關於復合材料

初學者想到的最簡單的複合材料類似物是糖果威化餅和木膠合板。在第一種情況下，奶油餡料位於帶有網狀壁架的蛋糕之間。第二種選擇是浸漬粘合劑的垂直纖維層。

複合材料是異質和不同類型材料層的組合，這些材料在許多物理、技術和機械性能方面有所不同。 主要要求之一是中性，這是由所用層的化學性質的顯著相似性提供的。所得複合材料的技術和機械性能以及許多物理性能分別與每一層的相似初始參數不同。

複合材料中只有兩種類型的夾層：帶孔的基質和填充物。 最簡單的複合結構類似物是由鋼框架形成的鋼筋混凝土，其內部（以及部分外部）的空間充滿混凝土澆注，從澆注混凝土溶液之日起一個月內硬化並獲得強度.

根據結構結構，複合材料是 纖維狀, 分散強化, 部分強化 （不要與部分硬化相混淆，指的是組合物參數的一些改進）和 納米.

複合材料的例子。

• 用於貨幣和文件的壓花紙，含有增加抗張強度和耐磨性的合成毛髮。它們也是存在假票的眾多指標之一。
• 由粘土製成的磚，其中包括稻草。土坯磚獲得了一些抗裂性。
• 用金屬或木粉製成的環氧粘合劑。後者被引入組合物中以節省環氧樹脂。
• 碳在多方向撞擊時破裂。它不僅會因衝擊和振動而破裂，它們的作用矢量與騎車人移動的方向一致。如果您將碳纖維自行車車架平放在任何物體上，例如混凝土桿，那麼碳纖維就會碎成碎片。
• Triplex - 汽車前後遮陽板上的玻璃層，用賽璐珞層固定。在發生事故時，大量楔形碎片的散落被排除在外，往往以事故中駕駛員的視力喪失而告終。

所以， 警用和軍用車輛的防彈玻璃由三層或多層鋼化玻璃製成 - 它只能被穿甲彈或砲彈穿透。鎧裝玻璃是指層狀複合材料。今天可用的各種開發將復合材料分為數十種類型和品種，每種類型在建築和維修服務市場上都有相當大的需求。

所以， 有針對特定應用設計的鏡面、填充物、石英等複合材料。 這些物種中的每一個的特徵彼此不同。例如，不含聚合物的納米複合材料和微米複合材料不會燃燒。它們只有在加熱到至少數百攝氏度時才會炭化，這簡化了它們在室溫下的使用，這在室溫條件下是不尋常的。

根據以下方案生產複合材料。 首先，將基體組分施加到增強纖維上，然後，使用壓制模具，形成增強成分的帶和基體本身。將所得材料壓出、燒結，並在纖維上施加額外的塗層。此外，得到的二次材料（下一階段）被送去重新壓制，通過使用等離子體以噴塗形式施加基質的階段。第三次壓制——壓縮——是最後階段。因此，至少進行三次壓縮(壓制)。

天然複合材料具有重量輕、強度可觀和尖端性能的特點。它們主要用於飛機，包括飛機和火箭。 大自然本身已經創造了簡單的複合材料，例如木頭、樹皮的年輪。 由人工製成的天然複合材料 - 由粘土製成的磚，其中包含沙子、水泥沙塊以及鋸末等。

玻璃纖維是公認的經典複合纖維之一。 它是一種由複合材料製成的塑料膠帶，粘在各種表面上。 該基質將玻璃纖維束固定到位。由於以這種方式壓制的玻璃線，確保了這種材料的強度。塑料最初是柔軟而有彈性的，而玻璃具有堅硬而易碎的結構。

通過結合這些特性，可以獲得一種非常柔韌的固體材料，其中塑料和玻璃相互補充。 該複合材料用於製造汽車車身和摩托艇。玻璃複合材料不會生鏽或氧化。

更晚出現的更現代的建築材料包含金屬、陶瓷和/或聚合物作為主要物質。 這些材料的分類還考慮了非金屬添加劑，例如木屑或灰塵。 塑料增強木材複合材料或複合板（和由相同成分製成的板材）用於製造家具和組織陽台或露台上的裝飾。

木材，粉碎並與熔化成柔軟狀態的聚合物混合，用作硬化甲板，您可以在上面行走甚至移動家具： 木塑板或板材不會斷裂或破裂，是一種堅固的材料。

MDF - 盒子或實心型材，它不使用合成樹脂或塑料，而僅使用天然來源的樹脂。被粉碎成木屑和灰塵的木材被這種物質浸漬，然後在熔爐中經過燒結和壓制階段。由 MDF 製成的常見產品是門和高品質層壓板。在樹脂的燒結和硬化過程中，它們聚合 - 形成一種天然聚合物，其中溶解了木屑（並分佈了碎屑）。

最簡單的例子是用碳纖維增強的鋁或鎂合金。 但鋁也可以補充碳化矽，銅鎳成分可以補充石墨烯，石墨烯是碳纖維的一個亞種。具有金屬基體的複合材料堅固，具有可以解決大多數問題的剛度，耐磨，抗氧化，並且與全金屬產品相比相對較輕。

它們價格昂貴且難以加工。 例如，由現代複合材料製成用於柴油內燃機的活塞元件。外立面的複合壁板由鋁板製成，在鋁板之間澆注塑料。染色有助於為這種飾面賦予不同的顏色。

正如您可能猜到的那樣，陶瓷複合材料中的主要材料不是金屬，而是陶瓷。例如，基於矽酸鹽夾雜物製成的含硼玻璃被用作這種元素。 它用作次要基質成分，並用碳纖維或陶瓷夾雜物增強，其中使用了碳化矽。 例如，陶瓷複合材料可以通過提供特性增強來克服扭結開裂現象，從而應對固體陶瓷的脆性。

碳化物-碳纖維複合材料是市場上最受歡迎的複合材料之一。，這使得獲得在強度特性和由這種物質製成的坯料的可靠性指標方面領先於碳纖維和復合材料的組合物成為可能。例如，這種複合材料用於生產汽車製動和離合器系統的零件。

今天，更現代的材料的開發將取代那些已經進入市場的材料，數以萬計的產品由它們製成，並沒有停止。所以， 納米技術中增強纖維的尺寸比其更長的前輩小 1000 倍。 未來的材料之一是碳納米管，例如，曲棍球棒就是由碳納米管製成的。在這個例子中，納米碳纖維塗有鎳鈷複合材料。與同類鋼合金產品相比，這種棍子的強度幾乎是其三倍，並且在不開裂的情況下扭結的可能性要高出五分之一。

分散強化複合材料被稱為納米材料，其中主要纖維的長度尺寸達到100 nm。 但在過去十年中，納米顆粒的長度已減少到 10 納米——例如，在半導體和導體中使用了類似的方法，這些半導體和導體形成了微處理器、微控制器或形成電子存儲器的微電路的晶體。剛性標準適用於復合樑和面板：例如，剛度（楊氏模量）必須至少為 130 吉帕，材料必須抗疲勞磨損，並且尺寸穩定。目標是同時解決所有這些問題。缺點 - 由於在這些材料的開發、實施和實際應用中增加了科學密集型工作量，因此成本高。

俄羅斯的 CM 生產市場僅佔全球出口供應量的 3%。這是由於缺乏統一的規範性文件來簡化複合建築材料的生產，直到最近，90%的生產原材料都是進口的。

所以， 俄羅斯的 CFRP 生產剛剛開始發展，而例如，中國是複合材料的主要生產國之一。 俄羅斯科學家也參與創建的新材料主要基於納米粒子的使用。

複合材料在飛機工業中用於生產一些發動機部件和飛機的支撐結構。 航天工業使用它們來生產火箭和衛星的承重和包層結構，這些結構在進入軌道時會經歷強烈的加熱。 汽車行業將復合材料用於車身和保險槓。採礦業使用 CM 作為鑽頭材料。土木工程使用 CM 來建造橋樑和其他高層結構的元素。

各個工程分支的主要前提是減輕汽車和特種設備的自重，各種車輛： 高達 70% 的組件是非金屬材料。自流平地板（填充地板）以及澆築樓梯涉及使用複合材料，其中在與空氣反應之前，有一種半液體，可能是糖漿狀物質。這種複合材料可以很容易地使用環氧樹脂膠塗在底層地板的混凝土基礎上，其中主要填料溶解。

計算使用 CM 可行性的基礎是最重要的參數 - 使用適當技術的有效性。 在製造更複雜的複合材料時，金屬和非金屬基體可以以不同的順序組合。 例如，自行車輪胎，在跑步機中使用了幾層增強纖維：capron、kevlar、細鋼絲和復合材料，可以增加保護線的數量。多虧了這些技術，騎自行車的人不會“抓住”荊棘和玻璃碎片、電線，在沒有瀝青、底漆和岩石道路的情況下沿著路邊行駛。

這樣的輪胎不會超過一公里，而是至少兩萬公里，然後才會磨損得如此之多，以至於它的爆胎仍然經常發生。 計算一個這樣的輪胎的成本，這個價格標籤可以增加 10 倍或更多，可以讓您在不更換類似輪胎最多 10 倍的情況下從小幅整體降價中受益（這個因素被認為是花費在維修操作）- 在同一塊橡膠上通過所有相同的 20,000 公里時。

在這種情況下，自行車輪胎是一種多複合材料，其中使用了多個改進層（矩陣），而不僅僅是一個。 某種複合材料的生產計算是基於它的使用形式。增強夾雜物用作線、帶、薄織物、纖維或絲束組件。材料中硬化劑的體積和重量為 30-80%，具體取決於特定類型複合材料的用途。