コンポジットについて

初心者が頭に浮かぶ複合材の最も単純な類似物は、菓子ウエハースと合板です。最初のケースでは、クリーミーなフィリングがメッシュ棚のあるケーキの間にあります。 2番目のオプションは、接着剤を含浸させた繊維の垂直層です。

複合材料は、さまざまな物理的、技術的、機械的特性が異なる異種材料とさまざまな種類の材料の層の組み合わせです。 主な要件の 1 つは中性であり、使用される層の化学的特性が非常に類似していることによって提供されます。得られた複合材料の技術的および機械的、ならびに多くの物理的特性は、各層の同様の初期パラメータとは異なります。

複合材料には、セルを含むマトリックスとフィラーの 2 種類の中間層しかありません。 複合材の最も単純な構造の類似物は、鉄骨で形成された鉄筋コンクリートであり、その内部（およびその一部の外側）のスペースはコンクリート注入で満たされ、コンクリート溶液を注入した日から1か月で硬化して強度が増します.

構造構造によると、複合材料は 繊維状、分散強化、部分強化 （組成のパラメーターの改善という意味で言及される部分硬化と混同しないでください）および ナノメートル.

複合材料の例。

• 引っ張り強度と摩耗性を高める人工毛を含む、紙幣や書類用のエンボス紙。また、偽のチケットの存在を示す多くの指標の 1 つでもあります。
• 藁を混ぜた粘土で作ったレンガ。日干し煉瓦はひび割れに対する耐性をいくらか獲得します。
• 金属粉や木粉を使ったエポキシ系接着剤。後者は、エポキシ樹脂を節約するために組成物に導入されます。
• 多方向の衝撃で壊れるカーボン。サイクリストが動いている方向と作用ベクトルが一致する衝撃や振動だけでは割れません。カーボンファイバーの自転車フレームをコンクリートのポールなどの物体に平らにぶつけると、カーボンファイバーが粉々に砕け散ります。
• トリプレックス - セルロイドの層で固定された車のフロント バイザーとリア バイザーのガラス層。事故が発生した場合、多数のくさび形の破片の飛散が除外され、事故に巻き込まれたドライバーの視力を失うことがよくあります。

そう、 警察や軍用車両の防弾ガラスは、3 層以上の強化ガラスでできています。 - 徹甲弾または砲弾でのみ貫通できます。装甲ガラスとは、層状複合材料を指します。今日利用可能なさまざまな開発により、複合材料は数十の種類と種類に分けられ、それぞれが建設および修理サービスの市場でかなりの需要があります。

そう、 特定の用途向けに設計されたミラー、充填材、石英、およびその他の複合材料があります。 これらの種の特徴はそれぞれ異なります。たとえば、ポリマーを含まないナノおよびマイクロコンポジットは燃えません。それらは、少なくとも摂氏数百度に加熱された場合にのみ炭化するため、室温では異常な温度での使用が簡単になります.

複合材料は、次のスキームに従って製造されます。 まず、マトリックス成分を強化繊維に適用し、次にプレス金型を使用して、強化成分とマトリックス自体のリボンを形成します。得られた材料をプレスして焼結し、繊維に追加のコーティングを施します。さらに、得られた二次材料（次の段階）は、再プレスに送られ、プラズマを使用して溶射の形でマトリックスを適用する段階を経ます。 3回目のプレス - 圧縮 - は最終段階です。このように圧縮（プレス）を少なくとも３回行う。

天然複合材料は、軽量、かなりの強度、最先端の性能を特徴としています。主に飛行機やロケットなどの航空機に使用されています。 単純な複合材料は、たとえば木の年輪や樹皮など、自然そのものによってすでに作成されています。 人間が作成した天然の複合材料 - おがくずなどを加えた砂、セメント砂ブロックを含む粘土製のレンガ。

グラスファイバーは、古典的な複合繊維の 1 つとして認識されています。 これは、さまざまな表面に接着される複合材料で作られたプラスチック テープです。 このマトリックスは、グラスファイバーストランドを所定の位置に保持します。このようにプレスされたガラス糸のおかげで、この素材の強度が確保されます。プラスチックは最初は柔らかくて柔軟ですが、ガラスは硬くてもろい構造をしています。

これらの特性を組み合わせることで、非常に柔軟であると同時に、プラスチックとガラスが互いに補完し合う頑丈な材料を得ることができます。 この複合材は、車体やモーター ボートの製造に使用されます。ガラス複合材は錆びたり酸化したりしません。

ずっと後に登場したより近代的な建築材料には、主な物質として金属、セラミック、および/またはポリマーが含まれています。 これらの材料の分類では、木材チップや粉塵などの非金属添加物も考慮されます。 プラスチック強化木材複合材、または複合ボード (および同じ成分から作られたシート材料) は、家具の製造や、ベランダやテラスのデッキの構成に使用されます。

木材を粉砕し、ポリマーを溶かして柔らかい状態にすると、硬化したデッキとして使用され、その上を歩いたり、家具を移動したりできます。 木とプラスチックの板やシートは壊れたり割れたりせず、頑丈な素材です。

MDF - ボックスまたはソリッド プロファイル合成樹脂やプラスチックを使用せず、天然由来の樹脂のみを使用しています。粉砕された木材はチップやダストになり、この物質が含浸された後、炉内で焼結とプレスの段階を経ます。 MDF で作られた一般的な製品は、ドアと高品質のラミネートです。樹脂の焼結および硬化中に、それらは重合します - 木粉が溶解する（そしてチップが分散する）天然ポリマーが形成されます。

最も単純な例は、炭素繊維で強化されたアルミニウムまたはマグネシウム合金です。 しかし、アルミニウムは炭化ケイ素で補うこともでき、銅-ニッケル組成物は炭素繊維の亜種であるグラフェンで補うことができます.金属マトリックスを含む複合材料は強く、ほとんどの問題を解決するのに十分な剛性を持ち、耐摩耗性、耐酸化性があり、全金属製品と比較して比較的軽量です。

それらは高価であり、処理が困難です。 たとえば、最新の複合材料から、ディーゼル内燃エンジン用のピストン要素が作られています。ファサードの複合サイディングは、シート アルミニウムでできており、その層間にプラスチックが注がれています。染色は、そのような仕上げに別の色を与えるのに役立ちます.

ご想像のとおり、セラミック複合材の主な材料は金属ではなく、セラミックでした。たとえば、ケイ酸塩含有物に基づいて作られたホウ素含有ガラスがこの要素として使用されます。 二次マトリックス成分として機能し、炭素繊維またはセラミック含有物で強化され、その役割で炭化ケイ素が使用されます。 セラミック複合材料は、例えば、キンククラッキング現象を克服する特徴的な補強を提供することにより、固体セラミックの脆さに対処することを可能にする。

カーバイド - 炭素繊維複合材料は、市場で最も人気のある複合材料の 1 つです。、これにより、その強度特性とそのような物質から作られたブランクの信頼性指標の点で、炭素繊維と複合材よりも優れた組成物を得ることができます。このような複合材料は、例えば、自動車のブレーキおよびクラッチシステム用の部品の製造に使用されます。

今日、すでに市場に浸透している材料に取って代わるより近代的な材料の開発は止まりません。それらから作られた製品の数は数万種類に上ります。そう、 ナノテクノロジーの強化繊維のサイズは、より長い先行技術よりも 1000 分の 1 です。 未来の材料の 1 つにカーボン ナノチューブがあり、これからホッケースティックなどが作られます。この例では、ナノカーボン繊維はニッケル-コバルト複合材料でコーティングされています。このスティックは、同等のスチール合金製品よりもほぼ 3 倍の強度があり、ひび割れすることなくキンクする可能性が 5 分の 1 です。

分散強化複合材料はナノマテリアルと呼ばれ、主な繊維の長さのサイズは100 nmの値になります。 しかし、過去 10 年間で、ナノ粒子の長さは 10 nm に短縮されました。たとえば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または電子メモリを形成するマイクロ回路の結晶を形成する半導体や導体で、同様のアプローチが使用されています。複合ビームとパネルには厳格な基準が適用されます。たとえば、剛性 (ヤング率) は少なくとも 130 ギガパスカルでなければならず、材料は疲労摩耗に耐え、寸法的に安定している必要があります。目標は、これらすべての問題を同時に解決することです。短所 - これらの材料の開発、実装、および実用化における科学集約的なワークロードの増加による高コスト。

CMの生産のためのロシア市場は、世界レベルからの輸出供給のわずか3％です。これは、複合建築材料の製造を簡素化する統一された規制文書がないためであり、最近まで製造用原材料の 90% が輸入されていました。

そう、 ロシアでの CFRP 生産は発展し始めたばかりですが、たとえば、中国は複合材の主要生産国の 1 つです。 ロシアの科学者も参加した新しい材料は、主にナノ粒子の使用に基づいています。

航空機産業では、一部のエンジン コンポーネントや航空機の支持構造の製造に複合材料が使用されています。 宇宙産業では、軌道投入時に強い熱を受けるロケットや人工衛星の耐荷重構造や被覆構造の製造に使用されています。 自動車産業は、ボディワークとバンパーに複合材を使用しています。鉱業では、CM をドリルの材料として使用します。土木工学では、CM を使用して橋やその他の高層構造物の要素を構築します。

エンジニアリングのさまざまな分野における主な前提条件は、自動車や特殊機器、あらゆる種類の車両の自重を軽減することです。 コンポーネントの最大 70% が非金属材料です。セルフレベリング フロア (充填床) や流し込み階段には、空気と反応する前に、半液体のおそらくシロップ状の物質が存在する複合材料の使用が含まれます。このような複合材は、主なフィラーが溶解しているエポキシ接着剤を使用して、サブフロアのコンクリートベースに簡単に適用できます。

CM の使用の実現可能性を計算するための基礎は、最も重要なパラメーター、つまり適切な技術の使用の有効性です。 より複雑な複合材の製造では、金属マトリックスと非金属マトリックスをさまざまな順序で組み合わせることができます。 例として、トレッドミルで強化繊維のいくつかの層が使用されている自転車のタイヤ：カプロン、ケブラー、細い鋼線、およびコンパウンド。これにより、保護ラインの数を増やすことができます。これらのテクノロジーのおかげで、サイクリストはとげやガラス片、ワイヤーを「つかむ」ことがなく、アスファルト、プライマー、岩だらけの道路なしで道端を移動します。

そのようなタイヤは、パンクが頻繁に発生するほど摩耗する前に、1 km ではなく、少なくとも 2 万 km を通過します。 そのようなタイヤ 1 本のコストを計算すると、この値札が 10 倍以上増加する可能性があり、同様のタイヤを最大 10 回交換することなく、全体的な価格をわずかに下げることができます (この係数は、修理操作）-同じゴムで同じ20,000 kmをすべて通過するとき。

この場合、自転車のタイヤは一種のマルチコンポジットであり、1 つだけでなく複数の改良層 (マトリックス) が使用されます。 特定のタイプの複合材料の生産の計算は、それが使用される形態に基づいています。強化含有物は、糸、テープ、薄い生地、繊維状またはトウ成分として使用されます。材料中の硬化剤の量は、特定の種類の複合材の目的に応じて、体積および重量で 30 ～ 80% です。