Bahan komposit

Bahan komposit (komposit, KM) - bahan padat heterogen yang terdiri dari dua atau lebih komponen, di antaranya kita dapat membedakan elemen penguat yang menyediakan kebutuhan karakteristik mekanis bahan, dan matriks (atau pengikat) yang menyediakan bekerja bersama elemen penguat.

Perilaku mekanik suatu komposit ditentukan oleh hubungan antara sifat-sifat elemen penguat dan matriks, serta kekuatan ikatan antar keduanya. Efektivitas dan kinerja material bergantung pada pilihan yang tepat komponen asli dan teknologi kombinasinya, dirancang untuk memastikan hubungan yang kuat antar komponen dengan tetap mempertahankan karakteristik aslinya.

Sebagai hasil dari kombinasi elemen penguat dan matriks, terbentuklah sifat-sifat komposit yang kompleks, tidak hanya mencerminkan karakteristik awal komponen-komponennya, tetapi juga mencakup sifat-sifat yang tidak dimiliki oleh komponen-komponen terisolasi. Secara khusus, adanya antarmuka antara elemen penguat dan matriks secara signifikan meningkatkan ketahanan retak material, dan pada komposit, tidak seperti logam, peningkatan kekuatan statis tidak menyebabkan penurunan, tetapi, sebagai suatu peraturan, ke peningkatan peningkatan karakteristik ketangguhan patah.

Keuntungan dari material komposit

Perlu segera ditetapkan bahwa CM diciptakan untuk melakukan tugas-tugas ini, dan karenanya tidak dapat memuat semua kemungkinan keuntungan, namun ketika merancang komposit baru, insinyur bebas untuk memberikan karakteristik yang jauh lebih unggul daripada karakteristik bahan tradisional ketika memenuhi tujuan tertentu. dalam mekanisme tertentu, namun lebih rendah dari mereka dalam aspek lainnya. Artinya, CM tidak bisa lebih baik dari material tradisional dalam segala hal, artinya, untuk setiap produk, insinyur melakukan segalanya perhitungan yang diperlukan dan baru kemudian memilih bahan yang optimal untuk produksi.

• kekuatan spesifik yang tinggi
• kekakuan tinggi (modulus elastisitas 130…140 GPa)
• ketahanan aus yang tinggi
• kekuatan lelah yang tinggi
• Dimungkinkan untuk membuat struktur yang stabil secara dimensi dari CM

Selain itu, kelas komposit yang berbeda mungkin memiliki satu atau lebih keunggulan. Beberapa manfaat tidak dapat dicapai secara bersamaan.

Kekurangan material komposit

Sebagian besar kelas komposit (tetapi tidak semua) memiliki kelemahan:

• harga tinggi
• anisotropi sifat
• peningkatan intensitas pengetahuan produksi, kebutuhan akan peralatan dan bahan baku khusus yang mahal, dan karenanya berkembang produksi industri dan basis ilmiah negara

Area penggunaan

Barang konsumsi

Teknik Mesin

Ciri

Teknologi ini digunakan untuk membentuk lapisan pelindung tambahan pada permukaan pasangan gesekan baja-karet. Penggunaan teknologi memungkinkan Anda meningkatkan siklus kerja seal dan poros peralatan Industri bekerja di lingkungan perairan.

Material komposit terdiri dari beberapa fungsional bahan yang sangat bagus. Dasarnya bahan anorganik terdiri dari magnesium, besi, dan aluminium silikat yang dimodifikasi dengan berbagai aditif. Transisi fasa pada material ini terjadi pada beban lokal yang cukup tinggi, mendekati kekuatan ultimat logam. Dalam hal ini, lapisan logam-keramik berkekuatan tinggi terbentuk pada permukaan di area dengan beban lokal yang tinggi, yang memungkinkan untuk mengubah struktur permukaan logam.

Spesifikasi

Tergantung pada komposisi material komposit, lapisan pelindung dapat dicirikan oleh sifat-sifat berikut:

• ketebalan hingga 100 mikron;
• kelas kebersihan permukaan poros (hingga 9);
• memiliki pori-pori dengan ukuran 1 - 3 mikron;
• koefisien gesekan hingga 0,01;
• daya rekat tinggi pada permukaan logam dan karet.

Keuntungan teknis dan ekonomi

• Lapisan logam-keramik berkekuatan tinggi terbentuk di permukaan di area dengan beban lokal yang tinggi
• Lapisan yang terbentuk pada permukaan polytetrafluoroethylene memiliki koefisien gesekan yang rendah dan ketahanan yang rendah terhadap keausan abrasif;
• Lapisan logam-organik lembut, memiliki koefisien gesekan yang rendah, permukaan berpori, dan ketebalan lapisan tambahan beberapa mikron.

Bidang penerapan teknologi

• menerapkan segel pada permukaan kerja untuk mengurangi gesekan dan membuat lapisan pemisah yang mencegah karet menempel pada poros selama waktu istirahat.
• mesin pembakaran internal berkecepatan tinggi untuk konstruksi mobil dan pesawat terbang.

Penerbangan dan astronotika

Senjata dan peralatan militer

Karena karakteristiknya (kekuatan dan ringan), material komposit digunakan dalam urusan militer untuk produksi berbagai jenis baju zirah:

• baju besi untuk peralatan militer

Lihat juga

• IBFM_(Bahan_konstruksi_dan_finishing_inovatif)

Tautan

Yayasan Wikimedia. 2010.

• Gabungan
• Bahan komposit

Lihat apa itu “Bahan komposit” di kamus lain:

Bahan penguat- (kerudung kaca, alas kaca, keliling kaca, fiberglass multiaksial, anyaman) - bahan komposit, tergantung pada tujuannya, diperoleh dengan menghamili bahan penguat dengan resin dan, sebagai hasil dari reaksi polimerisasi resin, diperoleh . .. Ensiklopedia istilah, definisi dan penjelasan bahan bangunan

BAHAN PEMBANGUNAN KAPAL- bahan teknis yang sifatnya memenuhi persyaratan norma dan aturan klasifikasi bahan untuk konstruksi kapal atau persyaratan norma dan standar (TU, OST, Gost) untuk bahan yang digunakan dalam proses teknologi… … Buku referensi ensiklopedis kelautan

Koneksi fleksibel komposit- Gambar 1. Diagram dinding tiga lapis: 1. Pedalaman dinding; 2. Koneksi fleksibel; 3. Isolasi; 4. celah udara; 5. Bagian menghadap dinding Sambungan fleksibel komposit digunakan ... Wikipedia

IBFM (Bahan bangunan dan finishing yang inovatif)- IBFM (singkatan dari Innovation Buildind and Facing Materials, Innovative Construction and Finishing Materials) adalah kategori baru barang untuk konstruksi, yang menggabungkan konstruksi dan Bahan Dekorasi menurut prinsip... ... Wikipedia

plastik yang diperkuat serat karbon- Istilah plastik yang diperkuat serat karbon Istilah dalam bahasa Inggris plastik yang diperkuat serat karbon Sinonim Singkatan CFRP Istilah terkait bahan komposit, polimer, bahan nano karbon Definisi bahan komposit yang terdiri dari serat karbon dan... ... kamus ensiklopedis nanoteknologi

PLASTIK- (plastik, plastik). Kelas besar bahan organik polimer yang mudah dibentuk yang dapat digunakan untuk membuat produk yang ringan, kaku, tahan lama, dan tahan korosi. Zat-zat ini terutama terdiri dari karbon (C), hidrogen (H),... ... Ensiklopedia Collier

Pisau- Istilah ini memiliki arti lain, lihat Pisau (arti). Pisau (proto-Slavia *nožь dari *noziti untuk menusuk) alat pemotong, yang badan kerjanya berupa strip pisau bahan keras(biasanya logam) dengan pisau di ... Wikipedia

Karakteristik penerbangan helikopter Colibri EC120 B- Colibri EC120 B merupakan helikopter ringan serba guna yang mampu mengangkut hingga empat penumpang. Kompartemen kargo yang luas dapat menampung lima koper besar. Kecelakaan helikopter di dekat Murmansk Pengembang: Grup Perancis-Jerman-Spanyol... ... Ensiklopedia Pembuat Berita

Tabung nano karbon- Istilah ini memiliki arti lain, lihat Nanotube. Ilustrasi skema nanotube ... Wikipedia

Airbus A380- T... Wikipedia

Buku

• Bahan bangunan. Paduan, polimer, keramik, komposit, W. Bolton, Direktori ini menyajikan seluruh rangkaian bahan yang digunakan dalam teknik mesin dan teknik elektro: besi, aluminium, tembaga, magnesium, nikel, titanium, paduan berdasarkan bahan tersebut, polimer, keramik dan. .. Kategori: Teknik mesin. Peralatan. Pengerjaan logam Penerbit:

Memperkenalkan pembaca pada komposit berbahan dasar logam dan material komposit keramik. Hal ini juga menjelaskan aplikasi utama komposit.

• Organoplastik dengan serat organik yang berasal dari alam dan buatan. Lebih ringan dari kaca dan serat karbon. Mereka mempunyai kekuatan impak yang tinggi, tetapi kekuatan tarik/lenturnya rendah. Plastik jenis ini misalnya Kevlar.
• Textolite terbuat dari matriks polimer dan kain yang sifatnya berbeda sebagai pengisi. Beberapa textolite dibuat dengan matriks zat anorganik(silikat, fosfat). Sifat bahan sangat beragam dan bergantung pada jenis serat kain. Serat terbuat dari kapas, asbes, basal, kaca, bahan buatan, dll.
• Polimer berisi bubuk (polietilen, polipropilen, resin dengan berbagai bahan pengisi, misalnya bedak, pati, jelaga, kalsium karbonat, dll.) - lebih dari 10 ribu jenis plastik jenis ini telah dikembangkan. Harap dicatat bahwa Anda dapat membeli berbagai bahan pengisi dan bahan baku lain yang diperlukan untuk pembuatan komposit dari kami.

Komposit berbahan dasar logam

Komposit logam dibuat berdasarkan banyak logam non-ferrous, misalnya tembaga, aluminium, nikel. Untuk isian, serat yang tahan terhadap suhu tinggi, tidak larut dalam basa. Paling sering, serat logam atau kristal tunggal dari oksida, nitrida, keramik, karbida, dan borida digunakan. Hal ini menghasilkan komposit yang jauh lebih tahan api, tahan lama, dan tahan aus dibandingkan logam murni aslinya.

Komposit keramik

Komposit keramik dibuat dengan cara sintering massa keramik asli di bawah tekanan dengan penambahan serat atau partikel. Serat logam paling sering digunakan sebagai pengisi - sermet diperoleh. Mereka tahan terhadap guncangan termal dan memiliki konduktivitas termal yang tinggi.

Cermet digunakan untuk memproduksi suku cadang yang tahan aus dan tahan panas, misalnya turbin gas dan tungku listrik. Mereka juga diminati dalam pembuatan alat pemotong, suku cadang sistem rem, dan batang bahan bakar reaktor nuklir.

Penerapan komposit

Material komposit sudah digunakan di hampir semua bidang produksi. Mereka digunakan:

• dalam konstruksi;
• produksi kaca pengaman dan lapis baja untuk Kendaraan, jendela dan pintu toko;
• prostesis medis;
• penutup meja dapur dan alas papan sirkuit elektronik;
• bagian dan rumah peralatan rumah tangga;
• bingkai jendela dan banyak lagi.

Ini menarik: komposit dengan sifat ekstrim diminati dalam pembuatan pesawat terbang, mobil, kapal dan roket. Mereka dibutuhkan dalam produksi suku cadang untuk pesawat ruang angkasa, pembangkit listrik tenaga nuklir, dan peralatan olahraga (misalnya, sepeda yang ringan dan tahan lama). Mereka digunakan untuk pembuatan elemen perangkat dan peralatan yang beroperasi di lingkungan agresif dan pada suhu tinggi.

Perkenalan

Selama beberapa tahun terakhir, banyak perhatian telah diberikan pada penciptaan dan penelitian apa yang disebut multiferroics - bahan yang secara bersamaan menunjukkan sifat feroelektrik dan feromagnetik.

Multiferroik dapat diwujudkan dalam bentuk fase tunggal dan komposit. Sebagian besar material multiferroik fase tunggal menunjukkan sifat magnetoelektrik di daerah bersuhu rendah, terutama pada suhu kriogenik.

Alternatif untuk multiferroik fase tunggal yang praktis tidak dapat digunakan ini telah ditemukan pada material yang disebut komposit, material yang dibuat secara artifisial dengan kombinasi dua fase, misalnya, kombinasi fase piezoelektrik dan piezomagnetik atau fase magnetostriktif dan piezoelektrik. Bahan-bahan ini menjaga keseimbangan struktur feroelektrik pada suhu mendekati suhu kamar. Mereka memiliki efek magnetoelektrik (ME), fase magnetostriktif dan piezoelektrik yang besar kualitas baik dan termasuk dalam apa yang disebut bahan multifungsi. Pencapaian utama dalam produksi multiferroik komposit sintetik adalah produksinya yang cukup mudah dan murah serta kemampuannya dalam mengontrol rasio fase molekul dan ukuran butir setiap fase. Ada juga masalah yang terkait dengan pencegahan kemungkinan reaksi kimia pada batas antara fase feroelektrik dan magnet selama sintesis, yang menyebabkan hilangnya, misalnya, sifat dielektrik. Secara umum, dalam komposit, ukuran butir, bentuk dan batas antar butir merupakan elemen utama yang menyebabkan munculnya sifat-sifat baru dengan tetap mempertahankan sifat “induk” fasanya. Dengan demikian, diketahui bahwa peningkatan resistensi magnetik kolosal (CRM) dapat terjadi, yang dijelaskan dalam model terowongan spin-polarisasi dengan munculnya lapisan penghalang non-konduktif antar butir.

Saya kemudian diberi tugas sebagai berikut:

1) membiasakan diri dengan literatur tentang multiferroik komposit dari sampel yang disajikan;

2) mempelajari sifat dan struktur (La 0,5 Eu 0,5) 0,7 Pb 0,3 MnO 3 dan PbTiO 3;

3) mensintesis PbTiO 3 dalam bentuk polikristalin dan menumbuhkan kristal tunggal (La 0,5 Eu 0,5) 0,7 Pb 0,3 MnO 3;

4) mulai mempelajari sifat magnet, magnetoelektrik dan lainnya (1-x) (La 0,5 Eu 0,5) 0,7 Pb 0,3 MnO 3 + xPbTiO 3.

Contoh komposit

Apa itu komposit?

Bahan komposit adalah bahan yang terbentuk dari dua atau lebih fasa yang berbeda dan mempunyai sifat yang tidak melekat pada komponen aslinya. Definisi ini mencerminkan gagasan komposit dengan baik, tetapi terlalu luas, karena mencakup sebagian besar bahan dan paduan (misalnya, baja, besi cor, beton, dll.). Rupanya, definisi lain akan lebih baik: komposit adalah kombinasi buatan monolitik tiga dimensi dari dua atau lebih bahan (komponen) dengan bentuk dan sifat berbeda, dengan antarmuka yang jelas, menggunakan keunggulan masing-masing komponen dan menunjukkan sifat baru yang disebabkan oleh proses batas. .

Biasanya, komposit adalah bahan dasar (matriks) dari satu bahan, diperkuat dengan bahan pengisi yang terbuat dari serat, lapisan, dan partikel terdispersi dari bahan lain. Ini menggabungkan sifat kekuatan kedua komponen. Dengan memilih komposisi dan sifat bahan pengisi dan matriks, rasionya, dan orientasi bahan pengisi, bahan dapat diperoleh dengan kombinasi karakteristik operasional dan teknologi yang diperlukan.

Komposit berbeda dari paduan karena pada komposit akhir, masing-masing komponen tetap mempertahankan sifat bawaannya. Komponen harus berinteraksi pada antarmuka komposit, hanya menunjukkan sifat baru yang positif. Hasil seperti itu hanya dapat diperoleh jika sifat-sifat komponen berhasil dipadukan dalam material komposit, yaitu. Saat menggunakan komposit, hanya sifat-sifat komponen yang diperlukan yang akan muncul, dan kekurangannya harus dihilangkan seluruhnya atau sebagian.

Dengan demikian:

Komposit yang dihasilkan memperoleh yang baru, properti terbaik dan karena itu dapat tampil fungsi tambahan(bahan multifungsi);

Karakteristik komposit lebih baik dibandingkan dengan komponen-komponennya yang diambil secara terpisah atau bersama-sama tanpa memperhitungkan proses batas;

Tindakan masing-masing komponen komposit selalu diwujudkan dalam totalitasnya, dengan mempertimbangkan proses yang terjadi pada antarmuka fase.

Penggunaan komposit secara aktif dimulai pada awal tahun 70-an, meskipun gagasan untuk menggunakan dua atau lebih bahan awal sebagai komponen pembentuk lingkungan komposit telah ada sejak manusia mulai mengenal material.

Tujuan pembuatan komposit adalah untuk mencapai kombinasi sifat-sifat yang tidak melekat pada masing-masing bahan asli secara terpisah. Dengan demikian, komposit dapat dibuat dari bahan yang tidak memenuhi persyaratan. Karena persyaratan ini mungkin berkaitan dengan sifat fisik, kimia, teknologi, dan lainnya, ilmu komposit berada di titik persimpangan berbagai bidang pengetahuan dan memerlukan partisipasi peneliti dari berbagai spesialisasi.

Secara tradisional, pemilihan material dan desain komponen struktural merupakan tugas yang terpisah. Ketika komposit mulai menggantikan logam dan paduan di berbagai bidang seperti pesawat terbang, pembuatan kapal, dan manufaktur otomotif, desain industri dan pemilihan material bergabung dan menjadi aspek yang berbeda dari proses yang sama.

Perlu dicatat bahwa, bersama dengan anisotropi struktural komposit, terdapat anisotropi teknologi yang terjadi selama deformasi plastis bahan isotropik, dan anisotropi fisik, yang melekat, misalnya, pada kristal dan terkait dengan fitur struktural kisi kristal.

Berdasarkan cara produksinya, ada dua jenis komposit: buatan dan alami. Komposit buatan mencakup semua komposit yang diperoleh sebagai hasil pemasukan buatan dari fase penguat ke dalam matriks, paduan alami dengan komposisi eutektik dan sejenisnya. Dalam komposit eutektik, fase penguatnya adalah kristal berserat atau seperti pelat berorientasi yang terbentuk secara alami selama proses kristalisasi terarah.

Ketika komposit baru tercipta, jenis klasifikasi “lama” meluas dan jenis klasifikasi baru mungkin muncul.

Saat mempelajari literatur tentang komposit magnetik dan magnetoelektrik, saya menemukan komposit berbasis oksida berikut yang telah disintesis dan dipelajari:

1. “MgFe 2 O 3 -BaTiO 3”;

2. “BaTiO 3 - (Ni, Zn) Fe 2 O 4”;

3. “La 0,67 Ca 0,33 MnO 3 -CuFe 2 O 4”;

4. “(La 0,7 Ca 0,3 MnO 3) 1-x / (MgO) x”;

5. “La 2/3 Ca 1/3 MnO 3 /SiO 2”;

6. "La 0,7 Sr 0,3 MnO 3 / Ta 2 O 5 ".

Dalam sejarah perkembangan teknologi, ada dua arah penting yang dapat dibedakan:

• pengembangan alat, struktur, mekanisme dan mesin,
• pengembangan bahan.

Sulit untuk mengatakan mana yang lebih penting, karena... mereka saling terkait erat, tetapi tanpa pengembangan material, kemajuan teknis pada prinsipnya tidak mungkin terjadi. Bukan suatu kebetulan jika para sejarawan membagi era peradaban awal menjadi Jaman Batu, Zaman Perunggu dan Zaman Besi.

Abad 21 saat ini sudah dapat dikaitkan dengan abad material komposit (composites).

Konsep material komposit terbentuk pada pertengahan abad ke-20 yang lalu. Namun, komposit bukanlah fenomena baru sama sekali, melainkan hanya sebuah istilah baru yang dirumuskan oleh para ilmuwan material pemahaman yang lebih baik asal usul bahan struktural modern.

Material komposit telah dikenal selama berabad-abad. Misalnya, di Babilonia mereka menggunakan alang-alang untuk memperkuat tanah liat saat membangun rumah, dan orang Mesir kuno menambahkan potongan jerami ke dalamnya batu bata tanah liat. Di Yunani Kuno, tiang marmer diperkuat dengan batang besi selama pembangunan istana dan kuil. Pada tahun 1555-1560, selama pembangunan Katedral St. Basil di Moskow, arsitek Rusia Barma dan Postnik menggunakan lempengan batu yang diperkuat dengan strip besi. Pendahulu langsung material komposit modern adalah beton bertulang dan baja damask.

Ada analog alami dari bahan komposit - kayu, tulang, cangkang, dll. Banyak jenis mineral alami sebenarnya adalah komposit. Mereka tidak hanya tahan lama, tetapi juga memiliki sifat dekoratif yang sangat baik.

Bahan komposit- bahan multikomponen yang terdiri dari dasar plastik - matriks, dan pengisi yang berperan sebagai penguat dan beberapa peran lainnya. Terdapat batas fasa antar fasa (komponen) komposit.

Kombinasi zat-zat yang berbeda mengarah pada terciptanya bahan baru, yang sifat-sifatnya berbeda secara signifikan dari sifat masing-masing komponennya. Itu. Ciri suatu bahan komposit adalah adanya pengaruh timbal balik yang nyata dari unsur-unsur penyusun komposit tersebut, yaitu kualitas baru mereka, efek.

Dengan memvariasikan komposisi matriks dan pengisi, rasionya, menggunakan reagen tambahan khusus, dll., diperoleh berbagai macam bahan dengan serangkaian sifat yang diperlukan.

Sangat penting susunan elemen material komposit, baik searah beban efektif, dan dalam hubungannya satu sama lain, mis. ketertiban. Komposit berkekuatan tinggi, pada umumnya, memiliki struktur yang sangat teratur.

Sebuah contoh sederhana. Segenggam serbuk gergaji dibuang ke dalam ember mortar semen tidak akan mempengaruhi propertinya dengan cara apa pun. Jika setengah dari larutan diganti dengan serbuk gergaji, kepadatan material, konstanta termofisika, biaya produksi, dan indikator lainnya akan berubah secara signifikan. Namun segenggam serat polipropilen akan membuat beton tahan benturan dan tahan aus, dan setengah ember serat akan memberikan elastisitas, yang sama sekali bukan karakteristik bahan mineral.

Saat ini dalam bidang material komposit (komposit) sudah lazim untuk memasukkan berbagai macam bahan buatan, dikembangkan dan diimplementasikan di berbagai cabang teknologi dan industri, pertemuan prinsip-prinsip umum pembuatan material komposit

Mengapa minat terhadap material komposit muncul saat ini? Karena material tradisional tidak lagi selalu atau tidak sepenuhnya memenuhi kebutuhan praktik teknik modern.

Matriks pada material komposit adalah logam, polimer, semen dan keramik. Berbagai macam bahan buatan dan alami digunakan sebagai pengisi. berbagai bentuk(berukuran besar, lembaran, berserat, terdispersi, terdispersi halus, mikrodispersi, nanopartikel).

Material komposit multikomponen juga dikenal, antara lain:

• polimatriks, ketika beberapa matriks digabungkan dalam satu bahan komposit,
• hybrid, termasuk beberapa pengisi berbeda, yang masing-masing memiliki perannya sendiri.

Pengisi, sebagai suatu peraturan, menentukan kekuatan, kekakuan dan deformabilitas komposit, dan matriks memastikan soliditas, perpindahan tegangan dan ketahanan terhadap berbagai pengaruh eksternal.

Tempat khusus ditempati oleh bahan komposit dekoratif yang memiliki sifat dekoratif yang menonjol.

Material komposit dengan sifat khusus sedang dikembangkan, misalnya material radiotransparan dan material penyerap radio, material untuk proteksi termal pesawat ruang angkasa orbital, material dengan koefisien muai panas linier yang rendah dan modulus elastisitas spesifik yang tinggi, dan lain-lain.

Bahan komposit digunakan di semua bidang ilmu pengetahuan, teknologi, industri, termasuk. dalam konstruksi perumahan, industri dan khusus, teknik mesin umum dan khusus, metalurgi, industri kimia, energi, elektronik, peralatan Rumah Tangga, produksi pakaian dan alas kaki, obat-obatan, olahraga, seni, dll.

Struktur material komposit.

Berdasarkan struktur mekaniknya, komposit dibagi menjadi beberapa kelas utama: berserat, berlapis, diperkuat dispersi, diperkuat partikel, dan nanokomposit.

Komposit serat diperkuat dengan serat atau kumis. Bahkan kandungan pengisi yang kecil pada komposit jenis ini menghasilkan peningkatan yang signifikan peralatan mekanis bahan. Sifat bahan juga dapat divariasikan secara luas dengan mengubah orientasi ukuran dan konsentrasi serat.

Pada material komposit laminasi, matriks dan pengisi disusun berlapis-lapis, seperti pada tripleks, kayu lapis, struktur kayu laminasi, dan plastik laminasi.

Struktur mikro kelas bahan komposit lainnya dicirikan oleh fakta bahwa matriksnya diisi dengan partikel zat penguat, dan ukuran partikelnya berbeda. Pada komposit yang diperkuat partikel, ukurannya lebih besar dari 1 mikron, dan kandungannya 20-25% (berdasarkan volume), sedangkan komposit yang diperkuat dengan dispersi mencakup 1 hingga 15% (berdasarkan volume) partikel dengan ukuran mulai dari 0,01 hingga 0,1 mikron. Ukuran partikel yang termasuk dalam nanokomposit bahkan lebih kecil lagi yaitu 10-100 nm.

Beberapa komposit umum

Konkret- bahan komposit yang paling umum. Saat ini, berbagai macam beton diproduksi, berbeda dalam komposisi dan sifat. Beton modern diproduksi baik pada matriks semen tradisional maupun pada matriks polimer (epoksi, poliester, fenol-formaldehida, akrilik, dll.). Beton modern berperforma tinggi memiliki kekuatan yang mendekati logam. Beton dekoratif menjadi populer.

Organoplasti- komposit yang bahan pengisinya adalah organik, sintetis, dan, yang lebih jarang, serat alami dan buatan dalam bentuk penarik, benang, kain, kertas, dll. Dalam organoplastik termoset, matriksnya biasanya berupa resin epoksi, poliester dan fenolik, serta polimida. Organoplastik memiliki kepadatan yang rendah, lebih ringan dari kaca dan plastik karbon, serta memiliki kekuatan tarik yang relatif tinggi; resistensi dampak tinggi dan beban dinamis, tetapi pada saat yang sama, kekuatan tekan dan tekuknya rendah. Organoplastik yang paling umum termasuk material komposit kayu. Dalam hal volume produksi, organoplastik melebihi baja, aluminium dan plastik.

Dalam sastra asing di Akhir-akhir ini Istilah-istilah baru menjadi populer - biopolimer, bioplastik dan, karenanya, biokomposit.

Bahan komposit kayu. Komposit kayu yang paling umum termasuk arbolit, xilolit, papan partikel semen, dan laminasi struktur kayu, kayu lapis dan bagian-bagian yang direkatkan, plastik kayu, papan partikel dan papan serat serta balok, pengepres kayu dan serbuk pengepres, komposit kayu-polimer termoplastik.

fiberglass- bahan komposit polimer yang diperkuat dengan serat kaca, yang dibentuk dari kaca anorganik cair. Resin sintetis termoset (fenolik, epoksi, poliester, dll.) dan polimer termoplastik (poliamida, polietilen, polistiren, dll.) paling sering digunakan sebagai matriks. Plastik fiberglass memiliki kekuatan tinggi, konduktivitas termal rendah, sifat isolasi listrik tinggi, dan selain itu, transparan terhadap gelombang radio. Bahan laminasi, yang bahan pengisinya menggunakan kain yang ditenun dari serat kaca, disebut fiberglass.

Plastik yang diperkuat serat karbon- serat karbon berfungsi sebagai pengisi pada komposit polimer ini. Serat karbon diperoleh dari serat sintetis dan alami berdasarkan selulosa, kopolimer akrilonitril, minyak bumi dan tar batubara, dll. Matriks dalam plastik karbon dapat berupa polimer termoset atau termoplastik. Keuntungan utama plastik yang diperkuat serat karbon dibandingkan dengan plastik fiberglass adalah kepadatannya yang rendah dan modulus elastisitas yang lebih tinggi; plastik yang diperkuat serat karbon sangat ringan dan, pada saat yang sama, merupakan bahan yang tahan lama.

Berdasarkan serat karbon dan matriks karbon, material komposit karbon-grafit dibuat - material komposit paling tahan panas (plastik serat karbon), mampu menahan suhu hingga 3000 ° C untuk waktu yang lama di lingkungan inert atau reduksi.

Boroplasti- bahan komposit yang mengandung serat boron sebagai pengisi, tertanam dalam matriks polimer termoset, dan serat tersebut dapat berbentuk monofilamen atau dalam bentuk bundel yang dijalin dengan benang kaca tambahan atau pita di mana benang boron dijalin dengan bahan lain. benang. Penggunaan boroplastik terbatas harga tinggi produksi serat boron, oleh karena itu serat ini digunakan terutama dalam teknologi penerbangan dan luar angkasa di bagian yang terkena beban jangka panjang di lingkungan yang agresif.

Serbuk press (campuran press). Lebih dari 10.000 merek polimer isi telah dikenal. Pengisi digunakan untuk mengurangi biaya bahan dan memberikan sifat khusus. Polimer terisi pertama kali diproduksi oleh Dr. Baekeland (Leo H. Baekeland, USA), yang menemukannya pada awal abad ke-20. metode sintesis resin fenolformdehida (bakelite). Resin ini sendiri merupakan zat rapuh dengan kekuatan rendah. Baekeland menemukan bahwa menambahkan serat, khususnya tepung kayu, ke dalam resin sebelum mengeras akan meningkatkan kekuatannya. Bahan yang ia ciptakan - Bakelite - mendapatkan popularitas besar. Teknologi pembuatannya sederhana: campuran polimer yang diawetkan sebagian dan pengisi - bubuk tekan - di bawah tekanan, mengeras secara permanen dalam cetakan. Produk produksi massal pertama yang diproduksi menggunakan teknologi ini pada tahun 1916 adalah kenop perpindahan gigi mobil Rolls-Royce. Polimer termoset terisi banyak digunakan di sebagian besar industri daerah yang berbeda teknologi. Berbagai bahan pengisi digunakan untuk mengisi polimer termoset dan termoplastik - tepung kayu, kaolin, kapur, bedak, mika, karbon hitam, fiberglass, serat basal, dll.

Textolit- plastik laminasi yang diperkuat dengan kain yang terbuat dari berbagai serat. Teknologi produksi textolite dikembangkan pada tahun 1920-an. berdasarkan resin fenol-formaldehida. Lembaran kain diresapi dengan resin, kemudian ditekan pada suhu tinggi untuk menghasilkan pelat textolite atau produk berbentuk. Pengikat dalam textolite adalah berbagai macam polimer termoset dan termoplastik, dan terkadang pengikat anorganik berdasarkan silikat dan fosfat. Kain yang terbuat dari berbagai macam serat digunakan sebagai pengisi - kapas, sintetis, kaca, karbon, asbes, basal, dll. Oleh karena itu, sifat dan kegunaan textolite bervariasi.

Bahan komposit dengan matriks logam. Saat membuat komposit berbasis logam, aluminium, magnesium, nikel, tembaga, dll digunakan sebagai matriks. Pengisinya adalah serat berkekuatan tinggi, partikel tahan api dari berbagai dispersi, kristal tunggal aluminium oksida seperti benang, berilium oksida, boron dan silikon karbida, aluminium dan silikon nitrida, dll. Panjang 0,3-15 mm dan diameter 1-30 mikron.

Keunggulan utama material komposit matriks logam dibandingkan logam konvensional (tidak diperkuat) adalah: peningkatan kekuatan, peningkatan kekakuan, peningkatan ketahanan aus, peningkatan ketahanan mulur.

Bahan komposit berbahan dasar keramik. Bantuan bahan keramik serat, serta partikel terdispersi logam dan keramik, memungkinkan diperolehnya komposit berkekuatan tinggi, namun jenis serat yang cocok untuk memperkuat keramik dibatasi oleh sifat bahan sumbernya. Serat logam sering digunakan. Ketahanan tarik sedikit meningkat, tetapi ketahanan terhadap guncangan termal meningkat - material retak lebih sedikit saat dipanaskan, namun ada kalanya kekuatan material menurun. Hal ini tergantung pada rasio koefisien muai panas matriks dan pengisi.

Penguatan keramik dengan partikel logam terdispersi menghasilkan material baru (cermet) dengan peningkatan daya tahan, ketahanan terhadap guncangan termal, dan peningkatan konduktivitas termal. Cermet bersuhu tinggi digunakan untuk membuat suku cadang turbin gas, perlengkapan tungku listrik, dan suku cadang untuk teknologi roket dan jet. Cermet tahan aus yang keras digunakan untuk membuatnya alat pemotong dan detail. Selain itu, sermet digunakan dalam daerah khusus teknologi adalah elemen bahan bakar untuk reaktor nuklir berbahan dasar uranium oksida, bahan gesekan untuk perangkat rem, dll.

Bahan didasarkan pada beberapa komponen yang menentukan karakteristik operasional dan teknologinya. Komposit didasarkan pada matriks berdasarkan logam, polimer atau keramik. Penguatan tambahan dilakukan dengan bahan pengisi berupa serat, kumis dan berbagai partikel.

Apakah komposit adalah masa depan?

Plastisitas, kekuatan, cakupan aplikasi yang luas - inilah yang membedakan material komposit modern. Apa ini dari sudut pandang produksi? Bahan-bahan ini terdiri dari bahan dasar logam atau non-logam. Untuk memperkuat material, digunakan serpihan dengan kekuatan lebih besar. Diantaranya kita dapat menyoroti plastik, yang diperkuat dengan boron, karbon, serat kaca, atau aluminium, diperkuat dengan benang baja atau berilium. Jika Anda menggabungkan isi komponen, Anda bisa mendapatkan komposit dengan kekuatan, elastisitas, dan ketahanan abrasif yang berbeda.

Tipe utama

Klasifikasi komposit didasarkan pada matriksnya, dapat berupa logam atau nonlogam. Bahan dengan matriks logam berdasarkan aluminium, magnesium, nikel dan paduannya memperoleh kekuatan tambahan karena bahan berserat atau partikel tahan api yang tidak larut dalam logam dasar.

Komposit dengan matriks non-logam berbahan dasar polimer, karbon atau keramik. Di antara matriks polimer, yang paling populer adalah epoksi, poliamida, dan fenol-formaldehida. Bentuk komposisi ditentukan oleh matriks, yang bertindak sebagai semacam pengikat. Serat, untaian, benang, dan kain multilayer digunakan untuk memperkuat bahan.

Produksi material komposit dilakukan berdasarkan metode teknologi berikut:

• impregnasi serat penguat dengan bahan matriks;
• mencetak pita penguat dan matriks dalam cetakan;
• pengepresan dingin komponen dengan sintering lebih lanjut;
• pelapisan elektrokimia serat dan pengepresan lebih lanjut;
• pengendapan matriks dengan penyemprotan plasma dan kompresi berikutnya.

Pengeras apa?

Bahan komposit telah diterapkan di banyak bidang industri. Kami sudah mengatakan apa itu. berdasarkan beberapa komponen, yang tentu diperkuat dengan serat atau kristal khusus. Kekuatan komposit sendiri bergantung pada kekuatan dan elastisitas seratnya. Tergantung pada jenis tulangannya, semua komposit dapat dibagi:

• pada fiberglass;
• komposit serat karbon dengan serat karbon;
• serat boron;
• serat organ.

Bahan penguat dapat diletakkan dalam dua, tiga, empat atau lebih benang, semakin banyak benangnya, semakin kuat dan andal bahan komposit tersebut dalam pengoperasiannya.

Komposit kayu

Komposit kayu layak disebutkan secara terpisah. Itu diperoleh melalui kombinasi bahan baku jenis yang berbeda, dengan kayu sebagai komponen utamanya. Setiap komposit kayu-polimer terdiri dari tiga elemen:

• partikel kayu yang dihancurkan;
• polimer termoplastik (PVC, polietilen, polipropilena);
• kompleks bahan tambahan kimia dalam bentuk pengubah - hingga 5% di antaranya dalam komposisi bahan.

Jenis komposit kayu yang paling populer adalah papan komposit. Keunikannya terletak pada kenyataan bahwa ia menggabungkan sifat-sifat kayu dan polimer, yang secara signifikan memperluas cakupan penerapannya. Dengan demikian, papan dibedakan berdasarkan kepadatannya (indikatornya dipengaruhi oleh resin dasar dan kepadatan partikel kayu), dan ketahanan lentur yang baik. Pada saat yang sama, bahannya ramah lingkungan, mempertahankan tekstur, warna dan aroma kayu alami. Penggunaan papan komposit benar-benar aman. Karena aditif polimer keuntungan dewan komposit level tinggi ketahanan aus dan ketahanan kelembaban. Dapat digunakan untuk finishing teras, jalur taman, meskipun bebannya berat.

Fitur Produksi

Komposit kayu memiliki struktur khusus karena kombinasinya dasar polimer dengan kayu. Di antara bahan jenis ini kita dapat mencatat papan chip dengan kepadatan berbeda, papan chip berorientasi, dan komposit kayu-polimer. Produksi material komposit jenis ini dilakukan dalam beberapa tahap:

1. Kayu hancur. Penghancur digunakan untuk ini. Setelah dihancurkan, kayu diayak dan dibagi menjadi beberapa pecahan. Jika kadar air bahan baku di atas 15% maka harus dikeringkan.
2. Komponen utama diberi dosis dan dicampur dalam proporsi tertentu.
3. Produk jadi ditekan dan diformat untuk mendapatkan tampilan yang dapat dipasarkan.

Karakter utama

Kami telah menjelaskan material komposit polimer paling populer. Apa yang terjadi sekarang sudah jelas. Berkat struktur berlapis, setiap lapisan dapat diperkuat dengan serat kontinu paralel. Perlu disebutkan secara terpisah karakteristik komposit modern, yang berbeda:

• nilai ketahanan sementara dan batas daya tahan yang tinggi;
• tingkat elastisitas yang tinggi;
• kekuatan, yang dicapai dengan memperkuat lapisan;
• Karena serat penguat yang kaku, komposit sangat tahan terhadap tegangan tarik.

Komposit berbahan dasar logam dicirikan oleh kekuatan dan ketahanan panas yang tinggi, namun praktis tidak elastis. Karena struktur serat, kecepatan rambat retakan yang terkadang muncul pada matriks berkurang.

Bahan polimer

Komposit polimer disajikan dalam berbagai pilihan, yang membuka peluang besar untuk penggunaannya daerah yang berbeda, mulai dari kedokteran gigi hingga produksi peralatan penerbangan. Komposit berdasarkan polimer diisi dengan zat yang berbeda.

Area penggunaan yang paling menjanjikan adalah konstruksi, industri minyak dan gas, produksi mobil dan transportasi kereta api. Industri inilah yang menyumbang sekitar 60% dari volume penggunaan material komposit polimer.

Karena ketahanan komposit polimer yang tinggi terhadap korosi, permukaan produk yang halus dan padat yang diperoleh dengan pencetakan, keandalan dan daya tahan produk akhir meningkat.

Mari kita lihat tipe yang populer

fiberglass

Serat kaca yang dibentuk dari kaca anorganik cair digunakan untuk memperkuat material komposit ini. Matriks ini didasarkan pada resin sintetis termoaktif dan polimer termoplastik, yang dibedakan berdasarkan kekuatan tinggi, konduktivitas termal rendah, dan sifat isolasi listrik yang tinggi. Awalnya, mereka digunakan dalam produksi antena radome dalam bentuk struktur berbentuk kubah. Di dunia modern, plastik fiberglass banyak digunakan industri konstruksi, pembuatan kapal, produksi peralatan rumah tangga dan peralatan olahraga, elektronik radio.

Dalam kebanyakan kasus, fiberglass diproduksi berdasarkan penyemprotan. Metode ini sangat efektif untuk produksi skala kecil dan menengah, misalnya lambung kapal, perahu, kabin untuk angkutan mobil, gerbong kereta api. Teknologi penyemprotan nyaman dan ekonomis karena tidak perlu memotong bahan kaca.

Plastik yang diperkuat serat karbon

Sifat material komposit berbasis polimer memungkinkan penggunaannya di berbagai bidang. Mereka menggunakan serat karbon sebagai pengisi, diperoleh dari serat sintetis dan alami berdasarkan selulosa dan pitch. Serat diproses secara termal dalam beberapa tahap. Dibandingkan dengan plastik fiberglass, serat karbon memiliki kepadatan lebih rendah dan kepadatan lebih tinggi namun ringan dan kuat. Karena sifat kinerjanya yang unik, plastik yang diperkuat serat karbon digunakan dalam teknik mesin dan roket, produksi peralatan luar angkasa dan medis, sepeda, dan peralatan olahraga.

Boroplasti

Ini adalah bahan multikomponen berdasarkan serat boron yang dimasukkan ke dalam matriks polimer termoset. Serat itu sendiri diwakili oleh monofilamen, untaian, yang dijalin dengan benang kaca tambahan. Kekerasan benang yang tinggi memastikan kekuatan dan ketahanan material terhadap faktor agresif, namun pada saat yang sama, plastik boron rapuh, sehingga mempersulit pemrosesan. Serat boron mahal, sehingga cakupan plastik boron terbatas terutama pada industri penerbangan dan luar angkasa.

Organoplasti

Dalam komposit ini, pengisinya sebagian besar adalah serat sintetis - penarik, benang, kain, kertas. Sifat khusus dari polimer ini antara lain kepadatan rendah, ringan dibandingkan dengan kaca dan plastik serat karbon, kekuatan tarik tinggi dan ketahanan tinggi terhadap benturan dan beban dinamis. Ini bahan komposit banyak digunakan di berbagai bidang seperti teknik mesin, pembuatan kapal, konstruksi mobil, dalam produksi teknologi luar angkasa, dan teknik kimia.

Apa efektivitasnya?

Bahan komposit jatuh tempo komposisi unik dapat digunakan di berbagai bidang:

• dalam penerbangan dalam produksi suku cadang dan mesin pesawat terbang;
• teknologi luar angkasa untuk produksi struktur tenaga perangkat yang terkena pemanasan;
• industri otomotif untuk membuat bodi, rangka, panel, bumper yang ringan;
• industri pertambangan dalam produksi alat pengeboran;
• teknik sipil untuk pembuatan bentang jembatan, elemen struktur prefabrikasi pada gedung bertingkat.

Penggunaan komposit memungkinkan untuk meningkatkan tenaga mesin dan pembangkit listrik, sekaligus mengurangi bobot mesin dan peralatan.

Bagaimana prospeknya?

Menurut perwakilan industri Rusia, material komposit termasuk dalam material generasi baru. Direncanakan pada tahun 2020 volume produksi produk industri komposit dalam negeri akan meningkat. Proyek percontohan yang bertujuan untuk mengembangkan material komposit generasi baru telah dilaksanakan di seluruh negeri.

Penggunaan komposit dianjurkan dalam berbagai bidang, namun paling efektif dalam industri yang berkaitan dengan teknologi tinggi. Misalnya, hari ini tidak ada seorang pun pesawat terbang tidak dibuat tanpa menggunakan komposit, dan beberapa di antaranya menggunakan sekitar 60% komposit polimer.

Berkat kemungkinan menggabungkan berbagai elemen dan matriks penguat, dimungkinkan untuk memperoleh komposisi dengan serangkaian karakteristik tertentu. Dan ini, pada gilirannya, memungkinkan penggunaan bahan-bahan ini di berbagai bidang.