Süsinikkiust komposiit
Süsinikkiuga tugevdatud vaigumaatrikskomposiit on uut tüüpi materjal, mis on valmistatud orgaanilisest polümeermaterjalist maatriksina ja süsinikkiust kui armatuurist komposiitprotsessi käigus ning millel on oluliselt parem jõudlus kui algkomponendil. ". Sellest on saanud üks olulisemaid lennunduse konstruktsioonimaterjale tänu oma suurele eritugevusele, kõrgele erimoodulile, väsimuskindlusele, korrosioonikindlusele, tugevale disaini terviklikkusele, mugavusele suure ala integreeritud vormimiseks ja eriliste elektromagnetiliste omaduste tõttu.
Süsinikkiuga tugevdatud vaigumaatrikskomposiitmaterjalides kasutatavad maatriksvaigud jagunevad peamiselt kahte kategooriasse: termoreaktiivne vaik ja termoplastne vaik. Termokõvenev vaik koosneb reaktiivsest madala molekulmassiga eelpolümeerist või suure molekulmassiga polümeerist koos aktiivse rühmaga. Vormimisprotsessi käigus ristseotakse ja kondenseeritakse kõvendi või kuumuse toimel, moodustades lahustumatu ristseotud struktuuri. Tavaliselt kasutatakse epoksüvaiku, fenoolvaiku, bismaleiinftaleiinamiini vaiku jne. Termoplastne vaik koosneb lineaarsest suure molekulmassiga polümeerist, mis teatud tingimustel lahustub ja sulab ning toimuvad ainult füüsikalised muutused. Tavaliselt kasutatakse polüetüleen, nailon, PEEK jne.
Levinud süsinikkiust materjalid:
1. Süsinikkiuga tugevdatud keraamilised maatrikskomposiidid
Keraamikal on suurepärane korrosioonikindlus, kulumiskindlus, kõrge temperatuurikindlus ja keemiline stabiilsus ning seda kasutatakse laialdaselt tööstus- ja tsiviiltoodetes. Selle saatuslikuks nõrkuseks on aga rabedus ja see on väga tundlik selliste peente defektide suhtes nagu praod, poorid ja kandmised. Süsinikkiuga tugevdatud keraamika võib tõhusalt parandada keraamika tugevust, muuta keraamika rabedat murdumismorfoloogiat ning takistada keraamilise maatriksi pragude kiiret levikut ja levikut. Praegu on kodus ja välismaal suhteliselt küps süsinikkiuga tugevdatud keraamiline materjal süsinikkiuga tugevdatud ränikarbiidmaterjal. Tänu oma suurepärastele kõrgtemperatuurilistele mehaanilistele omadustele ei vaja see kõrgel temperatuuril töötamiseks täiendavaid soojusisolatsioonimeetmeid, seetõttu kasutatakse seda laialdaselt lennukimootorites, korduvkasutatavates kosmosesõidukites ja muudes valdkondades.
2. Süsinik/süsinik komposiidid
Süsinik/süsinik komposiit on süsinikkiuga tugevdatud süsinikmaatriksi komposiidi lühend ja see on ka omamoodi täiustatud komposiit. See koosneb süsinikkiust, kangast, kootud kangast ja muudest tugevdatud süsinikmaatriksi komposiitidest. Süsinik/süsiniku komposiidid koosnevad peamiselt erinevat tüüpi süsinikust, nimelt kiudsüsinikust, vaigusüsinikust ja ladestatud süsinikust. Sellisel komposiidil, mis koosneb täielikult kunstlikult projekteeritud ja valmistatud puhtast süsiniku elementidest, on palju suurepäraseid omadusi. Lisaks suurele tugevusele, suurele jäikusele, mõõtmete stabiilsusele, oksüdatsioonikindlusele ja kulumiskindlusele on sellel ka kõrge purunemiskindlus ja pseudoplastilisus. Eriti kõrge temperatuuriga keskkonnas on sellel kõrge tugevus, see ei sula, ei põle ja on ainult ühtlane ablatsioon, mis on võrreldamatu ühegi metallmaterjaliga. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt kõrgtehnoloogilistes valdkondades, nagu rakettide lõhkepead, tahked rakettmootori düüsid ja lennukipidurikettad.
3. Süsinikkiuga tugevdatud metallmaatrikskomposiidid
Süsinikkiududega tugevdatud metallmaatrikskomposiit on komposiitmaterjal, mille tugevduskiud on süsinikkiud ja maatriks on metall. Võrreldes metallmaterjalidega on süsinikkiuga tugevdatud metallmaatrikskomposiitidel suurem eritugevus ja erimoodul; Võrreldes keraamikaga on sellel kõrge sitkus ja löögikindlus. Metallmaatriksina kasutatakse enamasti alumiiniumi, magneesiumi, niklit, titaani ja nende sulameid. Nende hulgas on süsinikkiuga tugevdatud alumiiniumi ja magneesiumi komposiitide valmistamise tehnoloogia suhteliselt küps. Peamine tehniline raskus süsinikkiuga tugevdatud metallmaatrikskomposiitide valmistamisel on süsinikkiudude pinnakate, et vältida süsinikkiudude kahjustamist segamisprotsessi ajal, vähendades seega komposiitide üldist jõudlust. Praegu kasutatakse süsinikkiudude pinna modifitseerimisel süsinikkiuga tugevdatud metallmaatrikskomposiitide valmistamisel peamiselt aurustamise-sadestamise, vedela naatriumi meetodit jne, kuid selle keeruline protsess ja kõrge hind piiravad süsinikkiuga tugevdatud metallmaatrikskomposiitide edendamist ja kasutamist.
4. Süsinikkiuga tugevdatud tsemendipõhine komposiit
Süsinikkiuga tugevdatud tsemendikomposiite (CFRC) valmistatakse süsinikkiudu lisamisega tsemendimaatriksisse, mida nimetatakse kiudbetooniks. Kõrgtugeva süsinikkiu lisamine tsemendipõhistesse materjalidesse on oluline meede tsemendikomposiitide pragude vastupidavuse, läbilaskvuse, nihketugevuse ja elastsusmooduli parandamiseks, pragude leviku kontrollimiseks, tugeva leelisekindluse parandamiseks ja deformatsioonivõime suurendamiseks.
Lisaks on süsinikkiul ka vibratsiooni summutav omadus, mis võib neelata vibratsioonilainet ja parandada seismilist takistust ja paindetugevust rohkem kui kümme korda. Väärtuslikum on see, et süsinikkiul on juhtivus. Selle lisamine tsemendimaatriksile annab tsemendimaatriksile intelligentsuse, mis laiendab oluliselt betooni kasutusala.
CFRC komposiidi pind ei pragune koormuse all. Selle tõmbetugevus, paindetugevus ja purunemistugevus on mitu kuni kümme korda suuremad kui ilma armatuurita, samuti on selle löögitugevus märkimisväärne. Tükeldatud süsinikkiuga tugevdatud tsemendi jaoks kasutatava süsinikkiu pikkus on tavaliselt {{0}} nm ja läbimõõt 7-20 μm. Tõmbetugevus on vahemikus 0,5 kuni 0,8 GPa. Tavalise tsemendi tugevus on üldiselt 11,76 MPa. Kui massi järgi lisatakse 15 protsenti süsinikkiudu, võib tugevus ulatuda 245 MPa-ni; Kui lisandi kogus on 20 protsenti, võib tugevus ulatuda 548,8 MPa-ni.
Lisaks on CFRC-l tavalise betooniga võrreldes eeliseks kerge kaal, kõrge tugevus, hea voolavus, tugev difusioon ja kõrge pinnakvaliteet pärast vormimist. Kui seda kasutatakse vaheseinana, on see 1/2–1/3 õhem kui tavalisest betoonist valmistatud vahesein ja selle kaal on 1/2–1/3 kergem. CFRC-l on mitmesuguseid spetsifikatsioone, mille hulgas kasutatakse lühidalt süsinikkiust raudbetooni peamiselt katuses, välisseinas, siseseinas, maapinnas, laes jne; Pikakiulist betooni kasutatakse kandvates komponentides. Sellest valmistatud komponendid on stabiilsete mõõtmetega ning neil on ka antistaatiline, kulumiskindlus, korrosioonikindlus ja muud omadused. Seetõttu on CFRC toimivuse uurimine viimastel aastatel kiiresti arenenud.
allikas: https://mp.weixin.qq.com/s/Y5MDhISUCvmcr5guRRpJSg