آفاق استخدام المواد المركبة. تقنيات إنتاج المواد المركبة

المواد المركبة sudlal ، المواد المركبة امبكس
مادة مركبة(كم)، مركب- مادة صلبة غير متجانسة مصطنعة ، تتكون من عنصرين أو أكثر مع واجهة واضحة بينهما. في معظم المواد المركبة (باستثناء الطبقات) ، يمكن تقسيم المكونات إلى مصفوفة (أو رابط) وعناصر تقوية (أو مواد مالئة) متضمنة فيها. المركبات الهيكلية وعناصر التسليح توفر عادة ما يلزم الخصائص الميكانيكيةالمادة (القوة ، الصلابة ، إلخ) ، وتوفر المصفوفة عمل مشتركتقوية العناصر وحمايتها من التلف الميكانيكي والبيئة الكيميائية العدوانية.

يتم تحديد السلوك الميكانيكي للتكوين من خلال نسبة خصائص عناصر التسليح والمصفوفة ، وكذلك قوة الروابط بينهما. تعتمد خصائص وخصائص المنتج الذي تم إنشاؤه على اختيار المكونات الأولية وتقنية توليفها.

عند دمج عناصر التعزيز والمصفوفة ، يتم تكوين تركيبة لها مجموعة من الخصائص التي لا تعكس فقط الخصائص الأولية لمكوناتها ، ولكن أيضًا الخصائص الجديدة التي المكونات الفرديةلا تملك. على سبيل المثال ، يؤدي وجود واجهات بين عناصر التسليح والمصفوفة إلى زيادة مقاومة التشقق للمادة بشكل كبير ، وفي التركيبات ، على عكس المعادن المتجانسة ، لا تؤدي الزيادة في القوة الساكنة إلى انخفاض ، ولكن كقاعدة عامة ، زيادة خصائص صلابة الكسر.

لإنشاء تركيبة ، يتم استخدام مجموعة متنوعة من حشوات ومصفوفات التعزيز. هذه هي getinax و textolite (بلاستيك مصفح مصنوع من الورق أو القماش المُلصق بمادة لاصقة بالحرارة) ، والزجاج والبلاستيك الجرافيت (نسيج أو ألياف ملفوفة مصنوعة من الزجاج أو الجرافيت ، مشربة مواد لاصقة الايبوكسي) ، والخشب الرقائقي. هناك مواد تمتلئ فيها ألياف رقيقة مصنوعة من سبائك عالية القوة بكتلة من الألومنيوم. بولات هو واحد من أقدم المواد المركبة. وهي الطبقات الرفيعة (أحيانًا الخيوط) من الفولاذ عالي الكربون يتم "لصقها" بحديد ناعم منخفض الكربون.

يختبر علماء المواد بهدف خلق المزيد من الراحة في الإنتاج ، وبالتالي المزيد مواد رخيصة. تمت دراسة الهياكل البلورية ذاتية النمو الملتصقة بكتلة واحدة باستخدام غراء البوليمر (الأسمنت مع إضافات المواد اللاصقة القابلة للذوبان في الماء) ، والتركيبات البلاستيكية الحرارية مع ألياف تقوية قصيرة ، وما إلى ذلك.

• 1 تصنيف المركبات
• 2 فوائد المواد المركبة
• 3 عيوب المواد المركبة
  • 3.1 تكلفة عالية
  • 3.2 تباين الخصائص
  • 3.3 قوة تأثير منخفضة
  • 3.4 حجم محدد عالي
  • 3.5 استرطابية
  • 3.6 السمية
  • 3.7 ضعف الصيانة
• 4 تطبيقات
  • 4.1 السلع الاستهلاكية
  • 4.2 المعدات الرياضية
  • 4.3 الطب
  • 4.4 الهندسة الميكانيكية
    • 4.4.1 السمة
    • 4.4.2 المواصفات
    • 4.4.3 المزايا الفنية والاقتصادية
    • 4.4.4 تطبيقات التكنولوجيا
  • 4.5 الطيران والملاحة الفضائية
  • 4.6 التسلح والمعدات العسكرية
• 5 انظر أيضا
• 6 ملاحظات
• 7 الأدب
• 8 وصلات

تصنيف المركبات

عادة ما يتم تصنيف المواد المركبة وفقًا لنوع حشو التسليح:

• ليفي (مكون تقوية - هياكل ليفية) ؛
• متعدد الطبقات.
• البلاستيك المعبأ (مكون تقوية - جزيئات)
  • السائبة (متجانس) ،
  • الهيكل العظمي (الهياكل الأولية مليئة بالموثق).

أيضًا ، يتم تصنيف المركبات أحيانًا وفقًا لمادة المصفوفة:

• مركبات مصفوفة البوليمر،
• مركبات مصفوفة السيراميك،
• مركبات المصفوفة المعدنية،
• مركبات أكسيد أكسيد.

مزايا المواد المركبة

الميزة الرئيسية لـ CM هي أن المادة والهيكل يتم إنشاؤهما في وقت واحد. الاستثناء هو مواد التقوية المسبقة ، وهي منتج شبه نهائي لتصنيع الهياكل.

وتجدر الإشارة على الفور إلى أن CMs تم إنشاؤها لأداء هذه المهام ، وبالتالي ، لا يمكن أن تحتوي على جميع المزايا الممكنة ، ولكن عند تصميم مركب جديد ، يكون للمهندس مطلق الحرية في تحديد خصائصه التي تتفوق بشكل كبير على خصائص المواد التقليدية عند تحقيق هذا الهدف في هذه الآلية ولكنها أقل شأنا منها في أي جوانب أخرى. هذا يعني أن التصنيع المستمر لا يمكن أن يكون أفضل من المواد التقليدية في كل شيء ، أي لكل منتج ، يقوم المهندس بإجراء كل شيء الحسابات اللازمةوعندها فقط يختار الأفضل بين المواد للإنتاج.

• قوة محددة عالية (قوة 3500 ميجا باسكال)
• صلابة عالية (معامل المرونة 130 ... 140 - 240 جيجا باسكال)
• مقاومة التآكل العالية
• قوة التعب العالية
• من الممكن إنشاء هياكل ثابتة الأبعاد من CM
• يسهل

علاوة على ذلك ، قد يكون للفئات المختلفة من المركبات ميزة واحدة أو أكثر. لا يمكن تحقيق بعض الفوائد في وقت واحد.

عيوب المواد المركبة

تحتوي المواد المركبة على عدد كبير نسبيًا من العيوب التي تعيق توزيعها.

غالي السعر

ترجع التكلفة العالية لـ CM إلى الكثافة العلمية العالية للإنتاج ، والحاجة إلى استخدام معدات ومواد خام خاصة باهظة الثمن ، وبالتالي الإنتاج الصناعيوالقاعدة العلمية للبلاد. ومع ذلك ، هذا صحيح فقط عندما تحل المواد المركبة محل المنتجات المدرفلة البسيطة المصنوعة من المعادن الحديدية. حالة المنتجات الخفيفة والمنتجات شكل معقد، المنتجات المقاومة للتآكل ، مركبات المنتجات العازلة عالية القوة هم الفائزون. علاوة على ذلك ، غالبًا ما تكون تكلفة المنتجات المركبة أقل من نظائرها المصنوعة من معادن غير حديدية أو من الفولاذ المقاوم للصدأ.

تباين الخاصية

تباين الخواص هو اعتماد خصائص CM على اختيار اتجاه القياس. على سبيل المثال ، معامل مرونة ألياف الكربون أحادية الاتجاه على طول الألياف أعلى بمقدار 10-15 مرة من معامله في الاتجاه العرضي.

للتعويض عن تباين الخواص ، يتم زيادة عامل الأمان ، والذي يمكن أن يحيد ميزة CM في قوة معينة. يمكن أن تكون تجربة استخدام CM في تصنيع الذيل العمودي لمقاتلة MiG-29 مثالاً على ذلك. نظرًا لتباين الخواص في KM المستخدم ، تم تصميم الذيل العمودي بعامل أمان مضاعف للعامل القياسي في الطيران البالغ 1.5 ، مما أدى في النهاية إلى حقيقة أن الذيل العمودي المركب للطائرة MiG-29 تحول إلى أن تكون متساوية في الوزن مع تصميم الذيل العمودي الكلاسيكي المصنوع من دورالومين.

ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، يكون تباين الخاصية مفيدًا. على سبيل المثال ، تتعرض الأنابيب التي تعمل تحت ضغط داخلي إلى ضعف ضغوط الانكسار في الاتجاه المحيطي مقارنة بالضغط المحوري. لذلك ، لا يجب أن يكون الأنبوب بنفس القوة في جميع الاتجاهات. في حالة المركبات ، يمكن ضمان هذه الحالة بسهولة عن طريق مضاعفة التعزيز في الاتجاه المحيطي مقارنةً بالاتجاه المحوري.

قوة تأثير منخفضة

قوة التأثير المنخفضة هي أيضًا سبب الحاجة إلى زيادة هامش الأمان. بالإضافة إلى ذلك ، تسبب قوة التأثير المنخفضة أضرارًا كبيرة لمنتجات التصنيع المستمر ، وهو احتمال كبير عيوب خفية، والتي لا يمكن اكتشافها إلا من خلال طرق التحكم الآلية.

حجم معين عالية

حجم معين هو عيب كبيرعند استخدام CM في المناطق ذات القيود الشديدة على الحجم المشغول. ينطبق هذا ، على سبيل المثال ، على مجال الطيران الأسرع من الصوت ، حيث تؤدي الزيادة الطفيفة في حجم الطائرة إلى زيادة كبيرة في السحب الديناميكي الهوائي للموجة.

استرطابية

المواد المركبة هي مواد استرطابية ، أي أنها تميل إلى امتصاص الرطوبة ، وهذا يرجع إلى عدم استمرارية الهيكل الداخلي للسم. في عملية طويلة الأمدوالانتقال المتكرر لدرجة الحرارة خلال 0 درجة مئوية ، فإن اختراق الماء إلى هيكل CM يدمر المنتج من CM من الداخل (التأثير مشابه في طبيعته للتدمير الطرق السريعةخلال غير موسمها). في الإنصاف ، تجدر الإشارة إلى أن هذا العيب يشير إلى الجيل الأول من المركبات ، التي لم يكن لها التصاق فعال بما فيه الكفاية للموثق بالحشو ، بالإضافة إلى حجم كبير من التجاويف في مصفوفة الموثق. الأنواع الحديثةلا تخضع المركبات ذات الالتصاق العالي للمادة اللاصقة للحشو (التي يتم الحصول عليها عن طريق استخدام مواد التشحيم الخاصة) ، والتي يتم الحصول عليها عن طريق صب الفراغ مع الحد الأدنى من كهوف الغاز المتبقية ، لهذا العيب ، مما يجعل من الممكن ، على وجه الخصوص ، البناء السفن المركبة ، تنتج تقوية مركبة ودعامات مركبة لخطوط الطاقة الكهربائية العلوية.

ومع ذلك ، يمكن للـ CMs امتصاص السوائل الأخرى عالية الاختراق ، مثل كيروسين الطيران أو المنتجات البترولية الأخرى.

تسمم

أثناء العملية ، يمكن أن تنبعث من CMs أبخرة غالبًا ما تكون سامة. إذا كانت المنتجات مصنوعة من CM والتي ستكون موجودة على مقربة من شخص ما (يمكن أن يكون مثل هذا المثال هو جسم الطائرة المركب لطائرة Boeing 787 Dreamliner) ، عندئذٍ يلزم إجراء دراسات إضافية لتأثير مكونات CM على البشر للموافقة على المواد تستخدم في صناعة سم.

قابلية تصنيع منخفضة للصيانة

قد يكون للمواد المركبة قابلية تصنيع تشغيلية منخفضة وقابلية صيانة منخفضة و التكلفة العاليةعملية. هذا بسبب الحاجة إلى استخدام أساليب خاصة كثيفة العمالة (وأحيانًا أعمال يدوية) ، أدوات خاصة لإنجاز وإصلاح الأشياء من CM. غالبًا لا تخضع منتجات KM لأي تحسين أو إصلاح على الإطلاق.

مجالات الاستخدام

بضائع المستهلكين

• تعتبر الخرسانة المسلحة من أقدم وأبسط المواد المركبة.
• قضبان صيد السمكالألياف الزجاجية وألياف الكربون
• قوارب الألياف الزجاجية
• إطارات السيارات
• المركبات المعدنية

معدات الرياضة

المركبات راسخة في الرياضة: ل إنجازات عاليةهناك حاجة إلى قوة عالية ووزن منخفض ، والسعر لا يلعب دورًا خاصًا.

• دراجات
• معدات تزلج - أعمدة وزلاجات
• عصي الهوكي والزلاجات
• قوارب الكاياك والزوارق والمجاذيف
• أجزاء جسم سيارات السباق والدراجات النارية
• الخوذ

الدواء

مادة لحشوات الأسنان. تعمل المصفوفة البلاستيكية على تعبئة جيدة ، ويزيد حشو الجسيمات الزجاجي من مقاومة التآكل.

هندسة ميكانيكي

في الهندسة الميكانيكية ، تستخدم المواد المركبة على نطاق واسع في الإنشاء الطلاءات الواقيةعلى أسطح الاحتكاك، وكذلك للتصنيع تفاصيل مختلفةالمحركات الاحتراق الداخلي(المكابس ، قضبان التوصيل).

صفة مميزة

تُستخدم هذه التقنية لتشكيل طلاءات واقية إضافية على الأسطح في أزواج احتكاك من الصلب والمطاط. يتيح تطبيق التكنولوجيا زيادة دورة تشغيل الأختام والأعمدة للمعدات الصناعية العاملة في البيئة المائية.

تتكون المواد المركبة من عدة مواد مميزة وظيفيًا. أساس المواد غير العضوية هو سيليكات المغنيسيوم والحديد والألمنيوم المعدلة بمضافات مختلفة. تحدث انتقالات الطور في هذه المواد بأحمال محلية عالية بما يكفي قريبة من القوة النهائية للمعدن. في الوقت نفسه ، يتم تشكيل طبقة سيرميت عالية القوة على السطح في منطقة الأحمال المحلية العالية ، مما يجعل من الممكن تغيير هيكل السطح المعدني.

يتم تعديل المواد البوليمرية القائمة على البولي تترافلورو إيثيلينات باستخدام مساحيق الجرافيت الماسية شديدة التشتت التي يتم الحصول عليها من المواد المتفجرة ، بالإضافة إلى مساحيق متناهية الصغر من المعادن اللينة. يتم إجراء عملية اللدائن في درجات حرارة منخفضة نسبيًا (أقل من 300 درجة مئوية).

تحتوي المواد العضوية الفلزية المشتقة من الأحماض الدهنية الطبيعية على كمية كبيرة من المجموعات الوظيفية الحمضية. نتيجة لذلك ، يمكن إجراء التفاعل مع ذرات المعدن السطحي في وضع الراحة. تعمل طاقة الاحتكاك على تسريع العملية وتحفيز ظهور الروابط المتقاطعة.

تحديد

يمكن أن يتميز الطلاء الواقي ، اعتمادًا على تركيبة المادة المركبة ، بالخصائص التالية:

• سمك يصل إلى 100 ميكرون ؛
• فئة نظافة سطح العمود (حتى 9) ؛
• لها مسام بأحجام 1-3 ميكرون ؛
• معامل الاحتكاك يصل إلى 0.01 ؛
• التصاق عالي بسطح المعدن والمطاط.

المزايا الفنية والاقتصادية

• تتشكل طبقة سيرميت عالية القوة على السطح في منطقة الأحمال المحلية العالية ؛
• الطبقة المتكونة على سطح polytetrafluoroethylenes لها معامل احتكاك منخفض ومقاومة منخفضة للتآكل الكاشطة ؛
• تكون الطلاءات المعدنية العضوية ناعمة ، ولها معامل احتكاك منخفض ، وسطح مسامي ، وسمك الطبقة الإضافية بضعة ميكرونات.

مجالات تطبيق التكنولوجيا

• بالاعتماد على سطح العملسدادات لتقليل الاحتكاك وإنشاء طبقة فاصلة تمنع المطاط من الالتصاق بالعمود أثناء فترة الراحة.
• محركات احتراق داخلي عالية السرعة لبناء السيارات والطائرات.

الطيران والملاحة الفضائية

منذ الستينيات ، كانت هناك حاجة ملحة في مجال الطيران والفضاء لتصنيع هياكل قوية وخفيفة الوزن ومقاومة للتآكل. تُستخدم المواد المركبة لتصنيع الهياكل الحاملة للطائرات والأقمار الصناعية والطلاءات العازلة للحرارة للمكوكات والمسابر الفضائية. على نحو متزايد ، يتم استخدام المواد المركبة لتصنيع جلود الهواء و مركبة فضائية، وعناصر الطاقة الأكثر تحميلًا.

التسلح والمعدات العسكرية

نظرًا لخصائصها (القوة والخفة) ، يتم استخدام CMs في الشؤون العسكرية للإنتاج أنواع مختلفةدرع:

• الدروع الواقية للبدن (انظر أيضًا كيفلر)
• درع للمركبات العسكرية

حتى القرن الرابع قبل الميلاد ه. كانت تستخدم على نطاق واسع كجزء من الأقواس كأسلحة.

أنظر أيضا

• مركب حديد التسليح
• مواد هجينة

ملاحظات

1. جيه لوبين. 1.2 المصطلحات والتعريفات // كتيب المواد المركبة: كتابان = دليل المواد المركبة. - م: Mashinostroenie ، 1988. - T. 1. - 448 ص. - ردمك 5-217-00225-5.

المؤلفات

• Kerber ML ، مواد البوليمر المركبة. هيكل. الخصائص. تقنية. - سانت بطرسبرغ: المهنة ، 2008. - 560 ص.
• Vasiliev VV ، ميكانيكا الهياكل المصنوعة من المواد المركبة. - م: Mashinostroenie، 1988. - 272 ص.
• كاربينوس دي إم ، المواد المركبة. الدليل. - كييف ، نوكوفا دومكا

الروابط

• مجلة ميكانيكا المواد المركبة والهياكل
• "مركبات من مدينة العلوم"
• "تقنية بلاك وينج"

المواد المركبة impex ، المواد المركبة sudlal ، المادية المركبة ، علم المواد المركبة

معلومات المواد المركبة حول

من خلال مجموعات مختلفة من المجلدات والحشوات ، يتم الحصول على مواد البوليمر المركبة (PCM) مع المواد الفيزيائية والميكانيكية و الخصائص البدنيةللتشغيل في ظروف مختلفة. غالبا يتم الجمع بين إنتاج مواد البوليمر المركبة وصب المنتجات منها في عملية واحدة ،مما يسمح بتقليل تكلفة المنتجات المركبة بشكل كبير.

يتم تحديد طريقة التشكيل المثلى لكل منتج معين من منتجات PCM عدد كبيرعوامل مثل:

• ميزات تصميم المنتج ؛
• الغرض من المنتج الناتج (والمتطلبات المقابلة - نظافة السطح ، دقة الأبعاد ، إلخ) ؛
• الخصائص والقدرات التكنولوجية لمكون الموثق ؛
• هيكل حشو
• العوامل الاقتصادية (التكلفة والإنتاجية وعمر الخدمة للمعدات ، وكثافة العمالة ، وما إلى ذلك)

ميزات تشكيل مركبات البوليمر على أساس اللدائن الحرارية

إنتاجية طرق الإنتاج والمعالجة مركبات البوليمرعلى أساس يتم تحديده بشكل أساسي من خلال سرعة العمليات الفيزيائية والفيزيائية الكيميائية التي تحدث في البوليمر الموثق أثناء المعالجة:

• ذوبان.
• بلورة؛
• تدفئة؛
• تبريد؛
• الاسترخاء ، إلخ.

يعد اكتمال وطبيعة هذه العمليات من العوامل المحددة إلى حد كبير لجودة المنتج النهائي. بالإضافة إلى ذلك ، تتأثر جودة المنتجات النهائية أيضًا بالعمليات المدمرة في البوليمر ، والتي تستمر بمعدل متزايد نتيجة للتأثيرات الحرارية والميكانيكية على المواد من أجسام عمل الآلات أثناء المعالجة.

يمكن إعطاء الشكل المطلوب للمنتج من خلال تطوير تشوه عالي المرونة أو البلاستيك. بسبب اللزوجة العالية للمادة ، فإن معدل عمليات التشوه منخفض. اعتمادًا على الحالة الفيزيائية للبوليمر في وقت التشكيل ، يتم تحقيق درجة مختلفة من عدم التوازن في المنتج النهائي بسبب الاسترخاء غير الكامل للضغوط الداخلية. يفرض هذا قيودًا معينة على نطاق درجة حرارة تشغيل المنتجات التي تم الحصول عليها أساليب مختلفة. تؤدي الزيادة في نسبة المكون عالي المرونة للتشوه إلى انخفاض في حد درجة الحرارة العليا حتى درجة حرارة التزجج للبوليمر.

ملامح صب المواد المركبة البوليمرية على أساس الحرارة

من سمات طرق الحصول على المواد البوليمرية الجمع العمليات الفيزيائيةصب الفعلي مع تفاعلات كيميائيةتشكيل البوليمرات ثلاثية الأبعاد (المعالجة) ، ويتم تحديد خصائص المنتجات من خلال سرعة المعالجة واكتمالها. يتسبب العلاج غير الكامل في عدم استقرار خصائص المنتجات من وقت لآخر ، فضلاً عن حدوث عمليات مدمرة في المنتجات النهائية.

اعتمادًا على طريقة المعالجة ، يتم الجمع بين المعالجة وقولبة المنتج (في حالة ضغط اللدائن الحرارية ، يحدث بعد صب المنتج في تجويف القالب (صب الحقن, صب حقن البلاستيك الحراري) أو أثناء المعالجة الحرارية لقطعة العمل المقولبة (في تشكيل منتجات كبيرة الحجم). يتطلب تحقيق الاكتمال المطلوب لمعالجة بعض أنواع الأوليغومرات ، حتى في وجود المحفزات وفي درجات حرارة مرتفعة ، وقتًا طويلاً (يصل إلى عدة ساعات). في هذه الحالة ، يمكن بالفعل تنفيذ المعالجة النهائية خارج معدات التشكيل ، حيث يتم اكتساب ثبات الشكل قبل فترة طويلة إكمال كاملعملية المعالجة.

بعض المشاكل في إنتاج مواد البوليمر المركبة

يؤدي وجود فروق درجات الحرارة أثناء معالجة المقطع العرضي للمنتج إلى زيادة عدم التجانس الهيكلي وظهور ضغوط إضافية مرتبطة بالاختلاف في معدلات التبريد والتبلور والاسترخاء في أجزاء مختلفة، وكذلك بدرجات متفاوتة من المعالجة (في حالة اللدائن الحرارية). يؤدي هذا إلى عدم تجانس خصائص المادة في المنتج ، وهو أمر غير مقبول دائمًا ، وهو سبب العديد من أنواع العيوب (الاعوجاج ، التكسير ، إلخ). إن وجود ضغوط داخلية ، توجيهية في المقام الأول ، يحد أيضًا من نطاق درجة حرارة التشغيل. يمكن تحقيق زيادة معينة في عدم تجانس البنية فوق الجزيئية وانخفاض الضغوط الداخلية بسبب المعالجة الحرارية للمنتج النهائي ، ولكن من الأكثر كفاءة استخدام طرق التحكم الموجه في الهياكل أثناء المعالجة.

عند صب المنتجات من مركبات البوليمر تغيير كبير في الهيكل ممكنومن هنا خصائص البوليمر. لذلك ، يتم الحصول على المواد والمنتجات على أساس نفس البوليمر قد تختلف بشكل كبير في الأداء.إذا كانت التكنولوجيا مختلفة. أهم العوامل التي تؤثر على هيكل وخصائص PCM هي معلمات عملية المعالجة:

• درجة الحرارة،
• الضغط،
• أوضاع التدفئة والتبريد ، إلخ.

تسمح المحاسبة والاختيار المناسبين لجميع المعلمات التكنولوجية بتحقيق في المنتج النهائي:

• هيكل موحد ،
• الحد الأدنى من الضغوط المتبقية (الهيكلية ، الانكماش ، الحرارية) ،
• درجة عالية من اكتمال عمليات المعالجة ، التبلور ،

للحصول على منتجات عالية الجودة.

كرست التاريخ المواد المركبة. ما زلت أشغل وقت فراغي حول هذا الموضوع وأريد اليوم أن أتحدث قليلاً عن شروط وتقنيات النماذج الأولية باستخدام مركبات البوليمر. إذا لم يكن لديك ما تفعله لفترة طويلة أمسيات الشتاء، فيمكنك دائمًا صنع لوح تزلج أو علبة دراجة نارية أو حافظة هاتف ذكي من نسيج ألياف الكربون. بالطبع ، يمكن أن تصبح العملية أكثر تكلفة من شراء منتج نهائي ، ولكن من المثير للاهتمام أن تصنع شيئًا بيديك.

تحت القطع - نظرة عامة على طرق تصنيع المنتجات من المواد المركبة. سأكون ممتنًا إذا أضفتني في التعليقات حتى تكون النتيجة منشورًا أكثر اكتمالاً.

يتم إنشاء مادة مركبة من مكونين على الأقل مع وجود حدود واضحة بينهما. هناك مواد مركبة ذات طبقات - على سبيل المثال ، الخشب الرقائقي. في جميع المركبات الأخرى ، يمكن تقسيم المكونات إلى مصفوفة ، أو رابط ، وعناصر تقوية - مواد مالئة. عادة ما يتم تقسيم المواد المركبة وفقًا لنوع حشو التعزيز أو مادة المصفوفة. يمكنك قراءة المزيد حول استخدام المواد المركبة في المنشور ، وهذا المنشور يدور حول طرق صنع المنتجات من المواد المركبة.

صب اليد

في حالة تصنيع العناصر الفردية ، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا هي قولبة اليد. يتم وضع طبقة هلامية على المصفوفة المحضرة - وهي مادة للحصول على تشطيب جيد للجزء الخارجي من المادة المقواة ، مما يسمح لك أيضًا باختيار لون المنتج. ثم يتم وضع مادة مالئة في المصفوفة - على سبيل المثال ، الألياف الزجاجية - وتشرب بمادة رابطة. نزيل فقاعات الهواء ، وننتظر حتى يبرد كل شيء ، ونصقله بملف - نقطعه ، ونثقبه ، وما إلى ذلك.

تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع لإنشاء أجزاء جسم للسيارات والدراجات النارية والدراجات البخارية. أي للضبط في الحالات التي لا يقتصر فيها على لصق فيلم "تحت الكربون".

رش

لا يتطلب الرش قطع مادة الزجاج ، ولكن بدلاً من ذلك تحتاج إلى استخدامها معدات خاصة. هذه الطريقةغالبًا ما تستخدم للعمل مع الأشياء الكبيرة ، مثل هياكل القوارب والمركبات وما إلى ذلك. بنفس الطريقة كما في حالة التشكيل اليدوي ، يتم تطبيق طبقة الجل أولاً ، ثم مادة الزجاج.

RTM (الحقن)

باستخدام طريقة حقن راتنجات البوليستر في قالب مغلق ، يتم استخدام أداة من مصفوفة وقالب متبادل - ثقب. يتم وضع مادة الزجاج بين القالب وشكل العداد ، ثم يتم سكب مادة صلبة في النموذج تحت الضغط - راتنجات البوليستر. وبالطبع ، فإن الانتهاء من ملف بعد المعالجة هو الذوق.

ضخ فراغ

تتطلب طريقة التسريب بالفراغ كيسًا يتم فيه إنشاء فراغ باستخدام مضخة. تحتوي العبوة نفسها على مادة تقوية ، يتم ملء مسامها بعد ضخ الهواء بمادة سائلة.

مثال على ذلك هو صنع لوح تزلج.

لف

تتيح طريقة لف المواد المركبة صنع أسطوانات خفيفة للغاية للغاز المضغوط ، حيث يتم استخدام بطانة PET التي تضخ حتى 2-5 أجواء ، وكذلك الأنابيب المركبة المستخدمة في صناعة النفط والصناعات الكيماوية والمرافق العامة. من الاسم ، من السهل أن نفهم أن الألياف الزجاجية تلتف حول جسم متحرك أو ثابت.

في الفيديو - عملية لف الألياف الزجاجية على بالون.

بولتروسيون

بولتروسيون هو "سحب". بهذه الطريقة ، هناك عملية مستمرة لسحب المواد المركبة من خلال آلة السحب. سرعة العملية تصل إلى 6 أمتار في الدقيقة. يتم تمرير الألياف من خلال حمام بوليمر ، حيث يتم تشريبها باستخدام مادة رابطة ، وبعد ذلك تمر عبر عامل تشكيل مسبق ، للحصول على الشكل النهائي. ثم يتم تسخين المادة في القالب ، وعند الخروج نحصل على المنتج النهائي المتصلب.

عملية إنتاج أكوام الصفائح بطريقة pultrusion.

الضغط المباشر

تصنع منتجات اللدائن الحرارية في قوالب تحت الضغط. لهذا ، ارتفاع في درجة الحرارة مكابس هيدروليكيةبقوة من 12 إلى 100 طن و درجة الحرارة القصوىحوالي 650 درجة. بهذه الطريقة ، على سبيل المثال ، تصنع دلاء بلاستيكية.

صب الأوتوكلاف

يعد الأوتوكلاف ضروريًا لتنفيذ العمليات بالتسخين والضغط فوق الغلاف الجوي من أجل تسريع التفاعل وزيادة إنتاجية المنتج. توضع المواد المركبة داخل الأوتوكلاف على أشكال خاصة.

المنتجات المركبة

تستخدم المواد المركبة على نطاق واسع في صناعة الطائرات. على سبيل المثال ، بنيت منهم.

صناعة السيارات

الأطراف الاصطناعية والمقاويم.

إذا كانت لديك إضافات ، فتأكد من الكتابة عنها في التعليقات. شكرا.

تعتمد المواد على عدة مكونات تحدد خصائصها التشغيلية والتكنولوجية. تعتمد المركبات على مصفوفة تعتمد على المعدن أو البوليمر أو السيراميك. يتم إجراء تقوية إضافية بواسطة مواد مالئة على شكل ألياف وشعيرات وجزيئات مختلفة.

هل المركبات هي المستقبل؟

اللدونة والقوة والنطاق الواسع للتطبيق - وهذا ما يميز المواد المركبة الحديثة. ما هو من حيث الإنتاج؟ تتكون هذه المواد من قاعدة معدنية أو غير معدنية. يتم استخدام رقائق ذات قوة أكبر لتقوية المادة. من بينها البلاستيك المقوى بالبورون أو الكربون أو الألياف الزجاجية أو الألمنيوم المقوى بخيوط من الصلب أو البريليوم. إذا قمت بدمج محتوى المكونات ، فيمكنك الحصول على مركبات ذات قوة ومرونة ومقاومة مختلفة للمواد الكاشطة.

أنواع رئيسية

يعتمد تصنيف المواد المركبة على مصفوفتها ، والتي يمكن أن تكون معدنية أو غير معدنية. تكتسب المواد ذات المصفوفة المعدنية القائمة على الألومنيوم والمغنيسيوم والنيكل وسبائكها قوة إضافية بسبب المواد الليفية أو الجسيمات المقاومة للحرارة التي لا تذوب في المعدن الأساسي.

تعتمد المركبات ذات المصفوفة غير المعدنية على البوليمرات أو الكربون أو السيراميك. من بين مصفوفات البوليمر ، الأكثر شيوعًا هي الإيبوكسي والبولي أميد والفينول فورمالدهيد. يتم إعطاء شكل التكوين بواسطة المصفوفة ، والتي تعمل كنوع من الموثق. لتقوية المواد والألياف والمقطورات والخيوط والأقمشة متعددة الطبقات المستخدمة.

يعتمد إنتاج المواد المركبة على الأساليب التكنولوجية التالية:

• تشريب ألياف التسليح بمواد مصفوفة ؛
• صب في قالب أشرطة التعزيز والمصفوفة ؛
• الضغط البارد للمكونات مع مزيد من التلبيد ؛
• الطلاء الكهروكيميائي للألياف والضغط الإضافي ؛
• ترسيب المصفوفة عن طريق رش البلازما والضغط اللاحق.

ما المقسى؟

وجدت المواد المركبة تطبيقًا في العديد من الصناعات. ما هو ، قلنا بالفعل. هذه مواد تعتمد على عدة مكونات ، والتي يتم تقويتها بالضرورة بألياف أو بلورات خاصة. تعتمد قوة المركبات نفسها أيضًا على قوة الألياف ومرونتها. اعتمادًا على نوع المقسى ، يمكن تقسيم جميع المركبات:

• على الألياف الزجاجية
• ألياف الكربون مع ألياف الكربون.
• ألياف البورون
• ألياف الأعضاء.

يمكن تكديس مواد التقوية في خيوط أو خيوط أو ثلاثة أو أربعة أو أكثر ، وكلما زاد عددها ، كلما كانت المواد المركبة أقوى وأكثر موثوقية قيد التشغيل.

مركبات الخشب

بشكل منفصل ، تجدر الإشارة إلى مركب الخشب. يتم الحصول عليها من خلال الجمع بين المواد الخام نوع مختلف، مع الخشب كمكون رئيسي. كل مركب الخشب والبوليمريتكون من ثلاثة عناصر:

• جزيئات الخشب المكسر
• بوليمر لدن بالحرارة (بولي كلوريد الفينيل ، بولي إيثيلين ، بولي بروبيلين) ؛
• مركب من المضافات الكيميائية في شكل معدِّلات - تصل إلى 5٪ في تركيب المادة.

أكثر أنواع المركبات الخشبية شيوعًا هو الألواح المركبة. يكمن تفرده في حقيقة أنه يجمع بين خصائص كل من الخشب والبوليمرات ، مما يوسع نطاق تطبيقه بشكل كبير. لذلك ، تتميز اللوحة بكثافتها (يتأثر مؤشرها بالراتنج الأساسي وكثافة جزيئات الخشب) ، ومقاومة جيدة للانحناء. في الوقت نفسه ، فإن المادة صديقة للبيئة ، وتحتفظ بالملمس واللون والرائحة. خشب طبيعي. استخدام الألواح المركبة آمن تمامًا. بسبب إضافات البوليمر ، يكتسب اللوح المركب مستوى عالمقاومة التآكل ومقاومة الرطوبة. يمكن استخدامه لإنهاء التراسات ، ممرات الحديقةحتى لو كانت محملة بشكل كبير.

ميزات الإنتاج

المركبات الخشبية لها هيكل خاص بسبب الجمع بين قاعدة البوليمر والخشب فيها. من بين المواد من هذا النوع يمكن ملاحظة رقائق الخشب ، كثافة مختلفةوألواح الشرائح الموجهة ومركب الخشب والبوليمر. يتم إنتاج المواد المركبة من هذا النوع على عدة مراحل:

1. يتم تقطيع الخشب. لهذا ، يتم استخدام الكسارات. بعد التكسير ، يتم غربلة الخشب وتقسيمه إلى كسور. إذا كانت نسبة الرطوبة في المادة الخام أعلى من 15٪ ، فيجب تجفيفها.
2. يتم جرعات المكونات الرئيسية وخلطها بنسب معينة.
3. يتم ضغط المنتج النهائي وتنسيقه للحصول على عرض تقديمي.

الخصائص الرئيسية

لقد وصفنا المواد المركبة البوليمرية الأكثر شيوعًا. ما هو واضح الآن. بفضل الهيكل متعدد الطبقات ، من الممكن تقوية كل طبقة بألياف متوازية متوازية. ومن الجدير بالذكر الخصائص المركبات الحديثةوهي مختلفة:

• قيمة عالية للمقاومة المؤقتة وحد التحمل ؛
• مستوى عال من المرونة
• القوة ، والتي تتحقق من خلال تقوية الطبقات ؛
• نظرًا لألياف التقوية الصلبة ، فإن المركبات شديدة المقاومة لضغوط الشد.

تتميز المركبات ذات الأساس المعدني بالقوة العالية ومقاومة الحرارة ، في حين أنها غير مرنة عمليًا. بسبب بنية الألياف ، يتم تقليل معدل انتشار الشقوق ، والتي تظهر أحيانًا في المصفوفة.

مواد البوليمر

يتم تقديم مركبات البوليمر في مجموعة متنوعة من الخيارات التي تفتح فرص عظيمةعلى استخدامها في مختلف المجالات ، من طب الأسنان إلى إنتاج معدات الطيران. تمتلئ المركبات القائمة على البوليمر بمواد مختلفة.

يمكن اعتبار مجالات الاستخدام الواعدة هي البناء وصناعة النفط والغاز وإنتاج الطرق والنقل بالسكك الحديدية. تمثل هذه الصناعات حوالي 60 ٪ من استخدام مواد البوليمر المركبة.

نظرًا للمقاومة العالية لمركبات البوليمر للتآكل ، فإن السطح المتساوي والكثيف للمنتجات التي يتم الحصول عليها بالقولبة ، تزداد موثوقية ومتانة تشغيل المنتج النهائي.

ضع في اعتبارك الأنواع الشائعة

الألياف الزجاجية

تستخدم الألياف الزجاجية المكونة من الزجاج غير العضوي المصهور لتقوية هذه المواد المركبة. تعتمد المصفوفة على راتنجات اصطناعية بالحرارة وبوليمرات لدن بالحرارة ، والتي تتميز بالقوة العالية ، والتوصيل الحراري المنخفض ، وخصائص العزل الكهربائي العالية. في البداية ، تم استخدامها في إنتاج رادوم الهوائي في شكل هياكل مقببة. في العالم الحديثتستخدم بلاستيك الألياف الزجاجية على نطاق واسع في صناعة البناء ، وبناء السفن ، وإنتاج المعدات المنزلية والأدوات الرياضية ، والإلكترونيات اللاسلكية.

في معظم الحالات ، يتم إنتاج الألياف الزجاجية على أساس الرش. هذه الطريقة فعالة بشكل خاص في الإنتاج الصغير والمتوسط ​​، على سبيل المثال ، هياكل القوارب والقوارب والحجرات النقل على الطرقوعربات السكك الحديدية. تعتبر تقنية الرش مريحة لأنها لا تتطلب قطع مادة الزجاج.

CFRP

تجعل خصائص المواد المركبة القائمة على البوليمرات من الممكن استخدامها في مجموعة متنوعة من المجالات. تستخدم كألياف كربون حشو تم الحصول عليها من ألياف تركيبية وطبيعية تعتمد على السليلوز ، الملاعب. تتم معالجة الألياف حرارياً على عدة مراحل. بالمقارنة مع الألياف الزجاجية ، تتميز ألياف الكربون بكثافة أقل وخفة وقوة أعلى للمادة. نظرًا للخصائص التشغيلية الفريدة للبلاستيك من ألياف الكربون ، يتم استخدامها في الهندسة الميكانيكية وبناء الصواريخ ، وإنتاج المعدات الفضائية والطبية والدراجات والمعدات الرياضية.

بوروبلاستي

هذه مواد متعددة المكونات تعتمد على ألياف البورون التي يتم إدخالها في مصفوفة بوليمر بالحرارة. يتم تمثيل الألياف نفسها بواسطة خيوط أحادية ، وحزم ، مضفرة بخيط زجاجي إضافي. تضمن الصلابة العالية للخيوط قوة ومقاومة المادة للعوامل العدوانية ، ولكن في نفس الوقت ، يكون اللدائن البوروبلاستيكية هشة ، مما يعقد المعالجة. ألياف البورون باهظة الثمن ، لذا فإن نطاق لدائن البورون يقتصر بشكل أساسي على صناعات الطيران والفضاء.

رأب الأعضاء

في هذه المركبات ، تعمل الألياف الاصطناعية بشكل أساسي كمواد مالئة - سحب ، خيوط ، أقمشة ، ورق. من بين الخصائص الخاصة لهذه البوليمرات ، يمكن للمرء أن يلاحظ كثافة قليلة، وخفة مقارنة بالبلاستيك المقوى بالزجاج والألياف الكربونية ، وقوة شد عالية ومقاومة عالية للصدمات والأحمال الديناميكية. تستخدم هذه المادة المركبة على نطاق واسع في مجالات مثل الهندسة الميكانيكية وبناء السفن وصناعة السيارات وإنتاج تكنولوجيا الفضاء والهندسة الكيميائية.

ما هي الكفاءة؟

يمكن استخدام المواد المركبة بسبب التركيب الفريد في مجموعة متنوعة من المجالات:

• في مجال الطيران في إنتاج الطائرات وأجزاء المحركات ؛
• تكنولوجيا الفضاء لإنتاج الهياكل الحاملة للمركبات التي يتم تسخينها ؛
• صناعة السيارات لإنشاء أجسام وإطارات وألواح ومصدات خفيفة الوزن ؛
• صناعة التعدين في إنتاج أدوات الحفر ؛
• الهندسة المدنية لإنشاء مساحات من الجسور وعناصر الهياكل الجاهزة في المباني الشاهقة.

يسمح استخدام المواد المركبة بزيادة قوة المحركات ومحطات الطاقة مع تقليل وزن الآلات والمعدات.

ما هي الآفاق؟

وفقًا لممثلي الصناعة الروسية ، تنتمي المادة المركبة إلى مواد جيل جديد. من المخطط أن تزداد أحجام الإنتاج المحلي لمنتجات الصناعة المركبة بحلول عام 2020. يجري بالفعل تنفيذ مشاريع تجريبية تهدف إلى تطوير جيل جديد من المواد المركبة في البلاد.

يعد استخدام المواد المركبة مناسبًا في مجموعة متنوعة من المجالات ، ولكنه أكثر فاعلية في الصناعات المرتبطة بها تقنية عالية. على سبيل المثال ، اليوم لا يتم إنشاء طائرة واحدة بدون استخدام المركبات ، وبعضها يستخدم حوالي 60٪ من مركبات البوليمر.

نظرًا لإمكانية الجمع بين عناصر ومصفوفات التعزيز المختلفة ، فمن الممكن الحصول على تركيبة بمجموعة معينة من الخصائص. وهذا بدوره يجعل من الممكن استخدام هذه المواد في مجموعة متنوعة من المجالات.

المواد المركبة، أو كما يطلق عليهم عادة ، المركبات، أحدثت ثورة في العديد من الصناعات وأصبحت مشهورة في المنتجات عالية التقنية التي يجب أن تتميز بوزن خفيف ، ولكن في نفس الوقت مقاومة عالية للإجهاد الميكانيكي. ترتبط الفوائد الاقتصادية المتوقعة في المشاريع عالية التقنية مثل التطورات العسكرية والفضائية في المقام الأول بمواد مركبة خفيفة الوزن ومقاومة للحرارة العالية ، مما يقلل من وزن المنتجات النهائية وتكاليف التشغيل واستهلاك الوقود.

سيكون الطيران الحديث ، العسكري والمدني ، أقل كفاءة بشكل ملحوظ بدون المواد المركبة. في الواقع ، كانت متطلبات هذه الصناعة المعينة من المواد (والتي يجب أن تكون خفيفة من ناحية ، ومن ناحية أخرى قوية بما يكفي) كانت القوة الموجهة الرئيسية في تصميمها وتطويرها. من المقبول عمومًا الآن أن أجنحة الطائرات وذيلها ومراوحها وشفرات توربيناتها مصنوعة من مواد مركبة حديثة. الأمر نفسه ينطبق على معظم هيكلها الداخلي وأجزاء من جسم الطائرة. أجسام بعض الطائرات الصغيرة مصنوعة بالكامل بالفعل من مواد مركبة. في الطائرات التجارية الكبيرة ، عادة ما تصنع الأجنحة وذيول وألواح الجسم من هذه المواد.

موصلات مركبة لـ التوصيلات الداخلية، التي يتم توفيرها للسوق وفقًا لاحتياجاتها ومتطلبات المستهلكين ، نجحت في استبدال الموصلات السابقة ، والتي كانت مصنوعة من النحاس الأصفر أو النيكل أو الألومنيوم أو البرونز أو الفولاذ المقاوم للصدأ. تعتبر الموصلات المركبة مثالية للاستخدام في البيئات بيئةحيث تتطلب مقاومة درجات الحرارة العالية ومتطلبات التوافق الكهرومغناطيسي. عند استخدامها ، لا تنبعث المنتجات الغازية السامة ، وعلى وجه الخصوص ، والأهم من ذلك ، الهالوجينات عمليًا. المواد المركبة أقوى من الفولاذ ، فهي توفر مقاومة عالية للتآكل ، وتتمتع بموثوقية ومتانة أعلى ، وفي نفس الوقت تتمتع أيضًا بشكل كبير أقل وزنامن نظرائهم في الفولاذ.

إنتاج المواد المركبة

تتكون المواد المركبة من عدة مواد فردية.الهدف من إنشاء مادة مركبة هو إنشاء مادة جديدة تجمع بين خصائص الأجزاء المكونة لها بالطريقة الأكثر فائدة. هناك مكونان في المواد المركبة: مصفوفة (رابط) وعناصر تقوية (مواد مالئة).

لإنشاء مادة مركبة ، يلزم وجود مكون واحد على الأقل من كل نوع. بالنسبة للمصفوفة ، تستخدم معظم المواد المركبة الحديثة اللدائن الحرارية أو اللدائن الحرارية (وتسمى أيضًا الراتنجات). البلاستيك هو البوليمرات التي تربط عناصر التسليح معًا ، وتساعد على تحديد المطلوب الخصائص الفيزيائيةالمنتج النهائي.

تتميز اللدائن الحرارية بأنها صعبة في درجات الحرارة المنخفضةلكن تلين عند تسخينها. على الرغم من أنها أقل استخدامًا من اللدائن الحرارية ، إلا أنها تتمتع ببعض المزايا ، مثل متانة الكسر العالية ، والعمر الافتراضي الطويل كمواد خام ، وقابلية إعادة التدوير. يعد استخدام اللدائن الحرارية أكثر أمانًا وأقل تلويثًا مكان العمل، لأنه عند تحضيرها للاستخدام المباشر ليست هناك حاجة لذلك مادة متفاعلةلتصلبهم.

مسلسل Deutsch ACTيمثل موصلات مركبة عالية الأداءمصنوع وفقًا للمعيار MIL-DTL-38999.

أداء أي موصل هو مجموع أداء الخاص به الأجزاء المكونة. زاد استخدام المواد المركبة في سلسلة ACT من قوة جسم الموصل وآلية القفل الملولبة ، مما أدى إلى وصول عدد دورات التزاوج الممكنة إلى 1500. كما أدى استخدام المواد المركبة إلى زيادة مقاومة التآكل للموصلات (2000 ساعة في شروط رش الملح). بالإضافة إلى ذلك ، يتضمن تصميم هذه السلسلة من الموصلات مشابك تؤثر بشكل إيجابي على الأداء والمدة دورة الحياةالموصل.

اللدائن الحرارية ، أو اللدائن الحرارية، في شكلها الأصلي الحالة السائلة، ولكن تتصلب وتتصلب (تفلكن) عند تسخينها. عملية التصلب لا رجعة فيها ، لذلك لم تعد هذه المواد لينة عند تعرضها لدرجات حرارة عالية. عندما يتم تقوية المصفوفة البلاستيكية ، على سبيل المثال ، بألياف زجاجية ، تقاوم المواد الحرارية بنجاح التآكل والمواد الكيميائية القاسية وتكون متينة للغاية حتى في البيئات القاسية للغاية. توفر هذه المواد مرونة في التصميم وقوة عازلة عالية.

إذا تم تصنيف المركبات وفقًا لمادة المصفوفة ، فسيتم تمييزها: مركبات لدن بالحرارة ، مركبات باستخدام ألياف قصيرة (مقطعة) وللدائن حرارية ذات ألياف طويلة أو ألياف مقواة. وأشهر المواد لهذه المصفوفات هي: البوليستر (البوليستر) ، راتنجات الايبوكسي، فينول فورمالديهايد ، بوليميدات ، بولي أميد وبولي بروبيلين. يتم استخدام السيراميك والكربون والمعادن أيضًا كمصفوفات لبعض التطبيقات المحددة للغاية. على سبيل المثال ، يتم استخدام السيراميك عند تعرض المادة لدرجات حرارة عالية جدًا ، بينما يتم استخدام الكربون للمنتجات التي تتعرض للاحتكاك والتآكل.

البوليمراتلا تستخدم فقط كمواد مصفوفة ، بل تستخدم أيضًا كمواد تقوية راسخة لتقوية المواد المركبة. على سبيل المثال ، الكيفلار عبارة عن ألياف بوليمر قوية جدًا وتضيف صلابة للمادة المركبة جنبًا إلى جنب مع المتانة. في حين أن الألياف الزجاجية هي خيار التعزيز الأكثر استخدامًا ، يمكن للمركبات أيضًا استخدام التعزيز المعدني في شكل حديد التسليح لتقوية المعادن الأخرى ، مثل مركبات المصفوفة المعدنية (MMC). بالمقارنة مع مركبات مصفوفة البوليمر ، فإن MMCs أكثر مقاومة للاشتعال ويمكن أن تعمل على نطاق درجة حرارة أوسع ، وهي غير قابلة للرطوبة ، ولديها موصلية كهربائية وحرارية أعلى ، ومقاومة للتعرض للإشعاع ، ولا تنبعث منها الغازات السامة. ومع ذلك ، فإنها تميل إلى أن تكون أغلى من نظيراتها البديلة وتستخدم في الأماكن التي تكون فيها أعلى تحديدويمكن أن تبرر الخصائص زيادة التكلفة.

حتى الآن ، هذه المواد غالبًا ما تجد تطبيقًا في تجميعات الطائرات وأنظمة الفضاء.

المتانة والمقاومة درجات حرارة مرتفعة- عظم خصائص مهمةفي البوليمرات المستخدمة في تطبيقات التكنولوجيا الفائقة. يجب أن تُصنع المنتجات المخصصة للتطبيقات الفضائية التجارية والعسكرية باستخدام ما يسمى اللدائن الهندسية المتخصصة أو غير ذلك من البوليمرات المتخصصة ذات درجة الحرارة العالية. تم تطوير وتصميم اللدائن الهندسية مثل بوليستر أميد (PEI) وبولي فثالاميد (PPA) وكبريتيد البوليفينيل (PPS) والبوليستريميد (بولي أميد إيميد - PAI) خصيصًا للاستخدام في درجة حرارة التشغيل. كما أن الراتنجات من نوع Polyetherketone (PEEK) ومختلف البوليمرات الكريستالية السائلة (LCPs) قادرة أيضًا على تحمل درجات الحرارة المرتفعة للغاية. تلبي هذه المواد البلاستيكية المتطورة عالية التقنية أيضًا متطلبات انبعاثات الغازات السامة وهي مثبطة للهب.

فوائد استخدام المواد المركبة

نعتمد على المواد المركبة في عدد من جوانب أعمالنا الحياة اليومية. تم تطوير المواد المركبة القائمة على الألياف الزجاجية في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي ، وهي أول المواد المركبة الحديثة ولا تزال مستخدمة على نطاق واسع. في الحجم الإجمالي للمواد المركبة المنتجة حاليًا ، تحتل المواد القائمة على الألياف الزجاجية حوالي 65٪. قد تستخدم منتجات مصنوعة من الألياف الزجاجية المركبة دون أن تدرك ذلك.

يسمح العدد المتزايد باستمرار لمصنعي المواد المركبة ونمو عروضهم في السوق للمستهلكين بالاختيار المواد المطلوبةمع مراعاة عدد من مزاياها مثل:

• تعتبر المركبات خفيفة الوزن بشكل لا يصدق وبالتالي يتم استخدامها بشكل متزايد في أنظمة الاتصال الداخلية (الموصلات) حيث يكون الوزن الخفيف ضروريًا. بالنسبة لمعظم هذه التطبيقات ، يكون التوفير النموذجي للوزن مع المركبات فوق الألومنيوم حوالي 40٪ ، و 80٪ على النحاس والفولاذ المقاوم للصدأ.
• المواد المركبة متينة للغاية. على سبيل المثال ، تُستخدم المركبات عالية القوة المصنوعة من الألياف على نطاق واسع في الدروع الواقية للبدن. نظرًا للقوة العالية لهذه المواد المركبة ، فإن الجنود محميون جيدًا من الشظايا والرصاص.
• المركبات شديدة المقاومة للعدوانية مواد كيميائيةلن تصدأ أو تتآكل أبدًا. هذا هو بالضبط السبب في أن الصناعة البحرية كانت من أوائل من اعتمدها للاستخدام.
• بلاستيك البوليمرأقل عرضة للرنين الميكانيكي ، لذا فإن الأجزاء الملولبة المصنوعة من هذه المواد تكون أقل عرضة للفك والفك عند تعرضها للصدمات والاهتزازات العالية.
• بعض المواد المركبة ليست موصلة للكهرباء. هذا مهم لأنه غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى مواد مركبة حيث تكون هناك حاجة إلى القوة وخصائص العزل الكهربائي العالية.
• يمكن أن تضعف المواد المركبة المجالات المغناطيسية، تقليل تأثير المجالات المغناطيسية على التآكل وإخماد ما يسمى بـ "التوقيع الصوتي" ، أي خاصية الإشعاع الصوتي المميزة لكل جهاز ، والتي تعتبر شديدة الأهمية. خاصية مهمةعند تطوير منتجات ذات احتمالية منخفضة للكشف عنها.

الأجزاء المركبة أقل عرضة للفشل تحت الضغط من الأجزاء المعدنية. صدع صغير في الجزء المعدنييمكن أن يتطور إلى كارثي ، وبسرعة كبيرة وعواقب وخيمة للغاية. يمكن للمواد الليفية في هيكلها المركب المعقد أن توزع الضغط الداخلي وتمنع تمدد الشقوق الصغيرة.

يتم توزيع الحمل في أي مركب على طول أليافه ، والألياف هي التي تحمل كل الحمل ، لذا فإن نوعها وعددها واتجاهها وخطيها يحدد فعاليتها. تُستخدم مركبات الألياف الزجاجية في التطبيقات التي تتطلب في نفس الوقت الصلابة وخصائص العزل الكهربائي العالية ومقاومة التآكل. تُستخدم ألياف الكربون في المواد المركبة للتطبيقات التي تتطلب قوة وصلابة عالية. مصفوفة الراتنج في المركب ، الموزعة بين الألياف ، تحميها وتحمل الألياف في موقعها الصحيح واتجاهها. يحدد نوع راتنج المصفوفة خصائص امتصاصه ، لكل من الماء (استرطابية) والمركبات الكيميائية ، الخواص الميكانيكية في درجات حرارة عاليةوقوة الانضغاط والصلابة الميكانيكية.

بالإضافة إلى ذلك ، يحدد نوع الراتنج طريقة تصنيع المنتج النهائي وتكلفته بالنسبة لأنواع الراتنج البديلة وطرق التصنيع.

استخدام المواد المركبة في صناعات الدفاع والطيران

تتمثل أهم مزايا المواد المركبة في قوتها وصلابتها ، جنبًا إلى جنب مع الجاذبية النوعية المنخفضة. من الأصعب تصميم الأجزاء المعقدة من المركبات التي تستخدم الخصائص المدرجة لأغراضها الخاصة ، ولكن في نفس الوقت يجب أن تفي المتطلبات اللازمةالأبعاد الهندسية والتركيب والاستخدام الوظيفي. ولكن من خلال اختيار المجموعة المناسبة من مواد التعزيز ومواد المصفوفة ، يمكن للمصنعين توفير جميع خصائص المنتج الضرورية التي تلبي متطلبات كل من تصميمه المحدد والغرض المحدد من استخدامه.

تتقلص الموصلات الكهربائية المستخدمة لنقل الطاقة والبيانات في المنتجات العسكرية والفضائية باستمرار من حيث الحجم والوزن. يبحث العديد من العملاء العسكريين عن حلول أصغر وأخف وزنًا وأكثر مرونة تلبي المتطلبات الصناعية الصعبة للقوة والمتانة. التطورات الأخيرة في هذا المجال حلول بناءةجعلت من الممكن تحقيق قفزة في تكنولوجيا إنتاج وتنفيذ الموصلات ، والتي توفر خصائصها التقنية العالية والمتطلبات اللازمة لحماية البيئة.

المركبات هي أساس الكثير مشاريع حديثةفي تطوير الأجهزة مع الحد الأدنى من التأثير الملحوظ. إحداها طائرات بدون طيار. تم استخدام المواد المركبة بنشاط كبير في تصميمها ، مما أدى إلى إمكانية اكتشافها فقط من مسافة قريبة.

المركبات تقدم متانة عاليةوالصلابة بسبب ما هم عليه مواد مناسبةللأنظمة المستخدمة في إلكترونيات الطيران.

توفر هذه المواد وفورات في الوزن وقوة عالية واستقرارًا تشغيليًا يتجاوز بكثير تلك الموجودة في العديد من المعادن والمواد الحرارية غير المركبة.

تتطلب الحالة الخاصة للبيئة في الفضاء أيضًا وحدات خاصة يمكن استخدامها في الظروف الفضاء الخارجيبالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تفي بمتطلبات عدم وجود غازات سامة وأن تكون مصنوعة من مواد غير مغناطيسية. المركبات التي أساسها الكربون هي المادة الرئيسية في مركبات الإطلاق الحديثة والدروع الحرارية القابلة لإعادة الاستخدام سفن الفضاء. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في عاكسات الهوائي ، وعبور المركبات الفضائية ، ومهايئات خليج الحمولة ، وهياكل التجميع البيني ، والدروع الحرارية للمركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام.

إنها حقيقة لا شك فيها أن المواد المركبة يتم تطويرها بشكل متزايد للمتطلبات المحددة لأنظمة الاتصال الداخلية ، على الرغم من تعقيد تصميمها وعملية الإنتاج لتصنيعها ، فإن هذه المواد ، نظرًا لخصائصها ، تستحق الاستخدام. عادة ما يكون حجر العثرة عند استخدام المواد المركبة هو تكلفتها. على الرغم من أن عمليات التصنيع نفسها ، عند استخدام المواد المركبة ، غالبًا ما تكون أكثر كفاءة ، إلا أن المواد الخام نفسها باهظة الثمن. بالطبع ، لا يمكن أبدًا استبدال المواد المركبة تمامًا المواد التقليدية، مثل ، على سبيل المثال ، الفولاذ ، ولكن المزايا الهامة للمركبات تعطي مدخرات حقيقيةالأموال ، وتقليل استهلاك الوقود وتوفير في صيانة النظام ككل ، وزيادة عمر الخدمة لـ عدد كبيرمنتجات الدفاع والفضاء. بدون شك ، يجب أن نكون على دراية بكل الاحتمالات التي يمكن أن توفرها لنا المواد المركبة.

مصدرها www.connectorsupplier.com
جيني بيكشا ، Bishop & Associates Inc.
ترجمة: فلاديمير رينتيوك
نُشر المقال في مجلة "Bulletin of Electronics" العدد 1 2014