Yleiskatsaus: Materiaalit, energia ja informaatio ovat nykyajan tieteen ja teknologian kolme pilaria, ja materiaalitiede on yksi johtavista tieteenaloista tällä hetkellä maailmassa. Komposiittimateriaalit ovat materiaalien nouseva tähti, ja niiden syntyminen on tuonut mukanaan merkittäviä muutoksia materiaaliteollisuudessa muodostaen mallin metallimateriaalien, epäorgaanisten ei-metallisten materiaalien, polymeerimateriaalien ja komposiittimateriaalien rinnakkaiselosta. Komposiittimateriaalien kattava ja täydellinen määritelmä on seuraava: Komposiittimateriaalit ovat uudentyyppisiä materiaaleja, jotka koostuvat erityyppisistä materiaaleista, kuten orgaanisista polymeereistä, epäorgaanisista ei-metalleista tai metalleista, jotka yhdistetään komposiittiprosesseilla. Ne voivat säilyttää alkuperäisten komponenttimateriaalien tärkeimmät ominaisuudet ja saavuttaa ominaisuuksia, joita alkuperäisillä komponenteilla ei ole yhdistelmävaikutusten kautta; Kunkin komponentin suorituskykyä voidaan täydentää ja korreloida toistensa kanssa materiaalisuunnittelun avulla, jolloin saadaan uutta ylivoimaista suorituskykyä.
Toisten vahvuuksia hyödyntävät komposiittimateriaalit edustavat materiaalien kehityssuuntaa. Monet asiantuntijat uskovat, että ihmiskunta on siirtynyt synteettisten materiaalien aikakaudelta komposiittimateriaalien aikakauteen, ja tällä ehdotuksella on tietty tieteellinen perusta. On erittäin vaikeaa syntetisoida uutta materiaalia, joka täyttäisi erilaisia korkeita vaatimuksia kokonaisvaltaisille indikaattoreille. Jos halutaan kehittää tyydyttävä materiaali ajoissa, sykli laboratoriosta syvätuotantoon on myös erittäin pitkä. Mutta jos olemassa olevia materiaaleja yhdistetään, voi olla helpompi täyttää vaatimukset. Lisäksi komposiittimateriaalit ovat anisotrooppisia materiaaleja, ja materiaalikäyttöä varten lujitekuitujen järjestely voidaan suunnitella todellisen jännitystilanteen mukaan, jolloin säästetään materiaaleja, mitä ei voida saavuttaa yleisillä isotrooppisilla materiaaleilla. Komposiittimateriaalien erinomaisen suorituskyvyn ansiosta ne ovat saaneet huomiota kehittyneistä maista ympäri maailmaa, ja ne on valittu yhdeksi uusien materiaalien kehittämisen painopistealueista, mikä osoittaa täysin komposiittimateriaalien merkityksen.
Useimpia hartsipohjaisia komposiittimateriaaleja käytetään ilmakehän ympäristöissä, upotettuina veteen tai meriveteen tai haudataan maan alle. Joitakin käytetään varastosäiliöinä eri liuottimille. Ilman, veden, kemiallisten väliaineiden, valon, säteilyn ja mikro-organismien vaikutuksesta niiden kemiallinen koostumus, rakenne ja erilaiset ominaisuudet käyvät läpi erilaisia muutoksia. Monissa tapauksissa lämpötilalla ja jännitystilalla on merkittäviä vaikutuksia näihin kemiallisiin reaktioihin, erityisesti ilmailuajoneuvoissa ja niiden moottorikomponenteissa, jotka toimivat ankarissa ympäristöissä ja joiden on kestettävä korkeita lämpötiloja ja korkeiden lämpötilojen ilmavirran eroosiota. Niiden kemiallinen stabiilisuus on ratkaisevan tärkeää.
Polymeeri hartsipohjaisten komposiittimateriaalien matriisina voi läpikäydä kemiallisen hajoamisen eri tavoin. Se voi tapahtua vuorovaikutuksessa syövyttävien kemikaalien kanssa tai epäsuorasti aiheuttamalla stressiä, mukaan lukien lämpöhajoaminen, säteilyn hajoaminen, mekaaninen hajoaminen ja biologinen hajoaminen. Itse polymeerimatriisi on orgaaninen aine, joka voi kulua, turvota, liueta tai aiheuttaa järjestelmän jännityskorroosiota orgaanisten liuottimien vaikutuksesta. Ns. jännityskorroosiolla tarkoitetaan materiaalien ennenaikaista hajoamista, kun ne altistuvat jännitykselle, kun ne ovat vuorovaikutuksessa tiettyjen orgaanisten liuottimien kanssa. Tällaista rasitusta voidaan kohdistaa käytön aikana tai tiettyjen valmistustekniikan rajoitusten vuoksi.
Materiaalien herkkyys erilaisille kemikaaleille vaihtelee alustatyypeistä riippuen. Tavalliset lasikuituvahvisteiset muovit kestävät vahvoja happoja, suoloja ja estereitä, mutta eivät emäksiä. Yleensä ihmiset kiinnittävät enemmän huomiota veden vaikutukseen materiaalin ominaisuuksiin. Vesi voi yleensä johtaa hartsipohjaisten komposiittimateriaalien dielektrisen lujuuden laskuun. Veden vaikutus aiheuttaa valon sirontaa ja opasiteettia materiaalin kemiallisten sidosten katketessa, millä on myös tärkeä vaikutus mekaanisiin ominaisuuksiin. Kiehuva vesi vaikuttaa merkittävästi epoksihartsista tai polyesterihartsista ja lasikuiduista koostuvien komposiittimateriaalien vetolujuuteen, leikkauslujuuteen ja taivutuslujuuteen. Kytkentäaineiden käyttö voi merkittävästi vähentää tätä häviötä. Veden ja erilaisten kemiallisten aineiden vaikutus liittyy lämpötilaan, kosketusaikaan sekä jännityksen suuruuteen, matriisin ominaisuuksiin sekä lujitemateriaalin geometriseen rakenteeseen, ominaisuuksiin ja esikäsittelyyn. Lisäksi se liittyy myös komposiittimateriaalin pintatilaan, ja materiaali, jossa on paljaat kuitupäät, on alttiimpi vaurioille.
Polymeerien lämpöhajoamiseen on useita tapoja ja reittejä, joista useita voi esiintyä samanaikaisesti. Jos polymeeriketjun täydellinen katkeaminen voi johtua "vetoketju"-tyyppisestä depolymerointimekanismista, voidaan samanaikaisesti tuottaa haihtuvia pienimolekyylisiä aineita. Muita menetelmiä ovat polymeeriketjujen epäsäännöllinen katkeaminen korkeamman molekyylipainon tuotteiden tuottamiseksi tai haaraketjun irtoaminen sekä mahdollinen syklisten molekyyliketjurakenteiden muodostuminen. Täyteaineiden läsnäolo vaikuttaa polymeerien hajoamiseen, ja tietyt metallitäyteaineet voivat nopeuttaa hajoamista katalyyttisen toiminnan kautta, erityisesti aerobisissa ympäristöissä. Hartsipohjaisten komposiittimateriaalien syttyminen ja hajoaminen liittyvät syntyviin haihtuviin aineisiin, ja yleensä lisätään palonestoaineita syttymisriskin vähentämiseksi. Jotkut polymeerit voivat tuottaa kerroksen lämpöä kestävää koksia korkeissa lämpötiloissa. Kun näitä polymeerejä yhdistetään nailonin, polyesterikuitujen jne. kanssa, näiden vahvikkeiden hajoaminen johtaa haihtuvien aineiden tuotantoon, jotka voivat ottaa pois lämpöä ja jäähdyttää palaneen polymeerin, mikä parantaa edelleen lämmönkestävyyttä ja antaa komposiittimateriaalille erinomaiset mekaaniset ominaisuudet. ominaisuuksia, kuten hyvä seisminen kestävyys.
Monet polymeerit vaurioituvat ultraviolettisäteilyn tai muun korkeaenergisen säteilyn vaikutuksesta, ja mekanismi on se, että kun valon ja säteilyn energia ylittää atomien välisen kovalenttisen sidoksen energian, molekyyliketjut katkeavat. Lyijytäytteisiä polymeerejä voidaan käyttää estämään korkean energian säteilyä. Ultraviolettisäteilyyn kiinnitetään yleensä enemmän huomiota, ja yleisesti kulutettuja lisäaineita ovat hiilimusta, sinkkioksidi ja titaanidioksidi, jotka absorboivat tai heijastavat ultraviolettisäteilyä.
Mekaaninen hajoaminen on toinen hajoamismekanismi, jossa kun jännityskasvun taajuus ylittää sidoksen vastekyvyn translaation kautta, tapahtuu sidoksen katkeamista ja syntyneet vapaat radikaalit voivat myös vaikuttaa seuraavan vaiheen hajoamistapaan. Kovilla ja haurailla polymeerimatriiseilla on alhainen jännitys ja ne voivat murtua hauraiksi ketjun katkeamisen kanssa tai ilman, kun taas pehmeämmät, mutta viskoosiisemmat polymeerimatriisit hajoavat enimmäkseen mekaanisesti.
Kuituvahvisteiset komposiittimateriaalit ovat herättäneet paljon huomiota ja niillä on merkittäviä ominaisuuksia. Metallimateriaaleihin tai muihin epäorgaanisiin materiaaleihin verrattuna sen etuna on kevyt paino, korkea ominaislujuus, korroosionkestävyys, sähköeristys, hetkellinen ultrakorkean lämpötilan kestävyys, hidas lämmönsiirto, äänieristys, vedeneristys, helppo värjäys ja se voi siirtää sähkömagneettista aallot. Se on uusi materiaali, jossa yhdistyvät toiminnalliset ja rakenteelliset ominaisuudet.
Lasikuituvahvistettu komposiittimateriaali (tunnetaan yleisesti nimellä "lasikuitu") on varhain kehitetty komposiittimateriaali. Se on rakenne, joka valmistetaan käyttämällä lasikuitua ja sen tuotteita lujitemateriaalina, lämpökovettuvaa tai kestomuovihartsia matriisina ja tiettyjä muovausprosesseja. Sen tieteellinen nimi on lasikuituvahvistettu muovi. Vuonna 1958 Lai Jifa, entinen rakennusmateriaaliministeri, ehdotti suosittua ja elävää nimeä "lasikuitu", joka on nyt tunnustettu alan kollegoilta sekä kotimaassa että kansainvälisesti.
Tämän tyyppisten lasikuitukomposiittimateriaalien rakenteen analysoinnin kautta perinteisiin materiaaleihin verrattuna komposiittimateriaaleilla on seuraavat ominaisuudet.
① Materiaalien mitoitettavuus ja komposiittimateriaalien monitasoinen rakenne tuo valtavasti joustavuutta komposiittimateriaalien ja niiden rakenteiden suunnitteluun. Komposiittimateriaalien mekaaniset, mekaaniset, termiset, akustiset, optiset, sähköiset, korroosionesto-, ikääntymisenesto- ja muut fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet voivat täyttää osien käyttövaatimukset ja ympäristöolosuhteet. Komponenttimateriaalien valinnalla ja sovituksella, kerrossuunnittelulla, rajapinnan ohjauksella ja muilla materiaalisuunnittelukeinoilla voidaan saavuttaa odotettu tarkoitus mahdollisimman suuressa määrin vastaamaan teknisten laitteiden käyttöominaisuuksia.
② Komposiittimateriaalit, jotka voivat tarjota sekä pinta- että rakenteellisen korroosionkestävyyden, voivat tarjota erinomaisen korroosionkestävyyden sekä erinomaiset mekaaniset ominaisuudet rakennemateriaaleina, mikä saavuttaa rakenteellisen korroosionkestävyyden. Tavallisia korroosionestomateriaaleja, kuten korroosionestopinnoitteita, kumivuorauslevyjä ja savivuorauksia (haponkestävät posliinilevyt, valukivilaatat, graniittilohkot jne.) voidaan kuitenkin käyttää vain korroosionestokerroksina. Kun nämä korroosionestokerrokset ovat vaurioituneet, rakenteen suojatut osat syöpyvät ja vaurioituvat, mikä johtaa turvallisuusriskeihin päärakenteessa.
③ Komposiittimateriaalien rakennesuunnittelu sisältää materiaalisuunnittelun. Perinteisten materiaalien rakennesuunnittelussa on tarpeen valita vain standardoidut materiaalit vaatimusten mukaisesti. Komposiittimateriaalirakenteiden suunnittelussa materiaalit suunnittelee rakennesuunnittelija suunnitteluolosuhteiden perusteella. Kuten edellä mainittiin, komposiittirakenteet muodostetaan usein samanaikaisesti materiaalin ja rakenteen kanssa, ja materiaalilla on myös muotoiltavuutta. Siksi komposiittimateriaalien rakennesuunnittelu on uudenlainen rakennesuunnittelu, joka sisältää materiaalisuunnittelun. Sitä voidaan tarkastella sekä materiaalisista että rakenteellisista näkökohdista. Suunnittelijat voivat suunnitella ominaisuuksiltaan erilaisia komposiittimateriaaleja rakenteen eri osiin niiden eri jännitystilojen mukaan rakenteen ominaisuuksien perusteella.
④ Materiaalien ominaisuuksien riippuvuus komposiittiteknologiasta: Komponenttimateriaalien fysikaaliset ja kemialliset muutokset tapahtuvat komposiittimateriaalirakenteiden muodostumisprosessin aikana. Myös eri muovausprosesseissa käytetyt erityyppiset raaka-aineet, lujitemateriaalit, kuitutilavuus ja levitysmenetelmät ovat erilaisia. Myös eri muovausprosesseissa käytetyt raaka-ainetyypit, lujitemateriaalien muodostus, kuitutilavuuspitoisuus ja levityssuunnitelmat ovat erilaisia. Siksi komponenttien suorituskyky riippuu suuresti prosessimenetelmistä, prosessiparametreista ja valmistusprosesseista. Lisäksi, koska prosessiparametreja on vaikea ohjata tarkasti muovausprosessin aikana, komposiittikomponenttien suorituskyvyn hajonta on yleensä merkittävä. Komposiittimateriaalirakenteille, koska rakenne ja materiaali ovat integroituja, on suhteellisen helppo saavuttaa erilaisia rakenteellisia muotoja muovauksen ja valmistuksen avulla ja jopa toteuttaa rakenteen kokonaissuunnittelu. Tämän paremmuuden toteutuminen perustuu komposiittimateriaalirakenteen suunnittelun ja valmistusprosessin suunnittelun tiiviiseen integrointiin. Järkevässä rakennesuunnittelussa tulee ottaa huomioon valmistusprosessien mahdollisuus ja valmistusprosessin suunnittelussa tulee varmistaa rakenteen optimaalinen suunnittelu mahdollisimman pitkälle.
⑤ Mekaanisen analyysin näkökulmasta merkittävä ero komposiittimateriaalien ja tavanomaisten materiaalien (kuten metallimateriaalien) välillä on se, että jälkimmäisiä pidetään homogeenisina ja isotrooppisina, kun taas edellisiä pidetään heterogeenisina ja anisotrooppisina. Niin kutsuttu homogeenisuus viittaa siihen, että objektin jokaisen pisteen suorituskyky on sama, mikä tarkoittaa, että objektin suorituskyky ei ole sen sisäisen sijainnin funktio; Ja heterogeenisuus on juuri päinvastoin. Niin kutsuttu isotropia viittaa samaan suorituskykyyn kaikkiin suuntiin objektin pisteessä; Ja anisotropia osoittaa, että pisteen suorituskyky on sen suunnan funktio. Komposiittimateriaalien vahvan anisotropian ja heterogeenisyyden vuoksi niiden muodonmuutosominaisuudet ulkoisten voimien vaikutuksesta ovat erilaiset kuin yleisillä isotrooppisilla materiaaleilla. Ulkoinen voima voi usein aiheuttaa useita perusmuodonmuutoksia, ja yksikerroksisten ja laminoitujen paneelien lujuus ja erilaiset parametrit ovat suunnan funktioita. Siksi komposiittimateriaalien mekaanisia ominaisuuksia tutkittaessa tulee kiinnittää huomiota niiden monimutkaisuuteen ja spesifisyyteen. Rakennesuunnittelussa rakenteen maksimijännityksen huomioimisen lisäksi tulee kiinnittää huomiota myös materiaalin anisotrooppisista ominaisuuksista heijastuviin heikkoihin lenkkeihin, mikä johtuu pääasiassa siitä, että leikkaus- ja poikittaisominaisuudet ovat paljon heikommat kuin kuidun. suuntaavat ominaisuudet.
⑥ Korroosionestossa käytettävien komposiittimateriaalien koostumusominaisuuksien vuoksi komposiittimateriaaleista valmistetuilla tuotteilla tai osilla voi olla samanaikaisesti erinomainen korroosionkestävyys, sähköinen suorituskyky (johtavuus tai eristys) ja lämmönjohtavuus (lämmönjohtavuus tai eristys). Esimerkiksi lasikuitu- ja hartsimateriaalit itsessään ovat sähkö- ja lämmöneristysmateriaaleja, joilla on erinomaiset sähkö- ja lämmöneristysominaisuudet. Voimme kuitenkin lisätä korroosionestohartsiin johtavia tai lämpöä johtavia komponentteja todellisten tarpeiden mukaan, jotta komposiittimateriaalilla on vastaavat johtavat tai lämpöä johtavat ominaisuudet.
⑦ Korroosionestokomposiittimateriaalien hyvä pintasuorituskyky voidaan saavuttaa valmistusprosessin aikana säätämällä mallin pinnan kuntoa, erilaisia pintakerroksen hartsi- ja vahvistusmateriaaleja sekä valmistusprosessia, jotta muodostuu erittäin sileä pinta suojausta varten. korroosiokomposiittituotteet. Ja tee pinnasta erityisiä ominaisuuksia, kuten hydrofobisuus, oleofobisuus, kulutuskestävyys, lämmönjohtavuus, sähköstaattinen johtavuus ja hilseilyn esto tarpeiden mukaan.
Yllä oleva sisältö tiivistää komposiittimateriaalien ominaisuudet yleisesti. Jos komposiittimateriaaleja verrataan perinteisiin materiaaleihin, voidaan havaita, että komposiittimateriaaleilla on seuraavat edut.
① Kuitukomposiittimateriaalien, joilla on suuri ominaislujuus ja korkea ominaismoduuli, suurin etu on niiden korkea ominaislujuus ja korkea ominaismoduuli. Ominaislujuus tarkoittaa materiaalin lujuuden suhdetta sen tiheyteen, kun taas ominaismoduuli viittaa materiaalin moduulin suhdetta sen tiheyteen. Ominaislujuus ja ominaismoduuli ovat tärkeitä indikaattoreita rakennemateriaalien kantokyvyn mittaamisessa. Rakennekomponenteille ilmailussa, ilmailussa, autoissa, junissa, laivoissa ja muissa liikkuvissa rakenteissa ne ovat erittäin tärkeitä indikaattoreita, mikä tarkoittaa, että voidaan valmistaa hyvän suorituskyvyn ja kevytrakenteisia rakenteita. Kemiallisissa laitteissa ja rakennusprojekteissa materiaalit, joilla on korkea ominaislujuus ja -moduuli, voivat vähentää omaa painoaan, kestää enemmän kuormia ja parantaa seismiskestävyyttään.
② Hyvä väsymistä estävä suorituskyky. Väsymisvika on pieni jännityshäiriö, joka johtuu halkeamien muodostumisesta ja etenemisestä materiaaleihin vaihtelevien kuormien vaikutuksesta. Väsymysvauriot ovat yksi han-etnisen ryhmän lento-onnettomuuksien pääsyistä. Kuitusuuntaisen jännityksen alaisena olevien komposiittimateriaalien väsymisominaisuudet ovat paljon paremmat kuin metallien. Metallimateriaalien väsymisvaurio kasvaa vähitellen sisältä ulospäin ja laajenee sitten yhtäkkiä. Komposiittimateriaalien väsymisvaurio alkaa aina kuitujen tai matriisin heikoista lenkeistä ja ulottuu vähitellen liimauspintaan. Kun vaurioita on paljon ja koko on suuri, ennen vauriota on selviä merkkejä, jotka voidaan havaita ja toimenpiteet tehdä ajoissa. Metallimateriaalien väsymislujuuden raja on yleensä 30 % -50 % vetolujuudesta. Hiilikuituvahvisteisten hartsipohjaisten komposiittimateriaalien väsymislujuuden raja on 70 % -80 % niiden vetolujuudesta. Siksi komposiittimateriaaleista valmistetuilla komponenteilla, jotka toimivat pitkäaikaisessa vaihtuvassa kuormituksessa, on pidempi käyttöikä ja parempi turvallisuus vaurioita vastaan.
③ Kantavan rakenteen vaimennuskyky ei liity ainoastaan sen muotoon, vaan on myös suoraan verrannollinen rakennemateriaalin ominaismoduulin neliöjuureen. Joten komposiittimateriaalien luonnollinen taajuus on korkeampi. Samaan aikaan komposiittimateriaalien matriisikuiturajapinnalla on suurempi kyky absorboida värähtelyenergiaa, mikä johtaa materiaalin korkeampaan tärinänvaimennuksen. Samankokoisilla palkkeilla tehdyt tutkimukset osoittavat, että alumiiniseospalkit vaativat 9 sekuntia värähtelyn lopettamiseksi, kun taas hiilikuitu/epoksikomposiittipalkit vaativat vain 2,5 sekuntia värinän lopettamiseksi. Tämä esimerkki riittää havainnollistamaan ongelmaa. Aramidikomposiittimateriaalien iskunvaimennuskyky on parempi kuin hiilikuitukomposiittimateriaalien.
④ Komposiittimateriaalien vaurioturvallisuus on hyvä. Komposiittimateriaalien vaurioituminen ei tapahdu yhtäkkiä kuten perinteisten materiaalien, vaan se käy läpi useita prosesseja, kuten matriisivaurioita, delaminaatiota rajapinnassa, kuitujen murtumista jne. Kun komponentti on ylikuormitettu ja pieni määrä kuituja katkeaa, kuormitus tapahtuu jaetaan nopeasti uudelleen vahingoittumattomiin kuituihin matriisin siirron kautta, jotta koko komponentti ei menetä kantavuuttaan lyhyellä aikavälillä.
⑤ Yleisesti käytetyillä lasikuituvahvisteisilla lämpökovettuvilla hartsikomposiittimateriaaleilla (tunnetaan yleisesti nimellä lämpökovettuva lasikuitu) on hyvä kemiallinen korroosionkestävyys ja ne kestävät yleensä happoa, laimeaa alkalia, suolaa, orgaanisia liuottimia, merivettä ja kosteutta. Lasikuituvahvisteisilla kestomuovihartsipohjaisilla komposiittimateriaalilla (tunnetaan yleisesti termoplastisena lasikuituna) on yleensä parempi kemiallinen korroosionkestävyys kuin lämpökovettuvilla materiaaleilla. Yleisesti ottaen kemiallisen korroosionkestävyyden määrää pääasiassa alusta. Lasikuitu ei kestä fluorideja, kuten fluorivetyhappoa. Valmistettaessa fluorideille soveltuvia komposiittimateriaalituotteita, kuten fluorivetyhappoa, tuotteen väliaineen kanssa kosketuksissa olevan pintakerroksen lujitemateriaali ei voi käyttää lasikuitua. Tyydytettyä polyesteriä tai polypropeenia (huopaa) voidaan käyttää, ja matriisissa on myös käytettävä fluorivetyhappohartsia.
⑥ Hyvien sähköominaisuuksien omaavat hartsipohjaiset komposiittimateriaalit ovat erinomaisia eristysmateriaaleja, joita käytetään instrumenttien, moottoreiden ja sähkölaitteiden eristyskomponenttien valmistukseen. Ne eivät vain voi parantaa sähkölaitteiden luotettavuutta, vaan myös pidentää niiden käyttöikää. Ne voivat säilyttää hyvät dielektriset ominaisuudet korkealla taajuudella, eivät heijasta sähkömagneettisia aaltoja ja niillä on hyvä mikroaaltojen läpinäkyvyys. Tällä hetkellä niitä käytetään laajalti rakennemateriaaleina lentokoneiden, laivojen ja maatutkakansien valmistuksessa.
⑦ Hartsipohjaisilla komposiittimateriaaleilla on hyvä lämmönjohtavuus, alhainen lämmönjohtavuus, pieni lineaarilaajenemiskerroin ja ne tuottavat paljon vähemmän lämpörasitusta kuin metallit, kun lämpötilaero on. Ne ovat erinomainen eristysmateriaali. Fenolihartsipohjaiset komposiittimateriaalit kestävät välittömiä korkeita lämpötiloja ja voivat toimia ihanteellisena materiaalina lämpösuojaukseen ja kuumuutta kestävään eroosioon. Ne voivat suojata tehokkaasti raketteja, ohjuksia ja avaruusaluksia korkean lämpötilan ja yli 2000 asteen nopeiden ilmavirran hankausvaikutuksilta. Lisäksi hartsimatriisimateriaalien suunniteltavuuden vuoksi, kun lämmönjohtavuutta vaaditaan, sen lämmönjohtavuus voidaan suunnitella uudelleen asianmukaisilla modifiointitekniikoilla riittävän lämmönjohtavuuden aikaansaamiseksi.
Komposiittimateriaalien haitat: Hartsipohjaisissa komposiittimateriaaleissa on myös monia puutteita tai puutteita. Seuraavassa sisällössä esitellään lyhyesti hartsipohjaisten komposiittimateriaalien tärkeimmät haitat, jotta lukijalla on kattava käsitys hartsipohjaisten komposiittimateriaalien perusominaisuuksista käytännön sovelluksissa, jotta hartsipohjaisten komposiittimateriaalien edut voidaan hyödyntää täysimääräisesti, välttää tai voittaa niiden haitat ja saavuttaa siten hartsipohjaisten komposiittimateriaalien parhaan kustannustehokkuuden.
① Kuitukomposiittimateriaalien (lasikuitu) kimmokerroin on alhainen. Lasikuidun kimmokerroin on kaksi kertaa puun kimmokerroin, mutta 10 kertaa pienempi kuin yleisen rakenneteräksen. Siksi lasikuiturakenteissa on usein riittämätöntä jäykkyyttä ja merkittäviä muodonmuutoksia. Tämän epäkohdan parantamiseksi voidaan käyttää ohuita kuorirakenteita ja sandwich-rakenteita, ja sen ratkaisemiseksi voidaan käyttää myös korkeamoduulikuituja tai onttoja kuituja.
② Yleensä kuituvahvisteisten komposiittimateriaalien kerrosten välinen leikkauslujuus ja kerrosten välinen vetolujuus ovat alhaisemmat kuin matriisin alhaisen välikerroslujuuden ollessa kyseessä. Siksi kerrosten välisen jännityksen vaikutuksesta on helppo aiheuttaa laminoitujen paneelien delaminaatiohäiriö, joka johtaa komposiittirakenteiden rikkoutumiseen, mikä on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa komposiittimateriaalien käyttöön tietyissä rakenteissa. Siksi rakennesuunnittelussa kerrosten välistä jännitystä tulisi minimoida mahdollisimman paljon tai tiettyjä rakenteellisia toimenpiteitä tulisi toteuttaa kerrosten välisen delaminaatiohäiriön välttämiseksi.
③ Suurin osa lujitekuiduista (pois lukien aramidikuidut, ultrakorkean molekyylipainon polyeteenikuidut jne.) ovat hauraita materiaaleja, ja murtumajännitys on hyvin pieni venytettynä. Siksi kuituvahvisteiset komposiittimateriaalit ovat myös hauraita materiaaleja. Tämä pätee kuitujen suunnassa ja vielä enemmän kohtisuorassa kuidun suuntaan. Niiden murtumajännitys on paljon pienempi kuin metallimateriaalien. Se voi parantaa kuitujen murtumisjännitystä, matriisin sitkeyttä ja rajapinnan kuntoa komposiittimateriaalien lujuuden, murtumiskestävyyden, väsymiskestävyyden ja iskunkestävyyden parantamiseksi.
④ Hartsipohjaisten komposiittimateriaalien lämmönkestävyys on suhteellisen alhainen. Tällä hetkellä korkean suorituskyvyn hartsipohjaisia komposiittimateriaaleja käytetään pitkään alle 250 asteen lämpötiloissa, kun taas yleisiä hartsipohjaisia komposiittimateriaaleja käytetään pitkään alle 60-100 asteen lämpötiloissa.
⑤ On monia tekijöitä, jotka vaikuttavat suuresti komposiittimateriaalien suorituskykyyn, mukaan lukien kuidun ja matriisin ominaisuuksien taso ja hajonta, huokosten, halkeamien ja vikojen määrä, onko prosessin virtaus ja toiminta kohtuullinen, onko kovetusprosessi asianmukainen ja täyttävätkö tuotantoympäristö ja -olosuhteet vaatimukset. Kaikki nämä voivat aiheuttaa merkittäviä muutoksia komposiittimateriaalien ominaisuuksiin. Lisäksi tuotteille puuttuu tällä hetkellä kattavat seurantamenetelmät, mikä vaikeuttaa tuotteiden laadun hallintaa ja materiaaliominaisuuksien hajonta on korkea. Esimerkiksi käsin liimaamalla lasikuitukankaalla valmistettujen komposiittituotteiden lujuusdispersiokerroin on 6-10 %. Edellä mainittujen lasikuitukomposiittimateriaalien ominaisuudet suorituskyvyn, prosessin, suunnittelun jne. suhteen ovat vertaansa vailla mihinkään muuhun materiaaliin. Siksi lasikuitumateriaaleja voidaan käyttää laajalti sotilas- ja siviilisovelluksissa. Viime vuosina lasikuituteknologiaan perustuen on tutkittu ja kehitetty uusia korkean suorituskyvyn kuituvahvisteisia komposiittimateriaaleja. Erityisesti ilmailu- ja avaruusteknologian kehityksen sekä tietyissä erikoissovelluksissa tarvittavien teknisten rakenteiden tai komponenttien vuoksi on tarpeen laajentaa lujitemateriaalien valikoimaa, parantaa niiden fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, saavuttaa erityisvaatimukset, kuten korkeat lujuus, korkea moduuli, korkea lämpötilankesto, alhainen tiheys jne. Boorikuitujen, hiilikuitujen, orgaanisten kuitujen (aramidin) jne. onnistunut tutkimus ja koetuotanto on avannut erittäin laajat sovellusmahdollisuudet kuituvahvisteisen komposiitin kehittämiselle materiaaleja. Tällä hetkellä on olemassa useita tärkeimpiä korkean suorituskyvyn kuituvahvisteisia materiaaleja, mukaan lukien seuraavat
① Boorikuituvahvisteisella komposiittimateriaalilla on paljon suurempi ominaislujuus, jäykkyys ja kimmomoduuli kuin lasikuidulla. Sen puristuslujuus ja lämpölaajenemiskerroin sopivat paremmin erilaisten rakennekomposiittimateriaalien valmistukseen.
② 1960-luvun alussa hiilikuituvahvisteiset komposiittimateriaalit yhdistettiin matriisimateriaalien, kuten hartsin, metallin ja keramiikan, kanssa kevyiden, erittäin lujien, jäykkien, väsymystä ja korroosiota kestävien hiilikuitukomposiittimateriaalien tuottamiseksi. Hiilikuitu voidaan kutoa suoraan hiilikankaaksi, hiilipusseihin, hiilihuopaan jne. erilaisten sovellusten tarpeisiin.
③ Aramidikuituvahvistettu komposiittimateriaali on orgaaninen kuitu, jolla on korkea lujuus, korkea moduuli ja pieni tiheys. Sillä on suurempi lujuus kuin hiilikuidulla, kevyempi kuin lasikuidulla ja hiilikuidulla, pienempi lämpölaajenemiskerroin, hyvä väsymiskestävyys, lämmönkestävyys ja liekinkestävyys, ja sillä on tietty kilpailukyky. Viime vuosina aramidikuitukomposiittimateriaalit ovat kehittyneet nopeasti ja niillä on suuret kehitysnäkymät.
