Способы получения композитных материалов

Способы получения композиционных материалов

Технология получения металлических композиционных

В общем случае получение металлических композиционных материалов разделяется на две стадии:

I. Первичное производство – применяют для получения композиционных материалов в виде полуфабрикатов простой конфигурации (многослойные листы и ленты, многослойные плиты и балки).

II. Вторичное производство – изготовление самого композита.

Цель методов первичного производства – объединить волокна и матрицу таким образом, чтобы обеспечить максимально возможное использование желаемых свойств каждого из компонентов. Для достижения поставленной цели процесс производства композиционных материалов должен обеспечивать выполнение следующих требований: отсутствие механического повреждения армирующего материала и падения его прочности, отсутствие охрупчивания матрицы, создание прочной связи на поверхностях раздела матрица-волокно и матрица-матрица и получение дешевого материала и полуфабрикатов с размерами, пригодными для механического применения.

Методы производства композиционных материалов с металлической матрицей удобно классифицировать, разделив их на три основные категории процессов:

I. Твердофазные процессы: горячее прессование (многослойные ленты, листы, стержни, лопатки турбин), прокатка (многослойные ленты, листы, балки), совместная экструзия, сварка взрывом (многослойные ленты, листы),

II. Жидкофазные процессы: пропитка жидким металлом (прутки, стержни), непрерывное литье (прутки, трубы, уголки, ленты),

III. Процессы осаждения: плазменное напыление (многослойные ленты), электролитическое осаждение, осаждение из паровой фазы.

Методы вторичного производства включают в себя:

— Формовку — для обеспечения конфигурации готового изделия. Обычно проводится при повышенных температурах;

— Соединение: в случае соединения неармированных металлов с композитами технология соединения обычно состоит в контактной сварке, пайке, сварке плавлением. При соединении двух композиционных материалов применяют в основном диффузионную сварку, а также высокотемпературную пайку или склеивание;

— Обработка резанием применяется для получения готового изделия и удаления дефектов обработки композитов;

— Термомеханическая обработка — для повышения свойств.

Технология получения изделий из полимерных

Большиноство традиционных промышленных сплавов выпускают в виде полуфабрикатов (листы, ленты, слитки и т.п.), из которых потом изготавливают детали. Изделия же из полимерных композитов получают одновременно с самим материалом. Это связано с технологичностью процесса и позволяет существенно снизить стоимость изделий.

Поскольку процессы получения полимерных композиционных материалов и способы изготовления из них совмещены, рассмотрим сразу методы изготовления армированных изделий.

Технология получения изделий включает следующие основные операции:

I. Подготовка арматуры:

— контроль исходной арматуры;

— удаление замасливателя (расшихтовка);

— обработка волокон аппретирующими веществами ( нанесение на поверхность водоотталкивающих покрытий, которые повышают прочность связи волокон с матрицей и снижают водопоглощение композиционных материалов);

— снование (операция перемотки одной или нескольких параллельных нитей, жгутов, лент или тканей на одну поковку с параллельной укладкой строго встык);

II. Приготовление связующего:

— проверка компонентов связующего;

— приготовление смеси компонента;

III. Пропитка– это операция совмещения наполнителя со связующим путем нанесения его на поверхность арматуры и заполнения им объема между волокнами.

IV. Формование– это операция придания изделию заданной формы и размеров. Формование осуществляется на прессах контактным, вакуумным, автоклавным методами и намоткой;

V. Отверждение.В процессе отверждения связующего создается конечная структура композита, формируются его свойства и фиксируется форма изделия;

VI. Удаление оправки. По конструкции оправки делят на цельные, разборные, надувные и разрушаемые;

VII. Контроль качества изделий.Контроль качества армированных материалов проводят не только после их изготовления, но и в процессе его. Контролируют качество всех исходных компонентов, правильность проведения всех технологических операций, соответствие состава и свойств композита заданным требованиям.

Контроль качества изделия из композиционного материала включает внешний осмотр изделия для выявления наружных дефектов, проверку размеров изделия, определение физико-механических характеристик и выявление внутренних дефектов с помощью контрольной аппаратуры;

VIII. Механическая доработка и соединение с другими деталями.Если после удаления оправки размеры изделия не соответствуют заданным, его механически дорабатывают. Чаще всего подрезают торцы и фланцы, нарезают резьбу, сверлят крепежные отверстия и т.п.

Для монтажа и соединения с другими деталями в изделия из композиционных материалов часто монтируют металлические фланцы. С полимерными композитвми их соединяют клеем или на резьбе, иногда вставки закладывают в процессе формирования.

Способы получения керамических композиционных материалов.

Керамические композиционные материалы представляют собой материалы, в которых матрица состоит из керамики, а арматура из металлических или неметаллических волокнистых наполнителей.

Для изготовления керамических композитов применяют следующие методы: горячее прессование, гидростатическое прессование, прессование с последующим спеканием, центробежное, вакуумное и шликерное литье. В каждом конкретном случае необходимо оценить пригодность того или иного метода. Так, композиции, армированные металлическим волокном, изготовлять способом прессования с последующим спеканием нельзя, так как волокна препятствуют уплотнению порошка керамики, а по снятии давления прессования имеют тенденцию к восстановлению прежней формы. В результате появляются дефекты.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Некоторые методы изготовления продуктов из композитов

Прошлый свой пост я посвятил истории композитных материалов. Я продолжаю занимать свой досуг этой теме и сегодня хочу рассказать немного о терминах и технологиях прототипирования с использованием полимерных композитов. Если вам нечем заняться длинными зимними вечерами, то вы всегда можете смастерить из углепластиковой ткани сноуборд, корпус для мотоцикла или чехол на смартфон. Конечно, процесс может в итоге выйти дороже, нежели покупка готового продукта, но интересно что-то мастерить своими руками.

Под катом — обзор методов изготовления изделий из композитных материалов. Буду вам благодарен, если в комментариях вы меня дополните, чтобы в результате получился более полный пост.

Композиционный материал создается минимум из двух компонентов с четкой границей между ними. Есть слоистые композитные материалы — например, фанера. Во всех же других композитах можно разделить компоненты на матрицу, или связующее, и армирующие элементы — наполнители. Композиты обычно разделают по виду армирующего наполнителя или по материалу матрицы. Подробнее об использовании композитов вы можете прочитать в посте История композиционных материалов, а эта публикация посвящена методам изготовления продуктов из композитов.

Ручное формование

В случае с изготовлением изделий единичными экземплярами наиболее распространенным методом является ручное формование. На подготовленную матрицу наносится гелькоут – материал для получения хорошей отделки на внешней части армированного материала, позволяющий также подобрать цвет для изделия. Затем в матрицу укладывается наполнитель – например, стеклоткань – и пропитывается связующим. Удаляем пузырьки воздуха, ждем, пока все остынет, и дорабатываем напильником – обрезаем, высверливаем и так далее.

Этот метод широко используется для создания деталей корпуса автомобилей, мотоциклов и мопедов. То есть для тюнинга в тех случаях, когда он не ограничивается наклейкой пленки «под карбон».

Напыление

Напыление не требует раскроя стекломатериала, но взамен нужно использование специального оборудования. Данный метод часто используется для работы с крупными объектами, такими как корпусы лодок, автотранспорт и так далее. Точно так же, как и в случае с ручным формованием, сначала анносится гелькоут, затем стекломатериал.

RTM (инжекция)

При методе инжекции полиэфирной смолы в закрытую форму используется оснастка из матрицы и ответной формы – пуансона. Стекломатериал укладывается между матрицей и ответной формой, затем в форму под давлением вливается отвердитель – полиэфирная смола. И, конечно, доработка напильником после отверждения – по вкусу.

Вакуумная инфузия

Для метода вакуумной инфузии необходим пакет, в котором с помощью насоса создается вакуум. В самом пакете располагается армирующий материал, поры которого после откачки воздуха заполняются жидким связующим.

Пример метода — для изготовления скейтборда.

Намотка

Метод намотки композитов позволяет сделать сверхлегкие баллоны для сжатого газа, для чего используют РЕТ-лейнер, подкачанный до 2-5 атмосфер, а также композитные трубы, используемые в нефтедобывающей отрасли, химической промышленности и в коммунальном хозяйстве. Из названия легко понять, что стеклоткань наматывают на подвижный или неподвижный объект.

На видео — процесс намотки стеклоткани на баллон.

Пултрузия

Пультрузия – это “протяжка”. При этом методе происходит непрерывный процесс протягивания композиционного материала сквозь тянущую машину. Скорость процесса составляет до 6 метров в минуту. Волокна пропускаются через полимерную ванну, где пропитываются связующим, после чего проходят сквозь преформовочное устройство, получая окончательную форму. Затем в пресс-форме материал нагревается, и на выходе мы получаем окончательный затвердевший продукт.

Процесс производства шпунтовых свай методом пултрузии.

Прямое прессование

Изделия из термопластов изготавливают в пресс-формах под давлением. Для этого используют высокотемпературные гидравлические прессы с усилием от 12 до 100 тонн и максимальной температурой около 650 градусов. Таким способом делают, например, пластиковые ведра.

Автоклавное формование

Автоклав необходим для проведения процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного с целью ускорить реакцию и увеличить выход продукта. Внутрь автоклава помещаются композитные материалы на специальных формах.

Продукты из композитов

Композитные материалы широко используются в авиастроении. Например, Solar Impulse построен из них.

Протезы и ортезы.

Если у вас появились дополнения, то обязательно напишите о них в комментариях. Спасибо.

Источник

Способы получения композиционных материалов

Способы получения композиционных материалов заключается в сочетании в едином материале свойств 2 х или более разнородных материалов, существенно отличающихся по своему составу, геометрической форме и свойствам.

Природные композиционные материалы чаще всего получаются при кристаллизации из расплава матрицы, которая захватывает пузырьки воздуха, жидкости или твердые фазы.

Искусственные композиционные материалы могут получать следующими методами:

Химический метод получения композиционных материалов (получают вяжущие, пеностекло и т.д.):

в) гальваностегией (покрыванием) и т.д.

Металлургический метод получения композиционных материалов. С его помощью получают все металлы.

С помощью перемешивания (бетон, раствор, стеклопластик, пластмассы и т.д.).

От чего зависят свойства композиционных материалов

От структуры и свойств матрицы, если матрица имеет плотную структуру и высокую прочность, то и композиционный материал будет обладать высокими прочностными свойствами и высоким коэффициентом конструктивного качества.

От агрегатного состояния второй фазы композиционного материала. Если вторая фаза находится в твердом состоянии, то композиционный материал будет обладать более высокими прочностными и деформационными свойствами. Если вторая фаза находится в жидком состоянии, то прочностные свойства композиционного материала будут снижаться, но будет повышаться электропроводность. Если вторая фаза будет находиться в газообразном состоянии, то при этом будет снижаться средняя плотность композиционного материала и его прочность, но будет повышаться теплоизолирующая способность.

От дисперсности (размер частиц) второй и третьей фаз. Чем тоньше дисперсность, тем меньше неоднородность, тем выше прочность композиционного материала.

Свойства композиционных материалов зависят от силы взаимодействия матрицы с поверхностью второй и третьей фаз. Если матрица химически взаимодействует со второй и третьей фазами, то в этом случае свойства композиционных материалов будут повышаться. Если матрица будет соединяться со второй фазой только физическими силами, то прочность композиционных материалов будут снижаться.

Материалы, используемые для получения композиционных материалов

В качестве матрицы для получения композиционных материалов могут использоваться минеральные и органические вяжущие, керамика, горные породы и т.д. В качестве второй и третьей фазы могут использоваться воздух, волокна стекла, ткани, фольга, песок и т.д.

Бетоны являются наиболее распространенными и наиболее изученными композиционными материалами, которые используются в различных отраслях строительства. На бетоне можно проследить и изучить все основные закономерности присущие композиционным материалам.

В настоящее время наиболее распространенными являются следующие классификации бетонов.

1. В зависимости от средней плотности все бетоны подразделяют:

а) особо плотные, т.е бетоны которые имеют ρ_ср > 2500 кг/м 3 ;

б) тяжелые, бетоны, котоые имеют ρ_ср =1800─2500 кг/м 3 ;

2. В зависимости от используемого вяжущего:

а) цементные бетоны (портландцемент, быстротвердеющий цемент, сульфатостойкий портландцемент, гидрофобный, пластифицированный, глиноземистый, расширяющийся, напрягающий, пуццолановый, шлаковый и другие цементы);

б) силикатные бетоны (известково-кремнезёмистые);

в) смешанные бетоны (цементно-известковые, известково-шлаковые);

г) асфальтовые бетоны (битумы в качестве вяжущего);

д) полимерные бетоны (полимерные материалы или их добавки);

е)специальные бетоны, применяемые при наличии особых требований (жаростойкий, химически стойкий, для защиты от радиации и т. д.).

3. В зависимости от назначения:

а) конструкционные бетоны, т.е. бетоны, применяемые для изготовления несущих строительных конструкций;

б) гидротехнические бетоны, т.е. бетоны, которые применяются для строительства гидротехнических сооружений (каналы, дамбы, оросительные системы, берегоукрепительные сооружения, мосты и т.д.);

в) кислотостойкие бетоны, т.е. бетоны, которые хорошо эксплуатируются при воздействии концентрированных минеральных кислот, например в химической промышленности;

г) жаростойкие бетоны, т.е. бетоны, которые выдерживают длительное воздействие высоких температур (> 500 ºС);

д) бетоны для защиты от радиоактивного излучения;

е) дорожные (асфальтовые);

Исходя из классификации бетонов, можно сделать вывод, что бетон может эксплуатироваться только в строго заданных условиях эксплуатации (в запроектированных условиях). Поэтому при проектировании бетона необходимо особое внимание уделить выбору исходных материалов для изготовления бетона, который будет эксплуатироваться в определенных условиях.

Источник