемент является матрицей, а гравий и арматура — арматурой. Многие современные композиты используют смолы в качестве матрицы. Добавьте древесину или древесное волокно, и вы получите широкий ассортимент продукции от фанеры и древесно-стружечных плит до древесноволокнистых плит высокой плотности и композитных террасных панелей. Добавление стекловолокна или ткани в качестве армирования приводит к тому, что стекловолокно широко используется во всем: от деталей кузова и обоих отверстий до теннисных ракеток и вкладышей для бассейнов. Многие из самых последних достижений в области композитов относятся к аэрокосмической области, где узкоспециализированные волокна, такие как графит или кевлар, используются для создания невероятно прочных, но удивительно легких материалов.

Композиты повсюду. Строительные материалы, мебель, игрушки, спорт, оборудование, игры, в которые мы играем, дороги, по которым мы ходим, автомобили, на которых мы ездим, самолеты, на которых мы летаем. Композиты — они делают возможным многое из того, что мы делаем каждый день.

Композитный

Что такое композит?

В финансовом мире композит представляет собой стандартизированную группу акций, индексов или других инвестиционных ценных бумаг. Применительно к ценам на акции составной индекс может предоставить полезную статистическую меру эффективности рынка в целом, конкретного сектора или отраслевой группы.Композиты также создаются для инвестиционного анализа экономических тенденций, для прогнозирования активности рынка и в качестве контрольных показателей относительной эффективности профессиональных управляющих капиталом.

Понимание составных индексов

Составной индекс может иметь большое количество факторов, которые усредняются вместе, чтобы сформировать статистическое представление всего рынка или сектора. Например, индекс Nasdaq Composite представляет собой взвешенную по рыночной капитализации группу примерно 3000 обыкновенных акций, котирующихся на фондовой бирже Nasdaq.Взвешенный по рыночной капитализации означает, что индекс создается таким образом, что компании с наибольшей рыночной стоимостью составляют большую часть общего индекса.

Ключевые выводы

  • Составной или составной индекс представляет собой группу акций, индексов или других инвестиционных ценных бумаг.
  • Многие композиты взвешиваются по рыночной стоимости, а это означает, что крупнейшие компании имеют большее влияние на показатели общего индекса.
  • Индекс Nasdaq Composite является примером композита, взвешенного по рыночной стоимости.
  • Композиты также могут быть созданы на основе экономических показателей.
  • Составной индекс можно использовать в качестве эталона для оценки эффективности взаимного фонда или управляющего портфелем.

Примеры составных индексов

Цель индекса — выбрать акции, представляющие определенный сектор или рынок, и комитет решает, какие акции включить в индекс. Например, составной индекс Доу-Джонса 65. Эталонный показатель включает 65 компаний, которые также включены в три других индекса Доу-Джонса: промышленный индекс Доу-Джонса, транспортный индекс Доу-Джонса и индекс Доу-Джонса для коммунальных предприятий.Комитет Dow Jones решает, какие акции включить в средние значения, которые строятся с использованием методологии, взвешенной по цене, и акции с более высокими ценами оказывают большее влияние на ежедневные колебания индекса.

Большинство индексов, таких как широко известный индекс S&P 500, взвешиваются по рыночной капитализации, а не по цене. Компания с большой капитализацией (которая рассчитывается как количество акций в обращении, умноженное на текущую цену акции) составляет больший процент от общей стоимости индекса и оказывает большее влияние на показатели индекса.Использование подхода рыночной капитализации означает, что компании с меньшей рыночной капитализацией оказывают меньшее влияние на индекс.

Между тем, экономисты отслеживают различные индексы для прогнозирования экономической активности. Индекс опережающих экономических индикаторов, например, является составным из других индексов. Этот ежемесячный отчет состоит из 10 экономических показателей, включая новые заказы на капитальные товары и новые разрешения на строительство жилых домов. Опережающие индикаторы, как правило, меняются перед движениями в экономике в целом.

Composite по сравнению с эталоном

Составные индексы являются полезными инструментами для измерения и отслеживания изменений уровня цен для всего фондового рынка, сектора или отраслевой группы. Индекс также может служить полезным эталоном для измерения эффективности портфеля инвестора. Поскольку цель многих профессиональных инвесторов состоит в том, чтобы «превзойти рынок», композит можно использовать в качестве эталона, чтобы увидеть, действительно ли производительность портфеля, взаимного фонда или финансового консультанта превосходит рынок в целом.

Например, индекс S&P 500 часто используется в качестве эталона для оценки эффективности акций с большой капитализацией. Финансовые сайты, такие как Morningstar, сравнивают эффективность фонда с репрезентативным эталоном, а также сравнивают результаты фонда с другими фондами, которые используют тот же эталон. В дополнение к акциям, финансовая индустрия также предоставляет индексы для облигаций, процентных ставок, товаров и курсов обмена валют.

Новый композит растительного происхождения прочен как кость и тверд как алюминий

Новый древесный композит, разработанный командой Массачусетского технологического института, такой же твердый, как кость, и такой же прочный, как алюминий, и он может проложить путь для пластиков природного происхождения.На этом изображении показан зуб, напечатанный командой, лежащий на фоне клеток дерева. Предоставлено: Массачусетский технологический институт.

Самая сильная часть дерева заключена не в его стволе или его раскидистых корнях, а в стенках его микроскопических клеток.

Единая клеточная стенка древесины состоит из волокон целлюлозы — самого распространенного в природе полимера и основного структурного компонента всех растений и водорослей.Внутри каждого волокна находятся армирующие нанокристаллы целлюлозы, или CNC, представляющие собой цепочки органических полимеров, образующие почти идеальные кристаллические узоры. В наномасштабе CNC прочнее и жестче, чем кевлар. Если бы кристаллы можно было перерабатывать в материалы в значительных количествах, ЧПУ могли бы стать путем к более прочным, более устойчивым пластикам природного происхождения.

Команда Массачусетского технологического института разработала композит, состоящий в основном из нанокристаллов целлюлозы, смешанных с небольшим количеством синтетического полимера.Органические кристаллы занимают от 60 до 90 процентов материала — самая высокая доля CNC, достигнутая в композите на сегодняшний день.

Исследователи обнаружили, что композит на основе целлюлозы прочнее и жестче, чем некоторые типы костей, и тверже, чем обычные алюминиевые сплавы. Материал имеет каменную микроструктуру, напоминающую перламутр — твердую внутреннюю оболочку некоторых моллюсков.

Команда наткнулась на рецепт композита на основе ЧПУ, который они могли изготовить с использованием как 3D-печати, так и обычного литья.Они напечатали и отлили композит в кусочки пленки размером с пенни, которые они использовали для проверки прочности и твердости материала. Они также придали композиту форму зуба, чтобы показать, что однажды этот материал можно будет использовать для изготовления зубных имплантатов на основе целлюлозы — и, если уж на то пошло, любых пластиковых изделий, — которые будут более прочными, жесткими и устойчивыми.

«Создавая композиты с ЧПУ при высоких нагрузках, мы можем придать материалам на полимерной основе механические свойства, которых у них раньше не было», — говорит А.Джон Харт, профессор машиностроения. «Если мы сможем заменить немного пластика на нефтяной основе целлюлозой природного происхождения, это, возможно, будет лучше и для планеты».

Харт и его команда, включая доктора философии Абхинава Рао. ’18, Thibaut Divoux и Crystal Owens SM ’17 опубликовали сегодня свои результаты в журнале Cellulose .

Подпись: Команде удалось найти рецепт композита на основе ЧПУ, который они могли изготовить с использованием как 3D-печати, так и обычного литья.Предоставлено: Массачусетский технологический институт.

Гелевые связки

Ежегодно из коры, древесины или листьев растений синтезируется более 10 миллиардов тонн целлюлозы. Большая часть этой целлюлозы используется для производства бумаги и текстиля, а часть перерабатывается в порошок для использования в пищевых загустителях и косметике.

В последние годы ученые исследовали возможности использования нанокристаллов целлюлозы, которые можно извлечь из волокон целлюлозы путем кислотного гидролиза.Исключительно прочные кристаллы можно использовать в качестве естественного армирования в материалах на основе полимеров. Но исследователи смогли включить только небольшие фракции CNC, так как кристаллы имеют тенденцию слипаться и слабо связываться с молекулами полимера.

Харт и его коллеги стремились разработать композит с высокой долей CNC, которому они могли бы придавать прочные и долговечные формы. Они начали со смешивания раствора синтетического полимера с коммерчески доступным порошком CNC.Команда определила соотношение ЧПУ и полимера, которое превратит раствор в гель с консистенцией, которую можно либо подавать через сопло 3D-принтера, либо заливать в форму для отливки. Они использовали ультразвуковой датчик, чтобы разрушить любые комки целлюлозы в геле, что повысило вероятность образования прочных связей диспергированной целлюлозы с молекулами полимера.

Они пропустили часть геля через 3D-принтер, а остальное залили в форму для отливки. Затем они дают напечатанным образцам высохнуть.В процессе материал сжался, оставив после себя твердый композит, состоящий в основном из нанокристаллов целлюлозы.

«В основном мы разбирали дерево и реконструировали его, — говорит Рао. «Мы взяли лучшие компоненты древесины, то есть нанокристаллы целлюлозы, и реконструировали их для создания нового композитного материала».

Команда придала композиту форму зуба, чтобы показать, что однажды этот материал можно будет использовать для изготовления зубных имплантатов из дерева — и, если уж на то пошло, любого пластикового изделия, — которые будут прочнее, жестче и устойчивее.Предоставлено: Массачусетский технологический институт.

Прочные трещины

Интересно, что когда команда исследовала структуру композита под микроскопом, они заметили, что зерна целлюлозы располагаются в форме кирпича и раствора, похожей на архитектуру перламутра. В перламутре эта зигзагообразная микроструктура препятствует прохождению трещин прямо через материал. Исследователи обнаружили, что то же самое относится и к их новому целлюлозному композиту.

Они проверили устойчивость материала к трещинам, используя инструменты для инициирования сначала нано-, а затем и микротрещин.Они обнаружили, что в разных масштабах расположение зерен целлюлозы в композите предотвращает расщепление материала трещинами. Это сопротивление пластической деформации придает композиту твердость и жесткость на границе между обычными пластиками и металлами.

В будущем команда ищет способы минимизировать усадку гелей по мере их высыхания. Хотя усадка не является большой проблемой при печати небольших объектов, все, что покрупнее, может деформироваться или треснуть по мере высыхания композита.

«Если бы вы могли избежать усадки, вы могли бы продолжать масштабирование, может быть, до метровой шкалы», — говорит Рао. «Тогда, если бы мы мечтали о большем, мы могли бы заменить значительную часть пластмасс целлюлозными композитами».


Нанокристаллы из переработанных древесных отходов делают углеродные композиты более прочными
Дополнительная информация: Abhinav Rao et al. Пригодные для печати литые нанокристаллические целлюлозно-эпоксидные композиты, демонстрирующие иерархическую перламутровую прочность, Целлюлоза (2022).DOI: 10.1007/s10570-021-04384-7 Предоставлено Массачусетский Институт Технологий

Цитата : Новый композит растительного происхождения прочен, как кость, и тверд, как алюминий (10 февраля 2022 г.) получено 9 апреля 2022 г. с https://физ.org/news/2022-02-plant-derived-composite-tough-bone-hard.html

Этот документ защищен авторским правом.