Was ist Verbundwerkstoff? Verbundwerkstoff Verbundprodukte

Heutzutage legen Bauherren großen Wert auf Verbundplatten. Diese fortschrittlichen modernen Materialien ermöglichen die Herstellung seltener Stücke architektonischer Stil neues Gebäude. 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;
• Schutzfilm.

Jede Platte ist mit einer speziellen Verbindung beschichtet, um eine höhere Festigkeit zu gewährleisten. 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 Endprodukte Endlosband. Viel Abwechslung haben Gesamtabmessungen sehr praktisch für Verbraucher.

Die Verbundplatte wird durch Biegen von Aluminiumblechen hergestellt.

Es ist wünschenswert, dass der Krümmungsradius so klein wie möglich ist. Wenn er mit der Dicke der Platte übereinstimmt, erfüllt das Produkt alle gesetzlichen Standards. 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.

An Baumarkt Es gibt Aluminium-Verbundplatten mit Edelmetalleffekt, der durch das Galvanikverfahren 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:

• Leicht;
• gute Duktilität;
• gute Schalldämmeigenschaften.

Dieser Typ hat jedoch den Hauptnachteil, dass Polyethylen brennt, den Verbrennungsprozess unterstützt, schmilzt und schädlichen Rauch abgibt. Aluminiumbleche mit mineralischer Füllstoff. 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 halten 2–4 Stunden offenem Feuer stand. Diese positive Eigenschaft macht es jedoch schwierig, fertige Produkte rund oder anders zu machen unregelmäßige Form. 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:

• Handy;
• Gittergewebe;
• linear.

Sie unterscheiden sich:

• Biegefestigkeit;
• Leicht;
• teuer.

Dieser Typ verfügt nicht über eine ausreichende Fähigkeit, Geräusche und Vibrationen zu absorbieren. Durch mechanische Beanspruchung werden sie durchgedrückt.

Hauptvorteile

Das Verbundmaterial ist in verschiedenen Farben erhältlich. Produkte kommen feste Farben, sowie das Kopieren der Textur natürlicher Materialien:

• Holz;
• Marmor;
• Granit

Die Vorderseite hält durch das Auftragen lange Lackbeschichtung. Zu den weiteren positiven Eigenschaften gehört die Einfachheit verschiedene Prozesse wird bearbeitet. 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 Aluminiumverbundplatten haben die Fähigkeit, elektromagnetische Strahlung zu dämpfen. 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 chemikalienbeständig ist. Aufgrund der glatten Oberfläche sammeln sich kein Staub und Schmutz darauf an. Vorhangfassade aus Komposit aufgesetzt Hoch hinausragende Gebäude sehr vorteilhaft, da in diesem Fall die Oberfläche die Fähigkeit besitzt, sich selbst zu reinigen.

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

Verbundwerkstoffe reduzieren den Wärmeverlust, sind umweltverträglich und nicht in der Lage, Strom zu speichern. Sie halten äußeren Einflüssen lange stand. Dieses Material ist sehr stoßfest ultraviolette Strahlung. 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. Verbundfassade besteht aus mehrschichtigen Aluminiumplatten, die für die 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 Geldmittel. Mit einer leichten, leichten hinterlüfteten Fassade aus Verbundwerkstoffen können Sie die Idee jedes Designers in die Realität umsetzen.

Dieses Material findet sich häufig im Innenraum öffentliche Einrichtungen V:

• 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. Bei der Konstruktion verschiedener dekorativer Gesimse, Bänder und Außenverkleidungen werden häufig Aluminium-Verbundplatten verwendet abgehängte Decken, in Säulenverkleidung.

Mit Verbundfassaden können Sie einen modernen Architekturstil schaffen. Möglich wurde dies durch geringes Gewicht, einfache Verarbeitung, erhöhte Flexibilität und eine große Farbvielfalt.

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Was ist eine zusammengesetzte Site?

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Zusammengesetzte Website: Was ist das und warum wird sie benötigt?

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Was ist eine zusammengesetzte Site?

Wie funktioniert eine zusammengesetzte Site?

Wie führt man die Composite-Site-Technologie ein?

Verbundwerkstoffe 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 physikalisch-chemischen 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 Charakteristiken Kompositmaterialien

Und ihre Klassifizierung

Aufmerksamkeit für Verbundwerkstoffe in In letzter Zeit nimmt kontinuierlich zu. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Möglichkeiten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften traditioneller Strukturmaterialien weitgehend ausgeschöpft sind.

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 Verbundwerkstoffe (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.

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

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

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 aus nützliche Eigenschaften. 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 hat sowohl positive als auch negative Seiten. 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.

Zur Verstärkung eingesetzte Füllstoffe müssen folgende Eigenschaften aufweisen: hohe Temperatur Schmelzen, niedrige Dichte, hohe Festigkeit über den gesamten Betriebstemperaturbereich, Verarbeitbarkeit, minimale Löslichkeit in der Matrix, hoch chemische Resistenz, 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.

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 Steinzeit, Bronzezeit und Eisenzeit einteilen.

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 nur um einen von Materialwissenschaftlern neu formulierten Begriff besseres Verstehen 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. Beim Bau der Basilius-Kathedrale in Moskau verwendeten die russischen Architekten Barma und Postnik zwischen 1555 und 1560 mit Eisenstreifen verstärkte Steinplatten. Als direkte Vorläufer moderner Verbundwerkstoffe können Stahlbeton und Damaststahl bezeichnet werden.

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

Kompositmaterialien- 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 seiner einzelnen Bestandteile unterscheiden. Diese. Ein Zeichen für einen Verbundwerkstoff ist eine spürbare gegenseitige Beeinflussung der Bestandteile des Verbundwerkstoffs, 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.

Sehr wichtig Anordnung von Verbundwerkstoffelementen, beide in Richtungen effektive Belastungen, und im Verhältnis zueinander, d.h. Ordentlichkeit. Hochfeste Verbundwerkstoffe weisen in der Regel eine hochgeordnete Struktur auf.

Ein einfaches Beispiel. Eine Handvoll Sägespäne 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 Technologie- und Industriezweigen, Treffen allgemeine Grundsätze Herstellung von Verbundwerkstoffen

Warum wächst gerade jetzt das Interesse an Verbundwerkstoffen? Denn traditionelle Werkstoffe werden den Anforderungen der modernen Ingenieurspraxis nicht mehr immer oder nicht vollständig gerecht.

Matrizen in Verbundwerkstoffen sind Metalle, Polymere, Zemente und Keramiken. Als Füllstoffe kommen verschiedenste künstliche und natürliche Stoffe zum Einsatz. verschiedene Formen(großformatige, blattförmige, faserige, dispergierte, feindisperse, mikrodisperse, Nanopartikel).

Es sind auch Mehrkomponenten-Verbundwerkstoffe bekannt, darunter:

• Polymatrix, wenn mehrere Matrizen in einem Verbundmaterial kombiniert werden,
• Hybrid, einschließlich mehrerer verschiedener Füllstoffe, von denen jeder 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, beispielsweise strahlentransparente und strahlenabsorbierende Materialien, Materialien zum Wärmeschutz von Orbitalraumfahrzeugen, Materialien mit einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einem hohen spezifischen Elastizitätsmodul und anderen.

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 ist dadurch gekennzeichnet, 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 weisen eine relativ hohe Zugfestigkeit auf; 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 der ausländischen Literatur sind in letzter Zeit neue Begriffe populär geworden – Biopolymere, Biokunststoffe und dementsprechend Biokomposite.

Holzverbundwerkstoffe. Zu den gebräuchlichsten Holzverbundwerkstoffen gehören Arbolite, Xylolithe, Zementspanplatten und Laminat Holzkonstruktionen, Sperrholz und gebogene Leimholzteile, Holzkunststoffe, Span- und Faserplatten und Balken, Holzpressen und Presspulver, 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. Laminiertes 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 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 Boroplasten ist begrenzt Hohe Kosten Herstellung von Borfasern, daher werden sie hauptsächlich in der Luftfahrt und verwendet Weltraumtechnologie in Teilen, die in aggressiven Umgebungen dauerhafter Belastung 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, stoffverstärkt 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 einer 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 (unverstärktem) Metall sind: erhöhte Kraft, erhöhte Steifigkeit, erhöhte Verschleißfestigkeit, erhöhte Kriechfestigkeit.

Verbundwerkstoffe auf Keramikbasis. Verstärkung keramische Materialien Fasern sowie dispergierte Metall- und Keramikpartikel ermöglichen die Herstellung hochfester Verbundwerkstoffe; die Auswahl an Fasern, die zur Verstärkung von Keramik geeignet sind, ist jedoch durch die Eigenschaften begrenzt Quellenmaterial. Häufig werden Metallfasern verwendet. Die Zugfestigkeit erhöht sich leicht, aber die Beständigkeit gegen Temperaturschocks nimmt zu – das Material reißt beim Erhitzen weniger, aber es kann vorkommen, dass die Festigkeit des Materials abnimmt. Dies hängt vom Verhältnis der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Matrix und Füllstoff ab.

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 Schneidewerkzeuge und Details. Darüber hinaus werden Cermets verwendet Sonderbereiche Technologien sind Brennelemente Kernreaktoren auf Basis von Uranoxid, Reibmaterialien für Bremsvorrichtungen usw.

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 Zimmertemperatur und Normaldruck.

Der heute gebräuchlichste Verbundwerkstoff ist Zement mit Metallbewehrung 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, ideale Verhältnisse von Matrix und Verstärkungsstoff zu erreichen und die Dicke des Produkts beizubehalten und gleichzeitig interne Luftkanäle zu vermeiden.

Beim Vakuumformverfahren kommt ein offenes Werkzeug zum Einsatz, in das die Verbundkomponenten eingelegt und mit einer Silikonmembran oder einem Polymerfilm abgedeckt werden. Dann auf Ausrüstung in Bedingungen Luftdruck und erhöhter Temperatur wird ein Vakuum angelegt.