Verbundwerkstoff

Verbundwerkstoff (Verbundwerkstoff, KM) – ein künstlich erzeugtes heterogenes kontinuierliches Material, das aus zwei oder mehr Komponenten mit einer klaren Grenzfläche zwischen ihnen besteht. Bei den meisten Verbundwerkstoffen (mit Ausnahme von Laminaten) können die Komponenten in eine Matrix und die darin enthaltenen Verstärkungselemente unterteilt werden. In Verbundwerkstoffen für strukturelle Zwecke sorgen üblicherweise Verstärkungselemente für die notwendigen mechanischen Eigenschaften des Materials (Festigkeit, Steifigkeit usw.), und die Matrix (oder das Bindemittel) sorgt dafür zusammenarbeiten Verstärkungselemente und Schutz vor mechanischer Beschädigung und aggressiven chemischen Umgebungen.

Das mechanische Verhalten der Zusammensetzung wird durch die Beziehung zwischen den Eigenschaften der Verstärkungselemente und der Matrix sowie der Stärke der Bindung zwischen ihnen bestimmt. Die Effizienz und Leistung des Materials hängt von der richtigen Auswahl der Originalkomponenten und der Technologie ihrer Kombination ab, die eine starke Verbindung zwischen den Komponenten unter Beibehaltung ihrer ursprünglichen Eigenschaften gewährleisten soll.

Durch die Kombination von Verstärkungselementen und der Matrix entsteht ein Eigenschaftskomplex der Zusammensetzung, der nicht nur die ursprünglichen Eigenschaften seiner Bestandteile widerspiegelt, sondern auch Eigenschaften umfasst, die die isolierten Bestandteile nicht besitzen. Insbesondere das Vorhandensein von Grenzflächen zwischen den Verstärkungselementen und der Matrix erhöht die Rissbeständigkeit des Materials deutlich, und in Zusammensetzungen führt eine Erhöhung der statischen Festigkeit im Gegensatz zu homogenen Metallen nicht zu einer Abnahme, sondern in der Regel zu eine Erhöhung der Bruchzähigkeitseigenschaften.

Zur Herstellung der Zusammensetzung werden verschiedene verstärkende Füllstoffe und Matrizen verwendet. Das sind Getinax und Textolite ( Laminate aus Papier oder Stoff, mit duroplastischem Kleber verklebt), Glas und Graphitkunststoff (Gewebe oder gewickelte Fasern aus Glas oder Graphit, imprägniert). Epoxidklebstoffe), Sperrholz... Es gibt Materialien, bei denen dünne Fasern aus hochfesten Legierungen mit Aluminiummasse gefüllt sind. Bulat ist einer der ältesten Verbundwerkstoffe. Darin werden dünne Schichten (manchmal Fäden) aus kohlenstoffreichem Stahl mit weichem kohlenstoffarmen Eisen „zusammengeklebt“.

IN in letzter Zeit Materialwissenschaftler experimentieren mit dem Ziel, Materialien zu schaffen, die bequemer herzustellen und damit kostengünstiger sind. Es werden selbstwachsende kristalline Strukturen untersucht, die zu einer einzigen Masse verklebt sind Polymerkleber(Zemente mit Zusätzen wasserlöslicher Klebstoffe), thermoplastische Zusammensetzungen mit kurzen Verstärkungsfasern usw.

Klassifizierung von Verbundwerkstoffen

Verbundwerkstoffe werden üblicherweise nach der Art des verstärkenden Füllstoffs klassifiziert:

• faserig (verstärkende Komponente – faserige Strukturen);
• geschichtet;
• gefüllte Kunststoffe (Verstärkungskomponente - Partikel)
  • Masse (homogen),
  • Skelett (ursprüngliche Strukturen, die mit einem Bindemittel gefüllt sind).

Vorteile von Verbundwerkstoffen

Der Hauptvorteil von CM besteht darin, dass Material und Struktur gleichzeitig erzeugt werden. Eine Ausnahme bilden Prepregs, bei denen es sich um Halbzeuge zur Herstellung von Strukturen handelt. Es lohnt sich sofort festzulegen, dass CMs für die Erfüllung dieser Aufgaben geschaffen werden und dementsprechend nicht alle möglichen Vorteile enthalten können. Beim Entwerfen eines neuen Verbundwerkstoffs steht es dem Ingenieur jedoch frei, ihm Eigenschaften zu verleihen, die den Eigenschaften herkömmlicher Materialien bei der Erfüllung von a deutlich überlegen sind In einem bestimmten Mechanismus erfüllen sie zwar einen bestimmten Zweck, sind ihnen aber in allen anderen Aspekten unterlegen. Dies bedeutet, dass CM nicht in allem besser sein kann als herkömmliche Materialien, d. h. für jedes Produkt führt der Ingenieur alle notwendigen Berechnungen durch und wählt erst dann das Optimum zwischen den Materialien für die Produktion aus.

• hohe spezifische Festigkeit (Festigkeit 3500 MPa)
• hohe Steifigkeit (E-Modul 130…140 – 240 GPa)
• hohe Verschleißfestigkeit
• hohe Dauerfestigkeit
• Aus CM lassen sich formstabile Strukturen herstellen
• Leichtigkeit

Darüber hinaus, verschiedene Klassen Verbundwerkstoffe können einen oder mehrere Vorteile haben. Einige Vorteile können nicht gleichzeitig erreicht werden.

Nachteile von Verbundwerkstoffen

Verbundwerkstoffe haben genug große Zahl Nachteile, die ihre Verbreitung behindern.

Hohe Kosten

Die hohen Kosten von CM sind auf die hohe Wissensintensität der Produktion, die Notwendigkeit, spezielle teure Geräte und Rohstoffe zu verwenden, zurückzuführen und daher entwickelt Industrielle Produktion und die wissenschaftliche Basis des Landes.

Anisotropie der Eigenschaften

Geringe Schlagfestigkeit

Hohes spezifisches Volumen

Hygroskopizität

CM kann auch andere Flüssigkeiten mit hoher Penetrationsfähigkeit absorbieren, beispielsweise Flugkerosin.

Toxizität

Während des Betriebs können CMs häufig giftige Dämpfe abgeben. Wenn Produkte aus CM hergestellt werden, befindet sich dieses in unmittelbare Nähe vom Menschen stammen (der Verbundrumpf des Boeing 787 Dreamliner kann als solches Beispiel dienen), dann sind zur Genehmigung der bei der Herstellung von CM verwendeten Materialien zusätzliche Untersuchungen zu den Auswirkungen von CM-Komponenten auf den Menschen erforderlich.

Geringe betriebliche Effizienz

Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch eine geringe Herstellbarkeit, geringe Wartbarkeit und hohe Betriebskosten aus. Dies ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, spezielle arbeitsintensive Methoden anzuwenden. Spezialwerkzeuge zur Modifikation und Reparatur von Objekten von CM. Objekte aus CM unterliegen oft überhaupt keiner Änderung oder Reparatur.

Anwendungen

Konsumgüter

Merkmal

Die Technologie dient zur Bildung zusätzlicher Schutzschichten auf Oberflächen in Stahl-Gummi-Reibpaarungen. Der Einsatz von Technologie ermöglicht es, die Einschaltdauer von Dichtungen und Wellen von Industrieanlagen, die in Gewässern betrieben werden, zu erhöhen.

Verbundwerkstoffe bestehen aus mehreren funktionellen ausgezeichnete Materialien. Die Basis anorganische Materialien besteht aus mit verschiedenen Zusätzen modifizierten Magnesium-, Eisen- und Aluminiumsilikaten. Phasenübergänge in diesen Materialien treten bei relativ hohen lokalen Belastungen auf, nahe der Endfestigkeit des Metalls. Dabei bildet sich im Bereich hoher lokaler Belastungen eine hochfeste Metallkeramikschicht auf der Oberfläche, wodurch es möglich ist, die Struktur der Metalloberfläche zu verändern.

• Rüstungen für militärische Ausrüstung

Literatur

• Vasiliev V.V. Mechanik von Strukturen aus Verbundwerkstoffen. - M.: Maschinenbau, 1988. - 272 S.
• Karpinos D. M. Verbundwerkstoffe. Verzeichnis. - Kiew, Naukova Duma

Siehe auch

Notizen

Links

Wikimedia-Stiftung.

2010.

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Verbundmaterial“ ist: VERBUNDMATERIAL Eine Zusammensetzung, die durch die Kombination von zwei oder mehr anderen Materialien wie Beton, Glasfaser oder Sperrholz entsteht. Typischerweise weist ein Verbundwerkstoff bessere Eigenschaften auf als diejenigen, aus denen er hergestellt ist.

Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch Verbundwerkstoff - Verbundstoff Ein Material mit heterogener Struktur, bestehend aus mehreren homogenen Materialien (Komponenten). [PB 03 576 03] Weitere Informationen im Internet: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2085.html Themen: Polymer und andere Materialien Synonyme... ...

Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch- 3.3 Verbundmaterial: Ein Material, das aktives Gummipulver als Basis sowie gezielte und funktionelle Zusätze enthält und zur Modifikation bestimmt ist Asphaltbetonmischungen. Quelle … Wörterbuch-Nachschlagewerk mit Begriffen der normativen und technischen Dokumentation

Verbundmaterial Verbundmaterial. Kombinationen aus zwei oder mehr Materialien (Verstärkungselemente, Füllstoffe und Verbundmatrix-Binder), die sich in Form, Zusammensetzung und Größe unterscheiden. Die Bestandteile behalten ihre... ... Wörterbuch der metallurgischen Begriffe

Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch- kompozitas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. zusammengesetzt; Verbundwerkstoff vok. Verbundstoff, m rus. zusammengesetzt, m; Verbundwerkstoff, m pranc. zusammengesetzt, f; Materialverbund, m… Radioelektronikos terminų žodynas

Heutzutage legen Bauherren großen Wert auf Verbundplatten. Diese sind fortgeschritten moderne Materialien ermöglichen es Ihnen, seltene Dinge zu erschaffen architektonischer Stil Neubau. Verwenden Verbundplatten für Fassaden, die gedient haben lange Zeit. Aufgrund ihrer Verwendung ist die Aussehen Gebäude

Aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit können sie in heißen und kalten Regionen eingesetzt werden unterschiedliche Temperaturen. Die Verkleidung von Fassaden mit diesem Material führt zur Schaffung eines günstigen Mikroklimas im Inneren von Gebäuden und senkt zudem die Kosten für die Klimatisierung Sommerzeit Jahr und Heizung im Winter.

Woraus bestehen die Paneele?

Aluminiumverbundplatten sind Produkte, die aus zwei lackierten Aluminiumblechen bestehen. Die Struktur dieses Materials ist wie folgt:

• Schutzbeschichtung mit Korrosionsschutzeigenschaften;
• eine Schicht auf Basis einer Grundierung;
• hochfestes Aluminiumblech;
• feuerfester mineralischer oder polymerer Füllstoff, es kann sich um Polyethylen, Polyurethan, Polypropylen, Polystyrol handeln;
• eine weitere Schicht aus hochfestem Aluminium;
• Grundierung;
• Lackschicht;
• Schutzfolie.

Jede Platte ist für zusätzliche Haltbarkeit beschichtet. besondere Zusammensetzung. Alle Schichten werden durch eine spezielle Technologie miteinander verbunden, wodurch das Produkt eine hohe Delaminierungsbeständigkeit erhält. Je nach Verwendungszweck kann das Produkt zusätzlich zur Lackierung beidseitig oder einseitig mit einer Rostschutzlackierung versehen werden, wodurch die Aluminium-Verbundplatte ihre Verschleißfestigkeit erhöht. Verfügbar fertige Produkte Endlosband. Viel Abwechslung haben Gesamtabmessungen sehr praktisch für Verbraucher.

Die Verbundplatte wird durch Biegen von Aluminiumblechen hergestellt.

Es ist wünschenswert, dass der Krümmungsradius der kleinste ist. Wenn er mit der Dicke der Platte übereinstimmt, erfüllt das Produkt alle Anforderungen Regulierungsstandards. Während des Produktionsprozesses erhält das Material präzise Flächeneigenschaften, während die Schutz- und Oberflächenlackschichten gleichmäßig aufgetragen werden.

Die Oberfläche von Aluminium-Verbundplatten für Fassaden kann Folgendes nachahmen:

• Holz;
• Gips;
• Ziegel;
• Naturstein.

Auf dem Baumarkt gibt es Aluminium-Verbundplatten mit der Wirkung eines Edelmetalls, was durch das Galvanisierungsverfahren möglich wird.

Eigenschaften von Montageprofilen

Alle Montageprofile sind in 3 Typen unterteilt:

• offenes Andocken;
• Gelenk mit Dichtung;
• Verwendung einer Feuchtigkeitssperre.

Um eine Fassade aus Verbundplatten steifer zu machen, werden sie häufig verwendet zusätzliche Elemente. Die Eigenschaften dieses Produkts werden durch den Füllstoff beeinflusst, der unter der Mittelschicht liegt. Zu Beginn der Produktion eines solchen Produkts verwendeten die Hersteller Polymermaterial als Füllstoff - geschäumtes Polyethylen.

Aluminiumverbundstoff hat:

• geringes Gewicht;
• gute Duktilität;
• gute Schalldämmeigenschaften.

Aber dieser Art Der Hauptnachteil besteht darin, dass Polyethylen brennt, den Verbrennungsprozess unterstützt, schmilzt und schädlichen Rauch abgibt. Aluminiumbleche mit mineralischem Füllstoff weisen solche Nachteile nicht auf. Dieses geschäumte Polyethylen enthält eine erhebliche Menge an Flammschutzmitteln. Dank dieser Mineralstoffzusätze ist sein physikalische Eigenschaften. In diesem Fall entzündet sich der Füllstoff an einer offenen Flamme, aber wenn keine Feuerquelle vorhanden ist, erlischt er sofort und außerdem:

• gibt keinen giftigen Rauch ab;
• fließt nicht.

Hersteller aus China und Europa produzieren technologische Innovationen – Füllstoffe der Klassen A und A2. Aluminiumhydroxid ist ihr Grundbestandteil. Diese zusammengesetzten Fassadenplatten gelten als nicht brennbar. Sie können 2-4 Stunden standhalten offenes Feuer. Diese positive Eigenschaft trägt jedoch dazu bei fertige Ware Es ist schwierig, runde oder andere unregelmäßige Formen herzustellen. Die Sache ist, dass es ihnen an Plastizität mangelt. Aluminiumverbundplatten sind teuer.

Sie werden an Bauwerken und Gebäuden mit höchsten Brandschutzanforderungen eingesetzt.

Verbundaluminium mit Wabenstruktur ist eine eigene Produktklasse. In ihnen zwischen zwei Bleche Es gibt ein Netzwerk dünner Aluminiumbrücken der Zeichnungen:

• Mobiltelefon;
• Netz;
• linear.

Sie unterscheiden sich:

• Biegefestigkeit;
• geringes Gewicht;
• teuer.

Dieser Typ verfügt nicht über eine ausreichende Fähigkeit, Geräusche und Vibrationen zu absorbieren. Aus mechanische Einwirkung sie drängen durch.

Hauptvorteile

Verbundmaterial ist erhältlich in verschiedene Farben. Die Produkte sind sowohl in Volltonfarben als auch in solchen erhältlich, die die Textur natürlicher Materialien nachahmen:

• Holz;
• Marmor;
• Granit

Die Vorderseite hält durch das Auftragen lange Lackbeschichtung. Für andere positive Eigenschaften bezieht sich auf die Einfachheit verschiedener Verarbeitungsprozesse. Beispielsweise können durch Fräsen technische Löcher in die Oberfläche von Aluminium-Fassadenplatten eingebracht werden. Die einfache Verarbeitung erhöht den Einsatzbereich um ein Vielfaches. Das Design des Materials ermöglicht es, es in jede beliebige Form zu bringen, zu biegen und zu schneiden.

Das Ergebnis ist die Möglichkeit, nicht standardmäßige Gebäude wie Kuppeln, Bögen und Pyramiden fertigzustellen.

Hinterlüftete Fassaden aus Verbundaluminiumplatten können schwächer werden elektromagnetische Strahlung. Zu den weiteren positiven Eigenschaften gehört die Fähigkeit, Wände vor Wind und Feuchtigkeit zu schützen. Ein kleines Gewicht kann ein Gebäude nicht belasten. Bei der Verkleidung mit einem Verbundwerkstoff bleibt das Erscheinungsbild der Wände lange im Originalzustand, da eine solche Beschichtung witterungs- und beständig ist chemische Einflüsse. Aufgrund der glatten Oberfläche sammeln sich kein Staub und Schmutz darauf an. Vorhangfassade Es ist sehr rentabel, Verbundmaterialien auf Hochhäusern zu installieren, da in diesem Fall die Oberfläche die Fähigkeit zur Selbstreinigung besitzt.

Die Verkleidung mit Verbundplatten erfolgt in kurzfristig. Sie verleihen dem Gebäude ein stilvolles, modernes Aussehen und verleihen ihm bedeutende ästhetische Eigenschaften.

Verbundwerkstoffe verringern den Wärmeverlust, sind umweltfreundlich und können keinen Strom speichern. Sie können lange widerstehen äußerer Einfluss. Dieses Material ist sehr stoßfest ultraviolette Strahlen. Der Verbundwerkstoff reagiert nahezu überhaupt nicht auf aggressive Umgebungen.

Fassadenverkleidung von Gebäuden schädliche Produktion Diese Art von Komposit wird empfohlen.

Allerdings muss man bedenken, dass das Material auch Nachteile hat. Das Produkt ist also nicht wärmeisolierend. Dabei ist die geringe Reparaturtauglichkeit zu berücksichtigen. Wenn die Verkleidung aus Verbundplatten beschädigt ist, ist eine Reparatur nur schwer möglich. Wenn ein Austausch der Kassetten erforderlich ist, müssen auch die in der Nähe befindlichen Kassetten ausgetauscht werden. Bei einem minderwertigen Verbundmaterial kann es zur Delaminierung der Platte kommen und es kommt zur Blasenbildung an der Fassade.

Einsatzgebiete von Aluminiumplatten

Heutzutage erfreuen sich hinterlüftete Fassaden aus Verbundplatten großer Beliebtheit. Der Außenbereich von Bauwerken aller Art ist das häufigste Anwendungsgebiet. Die Verbundfassade besteht aus mehrschichtigen Aluminiumplatten, die zur Außenverkleidung von Gebäuden verwendet werden.

Eine mit Verbundwerkstoff veredelte hinterlüftete Fassade erhält ein einzigartiges modernes Erscheinungsbild. Wenn Sie zusätzlich über eine Dämmung verfügen, können Sie deutliche Einsparungen erzielen elektrische Energie ohne dass zusätzliche Kosten für die Verstärkung des Fundaments und der tragenden Wände anfallen.

Die Installation von hinterlüfteten Fassaden ist einfach, da Paneele an Wänden aus montiert werden können anderes Material. Gleichzeitig müssen Sie sie nicht im Voraus vorbereiten, was bedeutet, dass Sie viel sparen können Kasse. Mit einer leichten, leichten hinterlüfteten Fassade aus Verbundwerkstoffen können Sie die Idee jedes Designers in die Realität umsetzen.

Dieses Material findet sich häufig im Innenbereich öffentlicher Institutionen in:

• Einkaufszentren;
• Krankenhäuser;
• Kliniken;
• Flughäfen;
• Bahnhöfe;
• Autosalons;
• Schulen.

Das sind die Orte, die Sie brauchen langlebiges Material, in der Lage, längerem Gebrauch in unverändertem Zustand standzuhalten. Neben hinterlüfteten Fassaden wird der Verbund auch an anderen Orten eingesetzt. Es wird häufig bei der Restaurierung von Gebäuden, beim Bau ungewöhnlicher Strukturen für die Außenwerbung und beim Bau leichter temporärer Gebäude eingesetzt. Aluminium-Verbundplatten werden häufig beim Bau verschiedener dekorativer Gesimse, Bänder, abgehängter Außendecken und bei der Verkleidung von Säulen verwendet.

Mit Verbundfassaden können Sie einen modernen Architekturstil schaffen. Und das alles wurde möglich durch das geringe Gewicht, die einfache Verarbeitung, erhöhte Flexibilität und eine Vielzahl von Farben.

Verbundmaterialien sind Materialien, die aus zwei oder mehr Komponenten bestehen, die sich in ihrer Natur oder chemischen Zusammensetzung unterscheiden, wobei die Komponenten zu einer einzigen monolithischen Struktur mit einer Grenzfläche zwischen den Komponenten kombiniert werden, deren optimale Kombination es ermöglicht, einen Komplex aus physikalisch-chemischen und physikalischen Eigenschaften zu erhalten mechanische Eigenschaften, unterschiedlich vom Eigenschaftskomplex der Komponenten.

Im weitesten Sinne umfasst der Begriff „Verbundmaterial“ jedes Material mit einer heterogenen Struktur, d. h. Struktur bestehend aus zwei oder mehr Phasen.

Der erste Schöpfer von Verbundwerkstoffen war die Natur selbst. Viele natürliche Strukturen (Baumstämme, Tierknochen, menschliche Zähne usw.) weisen eine charakteristische Faserstruktur auf. Es besteht aus einer relativ plastischen Matrixsubstanz und härteren und haltbareren Stoffen in Form von Fasern. Zum Beispiel: Holz ist eine Zusammensetzung, die aus Bündeln hochfester Zellulosefasern mit röhrenförmiger Struktur besteht, die durch eine Matrix aus organischem Material (Lignin) miteinander verbunden sind, was dem Holz seitliche Steifigkeit verleiht.

Beispiele für Verbundmaterialien können natürliche Formationen wie Mineralien sein. Jade – besteht aus dicht gepackten nadelförmigen Kristallen, die an Grenzflächen miteinander verbunden sind. Diese Struktur sorgt für die hohe Viskosität der Jade und wurde daher von verschiedenen Stämmen als Material für die Herstellung von Äxten verwendet.

Allgemeine Merkmale Verbundwerkstoffe

Und ihre Klassifizierung

Die Aufmerksamkeit für Verbundwerkstoffe hat in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen. Dies wird durch die Tatsache erklärt, dass die Möglichkeit besteht, die mechanischen Eigenschaften traditioneller zu verbessern Baumaterialien weitgehend erschöpft.

Verbundwerkstoffe sind allen bekannten Strukturlegierungen hinsichtlich spezifischer Festigkeit und Steifigkeit, Festigkeit bei hohen Temperaturen, Beständigkeit gegen Ermüdungsbruch und anderen Eigenschaften deutlich überlegen. Das Niveau eines bestimmten Eigenschaftssatzes wird im Voraus entworfen und während des Herstellungsprozesses des Materials umgesetzt.

Reis. 20.1. Spezifische Festigkeit und Steifigkeit von Stahl, Titan, Aluminiumlegierungen und Verbundwerkstoffen (KAS-1, VKA-1B).

Die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen hängen hauptsächlich davon ab physikalische und mechanische Eigenschaften Komponenten und die Stärke der Verbindung zwischen ihnen. Besonderheit Der Vorteil dieser Materialien besteht darin, dass sie die Vorteile der Komponenten und nicht deren Nachteile aufweisen. Gleichzeitig weisen Verbundwerkstoffe Eigenschaften auf, die die einzelnen Bestandteile, aus denen sie bestehen, nicht besitzen. Um die Eigenschaften der Zusammensetzung zu optimieren, werden Komponenten mit stark unterschiedlichen, aber komplementären Eigenschaften ausgewählt.

Entsprechend seiner Zusammensetzung Verbundwerkstoffe bestehen aus einer Basis (Matrix) und einem Füllstoff (Verstärker, Verstärkungskomponente).

Die Basis (Matrix) von Verbundwerkstoffen sind Metalle oder Legierungen, Polymere, Kohlenstoff und keramische Werkstoffe.

Die Matrix bindet die Zusammensetzung und verleiht ihr Form. Die Eigenschaften der Matrix hängen weitgehend davon ab technologische Modi Beschaffung von Verbundwerkstoffen usw. wichtig Leistungsmerkmale wie zum Beispiel: Betriebstemperatur, Ermüdungsbeständigkeit, Dichte und spezifische Festigkeit.

Es wurden Verbundwerkstoffe mit kombinierten Matrizen erstellt, die aus abwechselnden Schichten (zwei oder mehr) verschiedener Schichten bestehen chemische Zusammensetzung. Solche Materialien werden Polymatrix genannt. Polymatrix-Materialien zeichnen sich durch eine umfangreichere Liste nützlicher Eigenschaften aus. Beispielsweise erhöht die Verwendung von Titan als Matrix zusammen mit Aluminium die Festigkeit von Verbundwerkstoffen in Richtung senkrecht zur Faserachse. Aluminiumschichten in der Matrix tragen dazu bei, die Dichte des Materials zu reduzieren.

Eine weitere Komponente, Verstärkungs- oder Verstärkungskomponente, manchmal auch Füllstoff genannt, ist gleichmäßig in der Matrix verteilt. Der Begriff „Verstärken“ bedeutet „in ein Material eingebracht, um Eigenschaften zu verändern“, beinhaltet aber nicht den eindeutigen Begriff „Verstärken“.

Verstärkungskomponenten müssen eine hohe Festigkeit, Härte und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen. In diesen Eigenschaften sind sie der Matrix deutlich überlegen.

Die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen hängen auch von der Form bzw. Geometrie, Größe, Menge und Art der Verteilung des Füllstoffs (Verstärkungsmuster) ab.

Aufgrund ihrer Form werden Füllstoffe in drei Hauptgruppen eingeteilt:

1. Nulldimensionale Füllstoffe mit sehr kleinen Größen derselben Größenordnung in drei Dimensionen (Partikel);

2. Eindimensionale Füllstoffe sind in zwei Dimensionen klein und in der dritten Dimension (Fasern) deutlich größer;

3. Zweidimensionale Füllstoffe haben zwei Größen, die der Größe des Verbundmaterials entsprechen und die dritte (Platten, Gewebe) deutlich übertreffen.

Die fadenförmige Form der Verstärkungselemente wirkt sowohl positiv als auch negative Aspekte. Ihr Vorteil ist die hohe Festigkeit und die Möglichkeit, eine Verstärkung nur in der Richtung zu erzeugen, in der dies strukturell erforderlich ist. Der Nachteil dieser Form besteht darin, dass die Fasern die Last nur in Richtung ihrer Achse übertragen können, während es in senkrechter Richtung zu keiner Verstärkung kommt und es in manchen Fällen sogar zu einer Erweichung kommen kann.

Als Verstärkung verwendete Füllstoffe müssen vorhanden sein folgende Eigenschaften: hohe Temperatur Schmelzen, niedrige Dichte, hohe Festigkeit über den gesamten Betriebstemperaturbereich, Verarbeitbarkeit, minimale Löslichkeit in der Matrix, hoch chemische Beständigkeit, Mangel an Toxizität während der Produktion und des Betriebs.

Verbundwerkstoffe, die zwei oder mehr unterschiedliche Füllstoffe enthalten, werden als polyverstärkt bezeichnet.

Bestehen Verbundwerkstoffe aus drei oder mehr Komponenten, spricht man von Hybrid.

Verbundwerkstoffe werden nach mehreren Hauptmerkmalen klassifiziert:

a) Material der Matrix und Verstärkungskomponenten;

b) Struktur: Geometrie und Anordnung der Komponenten;

c) Art der Beschaffung;

d) Anwendungsbereiche.

Betrachten wir einige Klassifizierungsmerkmale von Verbundwerkstoffen.

Ein Verbundwerkstoff ist ein kontinuierliches inhomogenes Material, das aus mehreren Komponenten mit unterschiedlichen physikalischen und physikalischen Eigenschaften künstlich hergestellt wurde chemische Eigenschaften. Die mechanischen Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs werden durch das Verhältnis der Eigenschaften von Matrix und Verstärkungselementen sowie der Festigkeit ihrer Verbindung bestimmt, die gewährleistet ist, wenn die richtige Wahl treffen Ausgangskomponenten und die Art ihrer Kombination.

Das primitivste Verbundmaterial sind Ziegel aus Stroh und Ton, die von den alten Ägyptern verwendet wurden.

Am häufigsten bezieht sich ein Verbundwerkstoff auf Materialien, die auf Harz- oder Polymermatrizen basieren. Zur Herstellung von Verbundwerkstoffen werden Phenol-, Epoxid-, Vinylester-, Polyester- und Polypropylenpolymere verwendet. Verstärkungsstoffe bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen sind Schüttstoffe und Fasern. Die Festigkeit des Materials hängt von der Harzmenge ab – je weniger, desto stärker ist es. Um heute ideale Proportionen aller Komponenten in einem Verbundwerkstoff zu erreichen, wird die Formtechnologie ständig verbessert.

Verfahren zum Formen von Verbundwerkstoffen

Während des Formprozesses verbindet sich die Matrix des Verbundwerkstoffs mit seiner verstärkenden Substanz, wodurch ein bestimmtes Produkt hergestellt werden kann. Während des Formprozesses passieren duroplastische Polymermatrizen chemische Reaktion Aushärten. Thermoplastische Polymermatrizen werden während des Formprozesses geschmolzen und in einer bestimmten Form verfestigt. Dieser Prozess findet in der Regel statt Raumtemperatur und Normaldruck.

Der heute gebräuchlichste Verbundwerkstoff ist Zement mit Metallbeschläge oder Asphaltbeton.

Es gibt auch das Kontaktformen (manuelles Formen), das eine Reihe schwerwiegender Nachteile mit sich bringt. Das durch diese Methode hergestellte Produkt enthält eine erhöhte Menge an Harz, was es zerbrechlicher macht. Darüber hinaus ist es schwierig, das ideale Verhältnis von Matrix und Verstärkungsstoff zu erreichen und die Dicke des Produkts beizubehalten und gleichzeitig interne Luftkanäle zu vermeiden.

Beim Vakuumformungsprozess wird ein offenes Werkzeug verwendet, in das die Verbundkomponenten eingelegt und mit einer Silikonmembran abgedeckt werden Polymerfolie. Dann auf Ausrüstung in Bedingungen atmosphärischer Druck und erhöhter Temperatur wird ein Vakuum angelegt.

In der Geschichte der Technologieentwicklung lassen sich zwei wichtige Richtungen unterscheiden:

• Entwicklung von Werkzeugen, Strukturen, Mechanismen und Maschinen,
• Materialentwicklung.

Es ist schwer zu sagen, welche davon wichtiger ist, denn... Sie sind recht eng miteinander verbunden, aber ohne die Entwicklung von Materialien ist technischer Fortschritt grundsätzlich nicht möglich. Es ist kein Zufall, dass Historiker die frühen Zivilisationsepochen in einteilen Steinzeit, Bronzezeit und Eisenzeit.

Das aktuelle 21. Jahrhundert kann bereits dem Jahrhundert der Verbundwerkstoffe (Composites) zugeschrieben werden.

Das Konzept der Verbundwerkstoffe entstand Mitte des letzten 20. Jahrhunderts. Dabei handelt es sich bei Verbundwerkstoffen überhaupt nicht um ein neues Phänomen, sondern lediglich um einen von Materialwissenschaftlern neu formulierten Begriff besseres Verständnis die Entstehung moderner Baumaterialien.

Verbundwerkstoffe sind seit Jahrhunderten bekannt. In Babylon zum Beispiel nutzte man beim Bau von Häusern Schilfrohr, um Lehm zu verstärken, und die alten Ägypter fügten gehäckseltes Stroh hinzu Lehmziegel. IN Antikes Griechenland Beim Bau von Palästen und Tempeln wurden Marmorsäulen mit Eisenstangen verstärkt. In den Jahren 1555-1560 verwendeten die russischen Architekten Barma und Postnik beim Bau der Basilius-Kathedrale in Moskau Bewehrungen Eisenstreifen Steinplatten. Als direkte Vorläufer moderner Verbundwerkstoffe können Stahlbeton und Damaststahl bezeichnet werden.

Es gibt natürliche Analoga von Verbundwerkstoffen – Holz, Knochen, Muscheln usw. Viele Arten natürlicher Mineralien sind eigentlich Verbundstoffe. Sie sind nicht nur langlebig, sondern verfügen auch über hervorragende dekorative Eigenschaften.

Verbundwerkstoffe- Mehrkomponentenmaterialien, bestehend aus einer Kunststoffbasis – einer Matrix und Füllstoffen, die eine verstärkende und andere Rolle spielen. Zwischen den Phasen (Komponenten) des Verbundwerkstoffs besteht eine Phasengrenze.

Durch die Kombination unterschiedlicher Stoffe entsteht ein neues Material, dessen Eigenschaften sich deutlich von den Eigenschaften der einzelnen Bestandteile unterscheiden. Diese. Ein Zeichen für ein Verbundmaterial ist auffällig gegenseitige Beeinflussung konstituierende Elemente zusammengesetzt, d.h. ihre neue Qualität, Wirkung.

Durch Variation der Zusammensetzung von Matrix und Füllstoff, deren Verhältnis, Einsatz spezieller Zusatzreagenzien etc. entsteht ein breites Spektrum an Materialien mit den geforderten Eigenschaften.

Tolles Preis-Leistungs-Verhältnis die Anordnung der Elemente des Verbundwerkstoffs, sowohl in den Richtungen der einwirkenden Lasten als auch im Verhältnis zueinander, d. h. Ordentlichkeit. Hochfeste Verbundwerkstoffe weisen in der Regel eine hochgeordnete Struktur auf.

Ein einfaches Beispiel. Hand voll Sägemehl in einen Eimer geworfen Zementmörtel wird seine Eigenschaften in keiner Weise beeinträchtigen. Wenn die Hälfte der Lösung durch Sägemehl ersetzt wird, ändern sich die Dichte des Materials, seine thermophysikalischen Konstanten, die Produktionskosten und andere Indikatoren erheblich. Aber eine Handvoll Polypropylenfasern machen Beton schlagfest und verschleißfest, und ein halber Eimer Fasern verleiht ihm Elastizität, die für mineralische Werkstoffe überhaupt nicht charakteristisch ist.

Derzeit ist es im Bereich der Verbundwerkstoffe (Composites) üblich, eine Vielzahl von Materialien einzubeziehen künstliche Materialien, entwickelt und umgesetzt in verschiedenen Bereichen der Technik und Industrie, Treffen Allgemeine Grundsätze Herstellung von Verbundwerkstoffen

Warum wächst gerade jetzt das Interesse an Verbundwerkstoffen? Weil traditionelle Materialien nicht mehr immer oder nicht vollständig den Anforderungen der modernen Ingenieurpraxis gerecht werden.

Matrizen in Verbundwerkstoffen sind Metalle, Polymere, Zemente und Keramiken.

Als Füllstoffe kommen verschiedenste künstliche und natürliche Stoffe in unterschiedlicher Form zum Einsatz (großformatig, blattförmig, faserförmig, dispergiert, feindispers, mikrodispers, Nanopartikel).

• Polymatrix, wenn mehrere Matrizen in einem Verbundmaterial kombiniert werden,
• Hybrid, darunter mehrere verschiedene Füllstoffe, von denen jedes seine eigene Rolle hat.

Der Füllstoff bestimmt in der Regel die Festigkeit, Steifigkeit und Verformbarkeit des Verbundwerkstoffs und die Matrix sorgt für dessen Festigkeit, Spannungsübertragung und Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen äußeren Einflüssen.

Einen besonderen Platz nehmen dekorative Verbundwerkstoffe mit ausgeprägten dekorativen Eigenschaften ein.

Es werden Verbundwerkstoffe mit besonderen Eigenschaften entwickelt, zum Beispiel strahlentransparente Materialien und strahlenabsorbierende Materialien, Materialien zum thermischen Schutz der Umlaufbahn Raumfahrzeug, Materialien mit einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einem hohen spezifischen Elastizitätsmodul und andere.

Verbundwerkstoffe werden in allen Bereichen der Wissenschaft, Technik, Industrie, inkl. im Wohnungs-, Industrie- und Sonderbau, allgemeiner und spezieller Maschinenbau, Metallurgie, chemische Industrie, Energie, Elektronik, Haushaltsgeräte, Bekleidungs- und Schuhproduktion, Medizin, Sport, Kunst usw.

Struktur von Verbundwerkstoffen.

Aufgrund ihrer mechanischen Struktur werden Verbundwerkstoffe in mehrere Hauptklassen eingeteilt: faserige, schichtförmige, durch Dispersion verstärkte, partikelverstärkte und Nanokomposite.

Faserverbundwerkstoffe werden mit Fasern oder Whiskern verstärkt. Bereits ein geringer Füllstoffanteil in derartigen Verbundwerkstoffen führt zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs. Die Eigenschaften des Materials können auch durch Änderung der Ausrichtung, Größe und Konzentration der Fasern stark variiert werden.

Bei laminierten Verbundwerkstoffen sind Matrix und Füllstoff schichtweise angeordnet, beispielsweise bei Triplex, Sperrholz, laminierten Holzkonstruktionen und laminierten Kunststoffen.

Die Mikrostruktur anderer Klassen von Verbundwerkstoffen zeichnet sich dadurch aus, dass die Matrix mit Partikeln eines Verstärkungsstoffs gefüllt ist und diese sich in der Partikelgröße unterscheiden. Bei partikelverstärkten Verbundwerkstoffen ist ihre Größe größer als 1 Mikrometer und der Gehalt beträgt 20–25 % (Volumen), während Dispersionsverstärkte Verbundwerkstoffe 1 bis 15 % (Volumen) an Partikeln mit einer Größe von 0,01 bis 100 mm enthalten 0,1 µm. Die in Nanokompositen enthaltenen Partikelgrößen sind sogar noch kleiner und betragen 10-100 nm.

Einige gängige Verbundwerkstoffe

Beton- die gebräuchlichsten Verbundwerkstoffe. Derzeit wird eine große Auswahl an Betonen hergestellt, die sich in Zusammensetzung und Eigenschaften unterscheiden. Moderne Betone werden sowohl auf traditionellen Zementmatrizen als auch auf Polymermatrizen (Epoxidharz, Polyester, Phenol-Formaldehyd, Acryl usw.) hergestellt. Moderne Hochleistungsbetone kommen in ihrer Festigkeit den Metallen nahe. Dekorativer Beton wird immer beliebter.

Organoplastik- Verbundwerkstoffe, bei denen es sich bei den Füllstoffen um organische, synthetische und seltener natürliche und künstliche Fasern in Form von Kabeln, Fäden, Stoffen, Papier usw. handelt. Bei duroplastischen Organoplasten besteht die Matrix meist aus Epoxid-, Polyester- und Phenolharzen sowie Polyimiden. Organokunststoffe haben eine geringe Dichte, sind leichter als Glas- und Kohlenstoffkunststoffe und relativ schwer hohe Festigkeit wenn gedehnt; hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und dynamische Belastungen, aber gleichzeitig geringe Druck- und Biegefestigkeit. Zu den häufigsten Organokunststoffen zählen Holzverbundwerkstoffe. Gemessen an den Produktionsmengen übertreffen Organokunststoffe Stahl, Aluminium und Kunststoffe.

IN ausländische Literatur In letzter Zeit sind neue Begriffe populär geworden – Biopolymere, Biokunststoffe und dementsprechend Biokomposite.

Holzverbundwerkstoffe. Zu den gebräuchlichsten Holzverbundwerkstoffen gehören Arbolite, Xylolithe, Zementspanplatten, laminierte Holzkonstruktionen, Sperrholz und gebogene laminierte Teile, Holzkunststoffe, Spanplatten und Faserplatten und -balken, Holzpressen und Presspulver sowie thermoplastische Holz-Polymer-Verbundwerkstoffe.

Fiberglas- mit Glasfasern verstärkte Polymerverbundwerkstoffe, die aus geschmolzenem anorganischem Glas geformt werden. Als Matrix werden am häufigsten sowohl duroplastische Kunstharze (Phenolharz, Epoxidharz, Polyester usw.) als auch thermoplastische Polymere (Polyamide, Polyethylen, Polystyrol usw.) verwendet. Glasfaserkunststoffe haben eine hohe Festigkeit, eine geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe elektrische Isoliereigenschaften und sind darüber hinaus für Radiowellen transparent. Ein geschichtetes Material, bei dem aus Glasfasern gewebtes Gewebe als Füllstoff verwendet wird, wird als Glasfaser bezeichnet.

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe- Kohlenstofffasern dienen in diesen Polymerverbundwerkstoffen als Füllstoff. Kohlenstofffasern werden aus synthetischen und natürlichen Fasern auf Basis von Zellulose, Acrylnitril-Copolymeren, Erdöl- und Kohlenteerpechen usw. gewonnen. Die Matrizen in Kohlenstoffkunststoffen können entweder duroplastische oder thermoplastische Polymere sein. Die Hauptvorteile von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen im Vergleich zu Glasfaserkunststoffen sind ihre geringe Dichte und ihr höherer Elastizitätsmodul; kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sind sehr leichte und gleichzeitig langlebige Materialien.

Auf der Basis von Kohlenstofffasern und einer Kohlenstoffmatrix entstehen Kohlenstoff-Graphit-Verbundwerkstoffe – die hitzebeständigsten Verbundwerkstoffe (Kohlenstofffaserkunststoffe), die in inerten oder reduzierenden Umgebungen Temperaturen von bis zu 3000 °C über lange Zeit standhalten können.

Boroplastik- Verbundwerkstoffe, die Borfasern als Füllstoff enthalten, eingebettet in eine duroplastische Polymermatrix, wobei die Fasern entweder in Form von Monofilamenten oder in Form von mit einem Hilfsglasfaden geflochtenen Bündeln oder Bändern vorliegen können, in denen Borfäden miteinander verflochten sind Threads. Der Einsatz von Borkunststoffen ist durch die hohen Herstellungskosten von Borfasern begrenzt, weshalb sie vor allem in der Luft- und Raumfahrttechnik an Teilen eingesetzt werden, die langfristigen Belastungen in aggressiven Umgebungen ausgesetzt sind.

Presspulver (Pressmischungen). Es sind mehr als 10.000 Marken gefüllter Polymere bekannt. Füllstoffe werden verwendet, um die Kosten des Materials zu senken und ihm besondere Eigenschaften zu verleihen. Gefülltes Polymer wurde erstmals von Dr. Baekeland (Leo H. Baekeland, USA) hergestellt, der es zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckte. Methode zur Synthese von Phenolformaldehyd (Bakelit)-Harz. Dieses Harz selbst ist eine zerbrechliche Substanz mit geringer Festigkeit. Baekeland entdeckte, dass die Zugabe von Fasern, insbesondere Holzmehl, zum Harz vor dem Aushärten seine Festigkeit erhöhte. Das von ihm geschaffene Material Bakelit erfreute sich großer Beliebtheit. Die Technologie zu seiner Herstellung ist einfach: Eine Mischung aus teilweise ausgehärtetem Polymer und Füllstoff – Presspulver – härtet unter Druck in einer Form irreversibel aus. Das erste Massenprodukt wurde mit dieser Technologie im Jahr 1916 hergestellt, es war der Schaltknauf eines Rolls-Royce-Autos. Gefüllte duroplastische Polymere werden in den meisten Fällen häufig verwendet verschiedene Bereiche Technologie. Zum Füllen duroplastischer und thermoplastischer Polymere werden verschiedene Füllstoffe verwendet – Holzmehl, Kaolin, Kreide, Talkum, Glimmer, Ruß, Glasfaser, Basaltfasern usw.

Textolithe- laminierte Kunststoffe, verstärkt mit Geweben aus verschiedenen Fasern. Die Technologie zur Herstellung von Textolithen wurde in den 1920er Jahren entwickelt. auf Basis von Phenol-Formaldehyd-Harz. Stoffbahnen werden mit Harz imprägniert und dann bei erhöhten Temperaturen gepresst, um Textolite-Platten oder geformte Produkte herzustellen.

Bei den Bindemitteln in Textolithen handelt es sich um eine breite Palette duroplastischer und thermoplastischer Polymere, teilweise auch um anorganische Bindemittel auf Basis von Silikaten und Phosphaten. Als Füllstoff werden Stoffe aus den unterschiedlichsten Fasern verwendet – Baumwolle, Synthetik, Glas, Kohlenstoff, Asbest, Basalt usw. Dementsprechend vielfältig sind die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten von Textolithen. Verbundwerkstoffe mit. Metallmatrix

Bei der Herstellung metallbasierter Verbundwerkstoffe werden Aluminium, Magnesium, Nickel, Kupfer usw. als Matrix verwendet. Der Füllstoff besteht aus hochfesten Fasern, feuerfesten Partikeln unterschiedlicher Dispersion, fadenförmigen Einkristallen aus Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Bor- und Siliziumcarbiden, Aluminium- und Siliziumnitriden usw. 0,3–15 mm lang und 1–30 Mikrometer im Durchmesser. Die Hauptvorteile von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen im Vergleich zu herkömmlichem (nicht verstärktem) Metall sind: erhöhte Kraft

, erhöhte Steifigkeit, erhöhte Verschleißfestigkeit, erhöhte Kriechfestigkeit. Verbundwerkstoffe auf Keramikbasis. Verstärkung keramische Materialien

Die Verstärkung von Keramik mit dispergierten Metallpartikeln führt zu neuen Materialien (Cermets) mit erhöhter Haltbarkeit, Beständigkeit gegen Temperaturschocks und erhöhter Wärmeleitfähigkeit. Aus Hochtemperatur-Cermets werden Teile für Gasturbinen, Armaturen für Elektroöfen und Teile für die Raketen- und Strahltechnik hergestellt. Zur Herstellung werden verschleißfeste Cermets verwendet Schneidwerkzeuge und Details. Darüber hinaus werden Cermets in speziellen Technologiebereichen eingesetzt – das sind Brennelemente von Kernreaktoren auf Basis von Uranoxid, Reibmaterialien für Bremsvorrichtungen usw.