Қабатты композициялы материалдардың физика-химиялық қасиеттері

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 4 бет
Таңдаулыға:

Қабатты композициялы материалдардың физика-химиялық қасиеттері.

Заманауи металлдар физикасы олардың иілгіштігінің, беріктігінің және осы сияқты қасиеттерінің өзгеруін толығымен түсіндіргеннен кейін, жаңа материалдарды қарқынды жүйелік жасау басталды. Бұл болашақта беріктігі қазіргі қарапайым қорыптапалардан қарағанда бірнеше есе артық болатын материалдарды ойлап табуға алып келері анық. Болатты шыңдау және алюминді қорытпалардың тозуының белгілі механизмдеріне, осы белгілі механизмдердің жасалу процесстері мен құрылымдық материалдарды жасау мүмкіндіктерімен комбинацияларына үлкен назар аударылады. Құрылымдық материалдарды қолдану екі перспективті жолды ашады - талшықпен немесе дисперленген қатты бөлшектермен нығайту. Біріншіде бейорганикалық металлдық немесе органикалық полимерлі матрицаға шыңы, көміртек, бор, бериллий, болат, немесе жіп тәрізді монокристаллдардан аса жіңішке жоғары талшықтар еңгізілген. Осындай құрылымдау нәтижесінде максималды беріктік жоғарғы модульді иілгіштік пен кішкене тығыздықпен үйлестіріледі. Осындай композициялық материалдар болашақтың материалдары болады.

Композициялық материалдар - анағұрлым берік материалдардың жіп, талшық немесе үлпен тәрізді элементтері бар құрылымдық (металл немесе бейметалл) материалдар. Композициялық материалдардың мысалдары: борлы, көміртекті, шыңы талшықтармен немес олардың негізіндегі материалмен армирленген пластик; болат, бериллий талшықтарымен армирленген алюминий. Компоненттердің үлкен көлемін құрылымдау арқылы беріктіктің, ыстыққа беріктіктің, серпімділік модулінің, абразиялық беріктіктің қажетті мәндеріне ие композициялық материалдарды алуға болады, сонымен қатар қажетті магнитті, диэлектрлі, радиожұтқыш және басқа да арнайы қасиеттерге ие композицияларды жасап шығаруға болады.

Композициялық материалдар немесе композиттер деп құрылымы әрқайсысының ерекшелігін қолдануға мүмкіндік беретін бір бірінен қасиеттері бойынша қатты айырмашылыға бар компоненттерден тұратын көлемді гетерогенді жүйені атайды. Композициялық материалдардың қасиеттерінің спектрін кәдімгі материалдарды қолдану арқылы алуға болмайды. Олар осыған дейін әлі қолжетімсіз болған принципиалды жаңа құрылымдарды қолдануға мүмкіндік береді.

Композиялық материалдар құрылыс материалдарының негізгі көлемін және оларды бір-бірімен байланыстыратын жанаспалы қабат беріктігін анықтайды, сондай-ақ талшық пен оның қатты бөлшектегі құрамдық бөлігін құрайды.

Композициялық материалдардың маңызды сипатамалары - меншікті беріктік пен меншікті қаттылық, мұндағы - уақытша кедергі, Е - нормальді серпімділіктің модулі, - материал тығыздығы, g - ерікті құлаудың үдеуі. Меншікті беріктігі мен қаттылығы бойынша композициялық материалдар барлық белгілі құрылымдық қоспалардан асып түседі. (1-сурет) .

Жеңіл, берік және ұзақ тұратын бұйымдар мен конструкциялар алуға мүмкіндік береді, коррозиямен электромагнитті және радиациялық сәулеленуге төзімді, жеңіл жиналады және өзгереді, яғни құрылыста техникалық төңкеріс жасауға бейімді.

Композициялық материалдың негізі болып, полимерлер, органикалық тұтқырлар, күшейткіш дисперсті толтырғыштар танылады. Қазіргі заманғы композиялық материалдардағы толтырғыштарды, тек тұтқырдың ысырабын азайтатын және композиттің қөрылысын беріктендіретін қоспа ғана емес, сонымен қатар жүйе құрылыстың пайда болуын басқаратын және материалдағы берілген қасиеттерді жобалауға мүмкіндік беретін компонент есебінде қаралады.

Композициялық материалдар бірнеше жүйе қүрылыстық деңгейдегі бірінен кейін бірін ірілендіру мен жүйелік ұйымдастыруды түрлендіру принципі бойынша бөлінетін қырлары арқылы бір блокқа топтастырылған жүйе. Конгломератты көп құрылымды жүйе сияқты сипатта және осылайша ұйымдастыруды «блоктағы блок» немесе «құрылымдағы құрылым» деп атайды.

Дүниежүзілік масштабта композициялық материалдар өндірісі жылдан жылға осуде. Композициялық материалдар салыстырмалы төменгі тығыздықта бола тұра, жоғарғы беріктігімен сипатталады. Олардың қасиеттері, үлкен меншікті қырымен, әр түрлі құрылымдағы заттардың физика-химиялық қоспасындағы энергетикалық деңгейімен сипатталады.

Композициялық материалдардың салмағы, болатқа қарағанда 4-5 есе аз. Сондай бола тұра олардың беріктігі 25 есе көп болу мүмкін. Композициялық материал әр түрлі құрылымдағы заттардың физикалық, химиялық қоспаларынан пайда болған жаңа энергетикалық сападағы материал.

Дүниежүзілік масштабта жылдан-жылға композициялық ма-териалдардың өндірісі үлғаюда. Егер Батыс Европа мен АҚШ 1977 жылы әрқайсысы 350 мың тоннадан композициялык материалдар өндірген болса, осыдан 10 жылдан кейін, яғни 1986 жылы, осы көрсеткіш үш есе өсті. 2000-2005 жылдары композициялық материалдарға сұраныс 2, 5-3 млн тонна құрауы мүмкін. Демек, композициялық материалға қарағанда оның қымбаттығына орай, болашақта болатқа деген сұраныс кілт азаяды.

Европалық елдерде басқа материалдармен салыстырғанда, композициялық материалдар 2-3 есе көп шығарылады. Композитті материалардың төзімділігі өзіне ұқсас материалдарға қарағанда 2-3 есе жоғары. Теориялық есеп бойынша 1 т композициялық материал 15-20 т болатты ауыстырады, ал іс жүзінде 1 т композитті материалдарды 4-5 т болаттың орнына қолдануға болады екен.

Композициялық материалдың құрамындағы әрбір компонент бастапқы қасиеттерін сақтайды. Композициялық материалдарға асбестцемент, ағаш талшықты плиталар, цементті-жаңқалы плиталар, шыны талшықты анизотропиялық материалдарды жатқызуға болады. Сондай-ақ композициялық материалдарға бетон, темірбетон, фибробетон және т. б. жатады. Қазіргі уақытта өте берікті жеңіл материалдарға сұраныс өсуде.

Халық шаруашылығының барлық салаларында шыныталшықты пластиктер молынан қолданылуда. Композициялық материалдарды машина - ұшақ - ракета жасау бағыттарында меңгеруде. Болашақта жаңа құрылыс материалдары туралы ғылым оларды қолданудың технологиясы мен ғылыми теория бағытында дамуы керек.

Сапалы композициялық құрылыс материалдарын алу үшін компоненттердің жоғарғы шыдамдылығы мен беріктігін, оның берікті желімделуін, матрицаның иілгіштігі мен қаттылықтың ең жогарғы дәрежесіне жетуін қамтамасыз ету қажет. Бір жағынан, композиттердің сапалы көрсеткіштерінің өзара байланыстығы, екінші жағынан, өзара байланыстықтың технологиялық параметрлері мен қирау механизмінің тәуелдігін зерттеу композициялық материалдың беріктігін өсіруші факторларды анықтауға мүмкіндік береді.

Композициялық материалдың беріктігін, матрицаның иілгіштігі мен қаттылығын қамтамасыз ететін көптеген әдістер бар.

Атап айтсақ, қаңқалы талшықты бағытта орнықтыру арқылы, композиттің беріктік көрсеткіштерін, майысқақтығын, температураға шыдамдылығын және басқа да қасиеттерін жақсартуға болады. Мұндай жағдайда композициялық материалдардың құрамын дұрыс есептеу керек және компоненттердің тиімді арақатынасын анықтаған жөн.

Талшықты композициялық материалдарды әр түрлі белгілерімен жіктеуге болады. Мысалы, қолданылатын шикізаттың түріне, каңқалаудың сипаттамасына, матрица материалының өзгешелігіне (полимерлі, темірлі, керамикалы, көміртекті), қаңқалайтын талшық түріне (шыныпластиктер, боропластиктер) және т. б. қарай.

Қаңқалайтын талшық, композициялық материалдар құрамында біркелкі тегіс қабатпен, өзара параллельді бағытта немесе ішкі себептерге байланысты және шатасып оралған, мысалы, тоқылатын арматура сияқты орналасуы мүмкін.

Композициялық материалдың қаңқалаушы құрастырушылары, тығыздық пен беріктікті қамтамасыз ететін материалдар, майда ұнтақталған ұнтақ, микроталшық түрінде болуы мүмкін. Майда ұнтақталған дисперсиялы толықтырғыштар барлық көлемге біркелкі таратылады.

Толтырғыштардың меншікті беттерінің өсуіне орай композициялық материалдың көлеміндегі толтырғыштың тиімді мөлшері де өседі.

Композиттердің беріктігі, қаттылығы, жылуға төзімділігі елеулі түрде матрицаның материалымен анықталады, яғни байланыстырғыштың түрімен айқындалады. Полимерлі, каучукты, битумды матрицалар материалдың беріктігі мен иілгіштігін қамтамасыз етеді.

Қирау процесінде материалда сызаттар пайда болады, олардың дамуына толықтырғыштардың бөлшектері кедергі жасайды. Сызаттың, энергиясының біразын толықтырғыш қасындағы байланыс жұтады. Мүндай жағдайда дамып өсіп келе жатқан сызат қисаяды, тармақталады, толықтырғыш бөлшектерінің төңірегіндегі қозғалу жолының өсуіне орай сызаттың тарау жылдамдығы бәсеңдейді. Көп жағдайда бұзылудың көзі болатынын, байланыстырушымен бүркелмеген кішкене бөлшекті агрегаттар екенін білген жақсы. Материалдың ішкі жүйе қүрылымын, компоненттердің әр түрлі термиялық үлғаюынан пайда болған қалдықты кернеулер әлсіретеді. Осы кернеулердің көбі байланыстырғыш пен толтырғыштың жапсарларынан біраз қашықтықта топтанған. Майысу мен созылуға жұмыс істейтін композициялық материалдарды алу үшін, өзіне созылмалы кернеулерді қабылдайтын жоғарғы берікті талшықтарды қолданады. Талшықты композициялық материалдардың ішкі жүйе құрылымы ұнтақты толтырғыштар негізінде алынған композиттердің жүйелік құрылымынан елеулі түрде ерекшеленеді. Композиттің көлеміндегі үнтақты толықтырғыштың үлесіне 15-25% тиеді. Осындай жағдайда толықтырғыш барлық көлемге біркелкі бөлініп түседі. Ал талшықтың көлемі композит көлемінің 75% алуы ықтимал. Қаңқаланған талшықты композициялық материалдар жоғарғы беріктігімен, майысқақтығымен, тығыздығымен, әр түрлі температуралы жағдайларда қасиеттерінің сақталуымен, химиялық әсерлерге төзімділігімен ерекше көзге түседі.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.