Композитный материал - Composite material

Было предложено, чтобы эта статья была Трещина в статьи под названием Формование в автоклаве, Трансферное формование смолы, Формование мешков под давлением и Литьевое формование из легкой смолы. (Обсудить) (Ноябрь 2020)

А композитный материал (также называемый композиционный материал или сокращено до составной(общее название) - это материал, произведенный из двух или более составляющих материалов с существенно разными химическими или физическими свойствами, которые при слиянии создают материал со свойствами, отличными от отдельных элементов. Отдельные компоненты остаются отдельными и отчетливыми внутри готовой структуры, что отличает композиты от смеси и твердые растворы.^[1][2]

Люди могут предпочесть новый материал по многим причинам. Типичные примеры включают материалы, которые дешевле, легче или прочнее по сравнению с традиционными материалами.

В последнее время исследователи также начали активно включать зондирование, срабатывание, вычисление и коммуникацию в композиты,^[3] которые известны как Роботизированные материалы.^[4]

Типичный спроектированный композитные материалы включают:

• Железобетон и кирпичная кладка
• Композитная древесина такие как фанера
• Армированный пластик, такие как армированный волокном полимер или стекловолокно
• Композиты с керамической матрицей (композитные керамические и металлические матрицы )
• Композиты с металлической матрицей
• и другие современные композитные материалы

Композитные материалы обычно используются для здания, мосты, и структуры такие как корпуса лодок, панели для бассейна, гоночный автомобиль тела, душ киоски ванны, резервуары для хранения, подражание гранит и культивированный мрамор раковины и столешницы.

Самые продвинутые примеры обычно работают на космический корабль и самолет в сложных условиях.^[5]

История

Самые ранние композитные материалы были сделаны из солома и грязь объединены, чтобы сформировать кирпичи для строительство строительство. Древний производство кирпича был задокументирован Египетские гробницы.^{[нужна цитата ]}

Плетень и мазня - один из старейших композитных материалов, которому более 6000 лет.^[6] Бетон также является композитным материалом и используется чаще, чем любой другой синтетический материал в мире. По состоянию на 2006 г.^{[Обновить]}ежегодно производится около 7,5 миллиардов кубометров бетона - более одного кубического метра на каждого человека на Земле.^[7]

• Вуди растения, оба правда дерево от деревья и такие растения как ладони и бамбук, дают природные композиты, которые доисторически использовались человечеством и до сих пор широко используются в строительстве и строительстве лесов.
• Фанера 3400 г. до н.э.^[8] древними месопотамцами; склейка дерева под разными углами дает лучшие свойства, чем натуральное дерево.
• Картонная упаковка слои льна или папируса, пропитанные гипсом, датируются Первый промежуточный период Египта c. 2181–2055 гг. До н. Э.^[8] и использовался для посмертные маски.
• Початок глиняные кирпичи или глиняные стены (с использованием глины (глины) с соломой или гравием в качестве связующего) использовались в течение тысяч лет.
• Бетон был описан Витрувий, писавший около 25 г. до н.э. в своей Десять книг по архитектуре, различают типы заполнителя, подходящие для приготовления известковые растворы. Для строительные растворы, он рекомендовал пуццолана, которые были вулканическими песками из песчаных пластов Поццуоли коричневато-желто-серого цвета около Неаполь и красновато-коричневый на Рим. Vitruvius определяет соотношение 1 часть извести к 3 частям пуццолана для цемента, используемого в зданиях, и соотношение 1: 2 извести к Puteolanus Puteolanus для подводных работ, по сути, такое же соотношение, которое сегодня используется для бетона, используемого в море.^[9] Природные цементные камни после обжига производятся цементы, которые использовались в бетонах с постримских времен до 20 века, с некоторыми свойствами, превосходящими промышленные портландцемент.
• Папье-маше, смесь бумаги и клея, использовалась на протяжении сотен лет.
• Первый искусственный армированный волокном пластик была комбинацией стекловолокна и бакелит, исполненная в 1935 году Элом Симисоном и Артуром Д. Литтлом в компании Owens Corning.^[10]
• Один из наиболее распространенных и знакомых композитов - это стекловолокно, в котором небольшое стекловолокно заделано в полимерный материал (обычно эпоксидный или полиэфирный). Стекловолокно относительно прочное и жесткое (но также хрупкое), в то время как полимер пластичный (но также слабый и гибкий). Таким образом, полученное стекловолокно является относительно жестким, прочным, гибким и пластичным.

Примеры

Композитные материалы

Бетон является наиболее распространенным искусственным композитным материалом из всех и обычно состоит из рыхлых камней (агрегатов), удерживаемых матрицей из цемент. Бетон - недорогой материал, он не сжимается и не раскалывается даже под действием довольно большой силы сжатия.^[11] Однако бетон не может выдержать растягивающую нагрузку.^[12] (т.е. если растянуть, то быстро разобьется). Поэтому, чтобы дать бетону способность противостоять растяжению, в бетон часто добавляют стальные стержни, которые могут противостоять высоким силам растяжения. железобетон.

Полимеры, армированные волокном включают полимер, армированный углеродным волокном и стеклопластик. Если классифицировать по матрице, то есть термопластичные композиты, термопласты с короткими волокнами, термопласты с длинными волокнами или термопласты, армированные длинными волокнами. Есть множество термореактивный композиты, в том числе бумажные композитные панели. Многие продвинутые термореактивная полимерная матрица системы обычно включают арамид волокно и углеродное волокно в эпоксидная смола матрица.

Полимер с памятью формы Композиты - это высокоэффективные композиты, в состав которых входят армирующие волокна или ткань и полимерная смола с памятью формы в качестве матрицы. Поскольку в качестве матрицы используется полимерная смола с памятью формы, эти композиты могут быть легко преобразованы в различные конфигурации, когда они нагреваются выше их температуры активации и будет демонстрировать высокую прочность и жесткость при более низких температурах.^{[нужна цитата ]} Их также можно повторно нагревать и изменять форму без потери свойств материала.^{[нужна цитата ]} Эти композиты идеальны^{[нужна цитата ]} для таких приложений, как легкие, жесткие, развертываемые конструкции; быстрое изготовление; и динамическое армирование.

Композиты с высокой деформацией являются другим типом высокопроизводительных композитов, которые предназначены для работы в условиях высокой деформации и часто используются в развертываемых системах, где структурная гибкость является предпочтительной.^{[нужна цитата ]} Хотя композиты с высокой деформацией имеют много общего с полимерами с памятью формы, их рабочие характеристики обычно зависят от расположения волокон, а не от содержания смолы в матрице.

В композитах также могут использоваться металлические волокна, армирующие другие металлы, как в композиты с металлической матрицей (MMC) или композиты с керамической матрицей (CMC), который включает кость (гидроксиапатит усиленный коллаген волокна), металлокерамика (керамика и металл) и бетон. Композиты с керамической матрицей в первую очередь предназначены для вязкость разрушения, а не для силы. Другой класс композитных материалов включает тканые композиты, состоящие из продольных и поперечных кружевных нитей. Композитные тканые материалы являются гибкими, поскольку они имеют форму ткани.

Композиты "органическая матрица / керамический заполнитель" включают: асфальтобетон, полимербетон, мастичный асфальт, мастика роликовая гибридная, стоматологический композит, синтаксическая пена и перламутр. Доспехи Чобхэма это особый вид композитная броня используется в военных приложениях.

Кроме того, термопластичные композиционные материалы могут быть составлены из специальных металлических порошков, что дает материалы с диапазоном плотности от 2 г / см³ до 11 г / см³ (такая же, как у свинца). Наиболее распространенное название этого типа материала - «соединение высокой плотности» (HGC), хотя также используется «замена свинца». Эти материалы могут использоваться вместо традиционных материалов, таких как алюминий, нержавеющая сталь, латунь, бронза, медь, свинец и даже вольфрам, при взвешивании, балансировке (например, при изменении центра тяжести теннисного корта). ракетка ), гашение вибрации и радиационная защита. Композиты с высокой плотностью являются экономически целесообразным вариантом, когда определенные материалы считаются опасными и запрещены (например, свинец) или когда решающими факторами являются затраты на вторичные операции (такие как механическая обработка, отделка или покрытие).

А композит с сэндвич-структурой это особый класс композитных материалов, которые изготавливаются путем прикрепления двух тонких, но жестких оболочек к легкому, но толстому сердечнику. Материал сердечника обычно представляет собой материал с низкой прочностью, но его более высокая толщина обеспечивает многослойный композит с высокой прочностью. изгиб жесткость с общим низким плотность.

Древесина - это природный композит, содержащий волокна целлюлозы в лигнин и гемицеллюлоза матрица. Инженерная древесина включает в себя широкий спектр различных продуктов, таких как древесноволокнистые плиты, фанера, ориентированно-стружечная плита, древесно-пластиковый композит (переработанное древесное волокно в полиэтиленовой матрице), Pykrete (опилки в ледяной матрице), пропитанные пластиком или ламинированная бумага или текстиль, Арборит, Formica (пластик) и Микарта. Другие инженерные ламинатные композиты, такие как Маллит, используйте центральную сердцевину конечного зерна бальзовое дерево, приклеенный к поверхностным поверхностям света сплав или GRP. Из них получаются легкие и высокопрочные материалы.

Композиты в виде частиц содержат частицы в качестве наполнителя, диспергированные в матрице, которая может быть неметаллом, например стеклом или эпоксидной смолой. Автомобильная шина - это пример композиционного материала из твердых частиц.

Сообщалось о передовых полимерных композитах с алмазоподобным углеродным (DLC) покрытием.^[13] где покрытие увеличивает гидрофобность, твердость и износостойкость поверхности.

Продукты

Армированные волокном композитные материалы завоевали популярность (несмотря на их в целом высокую стоимость) в высокоэффективных продуктах, которые должны быть легкими, но достаточно прочными, чтобы выдерживать жесткие условия нагрузки, такие как аэрокосмический компоненты (хвосты, крылья, фюзеляжи, пропеллеры ), лодка и череп корпуса велосипед кадры и гоночный автомобиль тела. Другое использование включает удочки, резервуары для хранения, панели для бассейнов и бейсбольные биты. В Боинг 787 и Airbus A350 конструкции, включая крылья и фюзеляж, в основном состоят из композитных материалов. Композитные материалы также становятся все более распространенными в сфере ортопедическая хирургия, и это наиболее распространенный материал для хоккейных клюшек.

Углеродный композит является ключевым материалом в современных ракетах-носителях и тепловые экраны для возвращение фаза космический корабль. Он широко используется в подложках солнечных панелей, антенных отражателях и ярмах космических кораблей. Также используется в переходниках полезной нагрузки, межкаскадных конструкциях и теплозащитных экранах. ракеты-носители. Более того, дисковый тормоз системы самолеты и гоночные автомобили используют углерод / углерод материал, а композитный материал с участием углеродные волокна и Карбид кремния матрица была введена в роскошные автомобили и спортивные автомобили.

В 2006 году армированная волокном композитная панель для бассейнов была представлена ​​для подземных бассейнов, как жилых, так и коммерческих, в качестве неагрессивной альтернативы оцинкованной стали.

В 2007 году полностью композитный военный Humvee была представлена ​​TPI Composites Inc и Armor Holdings Inc, первой полностью композитной военная машина. Благодаря использованию композитных материалов автомобиль легче, что позволяет увеличить полезную нагрузку. В 2008 году углеродное волокно и DuPont Кевлар (в пять раз более прочный, чем сталь) был объединен с улучшенными термореактивными смолами для создания военных транспортных ящиков ECS Composites, создавая на 30 процентов более легкие корпуса с высокой прочностью.

Трубы и фитинги различного назначения, такие как транспортировка питьевой воды, пожаротушение, орошение, морская вода, опресненная вода, химические и промышленные отходы, а также сточные воды, теперь производятся из стеклопластика.

Композиционные материалы, используемые в натяжных конструкциях для фасадов, обладают преимуществом полупрозрачности. Тканая ткань-основа в сочетании с соответствующим покрытием позволяет лучше пропускать свет. Это обеспечивает очень комфортный уровень освещения по сравнению с полной яркостью снаружи.^[14]

Крылья ветряных турбин, увеличивающиеся в размерах до 50 м в длину, уже несколько лет производятся из композитных материалов.

Люди с двумя ампутированными ногами бегают на пружинных искусственных ногах из углеродного композита так же быстро, как и здоровые спортсмены.

Газовые баллоны высокого давления, обычно для пожарных объемом около 7–9 литров и давление 300 бар, в настоящее время изготавливаются из углеродного композита. Цилиндры типа 4 включают в себя металл только в качестве выступа, несущего резьбу для ввинчивания клапана.

5 сентября 2019 г. HMD Global представил Nokia 6.2 и Nokia 7.2 которые, как утверждается, используют для каркасов полимерный композит.

Обзор

Композиционные материалы создаются из отдельных материалов, называемых составляющими материалами. Есть две основные категории составляющих материалов: матрица (связующее ) и подкрепление. Требуется хотя бы одна порция каждого вида. Матричный материал охватывает и поддерживает армирующие материалы, сохраняя их относительное положение. Усиления позволяют их особым механическим и физическим свойствам улучшать свойства матрицы. Синергизм обеспечивает свойства материала, недоступные для отдельных составляющих материалов, в то время как большое разнообразие матриц и упрочняющих материалов позволяет проектировщику продукта или конструкции принять наиболее желательную комбинацию.

Спроектированные композиты должны формоваться. Матрица может быть установлена ​​на арматуру до или после армирующего материала. Его кладут на поверхность формы или в форма полость. Матрица подвергается объединению, после которого обязательно задается форма детали. Это событие смешения может происходить несколькими способами, в зависимости от природы материала матрицы, например, химического полимеризация для термореактивная полимерная матрица или затвердевание из расплавленного состояния для композита с термопластичной полимерной матрицей.

В соответствии с потребностями конструкции конечного изделия могут использоваться различные методы формования. Ключевыми факторами, влияющими на методологию, являются характер выбранной матрицы и подкрепление. Еще один важный фактор - это количество производимого материала. Огромные количества могут использоваться для поддержки высоких капиталовложений в технологии быстрого и автоматизированного производства. Небольшие объемы производства обеспечиваются более дешевыми капитальными вложениями, но более высокими затратами на рабочую силу и инструменты, соответственно, более медленными темпами.

Многие коммерчески производимые композиты используют полимер матричный материал часто называют раствором смолы. В зависимости от исходного сырья доступно множество различных полимеров. Есть несколько широких категорий, каждая из которых имеет множество вариаций. Самые распространенные из них известны как полиэстер, виниловый эфир, эпоксидная смола, фенольный, полиимид, полиамид, полипропилен, PEEK, и другие. Армирующими материалами часто являются волокна, но также обычно измельченные минералы. Различные методы, описанные ниже, были разработаны для уменьшения содержания смолы в конечном продукте или увеличения содержания волокна. Как показывает практика, компоновка приводит к продукту, содержащему 60% смолы и 40% волокна, тогда как вакуумная инфузия дает конечный продукт с содержанием смолы 40% и волокна 60%. От этого соотношения во многом зависит крепость продукта.

Мартин Хуббе и Люсьен А. Люсия рассматривают дерево быть естественным составом целлюлозные волокна в матрица из лигнин.^[15][16]

Избиратели

Матрицы

Органический

Обычными матрицами являются полимеры (в основном используемые для пластиков, армированных волокном). Часто дорожное покрытие строится из асфальтобетон который использует битум как матрица. Грязь (плетень и мазня) находит широкое применение. Обычно наиболее распространенные композитные материалы на основе полимеров, в том числе углеродное волокно, стекловолокно и Кевлар, включают как минимум две части: смолу и основу.

Полиэфирная смола имеет желтоватый оттенок и подходит для большинства проектов на заднем дворе. Его недостатки в том, что он чувствителен к ультрафиолетовому излучению и со временем может ухудшаться, поэтому обычно на него также наносится покрытие для защиты. Его часто используют при изготовлении досок для серфинга и в морских приложениях. Его отвердитель - перекись, часто МЕКП (перекись метилэтилкетона). Когда перекись соединяется со смолой, она разлагается с образованием свободных радикалов, которые начинают реакцию отверждения. В этих системах отвердители часто называют катализаторами, но они не соответствуют строжайшему химическому определению катализатора, так как не появляются в неизменном виде в конце реакции.

Смола сложного винилового эфира указывает на наличие пурпурного, голубоватого или зеленоватого оттенка. Эта смола имеет более низкую вязкость, чем полиэфирная смола, и более прозрачна. Обычно эта смола считается топливостойкой, но она плавится при контакте с бензином. Со временем он более устойчив к разрушению, чем полиэфирная смола, и более гибкий. В нем используются те же отвердители, что и у полиэфирной смолы (при аналогичном соотношении компонентов в смеси), и цена почти такая же.

Эпоксидная смола после отверждения почти прозрачна. Эпоксидная смола используется как структурный матричный материал или как структурный клей в аэрокосмической промышленности.

Полимер с памятью формы (SMP) смолы, в зависимости от их состава, имеют различные визуальные характеристики. Эти смолы могут быть на основе акрилата, которые могут использоваться в приложениях с очень низкими температурами, например, для датчиков, которые показывают, нагрелись ли скоропортящиеся товары выше определенной максимальной температуры; на основе цианат-сложных эфиров, которые используются в космосе; на эпоксидной основе, которая может быть использована для ремонта кузовов автомобилей и уличного оборудования. Эти смолы уникальны тем, что их форму можно регулярно изменять путем нагревания выше их стеклование температура (Tг). При нагревании они становятся эластичными и гибкими, что позволяет легко конфигурировать. Они сохранят свою новую форму после охлаждения. Смолы вернутся к своей первоначальной форме, когда они будут повторно нагреты до температуры выше их Tг. Преимущество полимерных смол с памятью формы заключается в том, что без потери их свойств материала им можно регулярно придавать и изменять форму. Эти смолы могут быть использованы для изготовления композитов с памятью формы.

Традиционные материалы, такие как клеи, растворы, традиционно использовались в качестве матриц для саман и папье-маше.

Неорганический

Применяются цемент (бетон), керамика, иногда стекло и металлы. Иногда предлагаются необычные матрицы, такие как лед, как в пикекетон.

Подкрепление

Волокно

Армирование обычно увеличивает жесткость и значительно предотвращает распространение трещин. Тонкие волокна могут иметь очень высокую прочность, и при условии, что они хорошо механически прикреплены к матрице, они могут существенно улучшить общие свойства композита.

Волокно -армированные композитные материалы можно разделить на две основные категории. Это материалы, армированные непрерывным волокном и короткие армированные волокном материалы. Непрерывно армированные материалы обычно образуют слоистую или слоистую структуру. Стили непрерывных и тканых волокон обычно доступны в различных формах, предварительно пропитанных заданной матрицей (смолой), сухими однонаправленными лентами разной ширины, полотняным переплетением, атласными жгутами, плетеными и прошитыми.

Длинные и короткие волокна обычно используются в операциях компрессионного формования и формования листов. Они бывают в форме хлопьев, стружек и беспорядочно уложенных волокон (которые также могут быть изготовлены из непрерывного волокна, уложенного случайным образом до тех пор, пока не будет достигнута желаемая толщина слоя / ламината).

Обычные волокна, используемые для армирования, включают: стекловолокно, углеродные волокна, целлюлоза (древесное / бумажное волокно и солома) и высокопрочные полимеры, например, арамид. Карбид кремния волокна используются для некоторых высокотемпературных применений.

Частицы

Армирование частицами добавляет аналогичный эффект к осадочное твердение в металлах и керамике. Крупные частицы препятствуют движению дислокаций и распространению трещин, а также способствуют деформации композита. Модуль для младших. В общем, влияние усиления частицами на модуль Юнга находится между значениями, предсказанными

${ displaystyle E_ {c} = { frac {E _ { alpha} E _ { beta}} {(V _ { alpha} E _ { beta} + V _ { beta} E _ { alpha})}}}$

как нижняя граница и

${ Displaystyle E_ {c} = V _ { alpha} E _ { alpha} + V _ { beta} E _ { beta}}$

в качестве верхней границы.

Следовательно, это может быть выражено как линейная комбинация вклада матрицы и некоторого взвешенного вклада частиц.

${ displaystyle E_ {c} = V_ {m} E_ {m} + K_ {c} V_ {p} E_ {p}}$

Где K_c - экспериментально полученная константа между 0 и 1. Этот диапазон значений для K_c свидетельствует о том, что композиты, армированные частицами, не характеризуются состоянием изопрочности.

Точно так же предел прочности при растяжении может быть смоделирован уравнением аналогичной конструкции, где K_s аналогично ограниченная константа, не обязательно имеющая то же значение K_c^[17]

${ Displaystyle (T.S.) _ {c} = V_ {m} (T.S.) _ {m} + K_ {s} V_ {p} (T.S.) _ {p}}$

Истинное значение K_c и K_s варьироваться в зависимости от факторов, включая форму частиц, распределение частиц и границу раздела частицы / матрицы. Зная эти параметры, механические свойства могут быть смоделированы на основе эффектов от усиление границ зерен, укрепление вывиха, и Орован укрепление.^[18]

Наиболее распространенным композитом, армированным частицами, является бетон, который представляет собой смесь гравия и песка, обычно укрепленную путем добавления мелких камней или песка. Металлы часто армируют керамика увеличить силу за счет пластичность. Наконец, полимеры и резину часто армируют углеродной сажей, обычно используемой в автомобильных шинах.^[19]

Ядра

Некоторые конструкции композита с укладкой также включают совместное или последующее отверждение препрега с различными другими средами, такими как пена или соты. Обычно это называется сэндвич-структура. Это более общая компоновка для изготовления кожухов, дверей, обтекателей или других частей.

Открытые и закрытые ячейки пены любить поливинил хлорид, полиуретан, полиэтилен или полистирол пены, бальзовое дерево, синтаксические пены, и соты обычно используются основные материалы. Открытые и закрытые ячейки металлическая пена также могут использоваться в качестве основных материалов. В последнее время трехмерные графеновые структуры (также называемые графеновой пеной) также используются в качестве основных структур. В недавнем обзоре, проведенном Хуррамом и Сюй и др., Приводится краткое изложение современных методов изготовления трехмерной структуры графена и примеры использования этих пеноподобных структур в качестве ядра для их соответствующие полимерные композиты.^[20]

Полукристаллические полимеры

Хотя две фазы химически эквивалентны, полукристаллические полимеры можно описать как количественно, так и качественно как композиционные материалы. Кристаллическая часть имеет более высокий модуль упругости и обеспечивает усиление менее жесткой аморфной фазы. Полимерные материалы могут составлять от 0% до 100%.^[21] кристалличность или объемная доля в зависимости от молекулярной структуры и термической истории. Для изменения процентной кристалличности в этих материалах и, следовательно, механических свойств этих материалов, как описано в разделе физических свойств, могут использоваться различные технологии обработки. Этот эффект наблюдается в самых разных местах, от промышленных пластиков, таких как полиэтиленовые пакеты для покупок, до пауков, которые могут производить шелк с различными механическими свойствами.^[22] Во многих случаях эти материалы действуют как композиты частиц со случайно распределенными кристаллами, известными как сферолиты. Однако они также могут быть анизотропными и действовать как композиты, армированные волокном.^[23] В случае шелка паука свойства материала могут зависеть даже от размера кристаллов, независимо от объемной доли.^[24] По иронии судьбы, однокомпонентные полимерные материалы являются одними из наиболее легко настраиваемых известных композитных материалов.

Методы изготовления

Изготовление композитов осуществляется различными методами, в том числе:

• Расширенное размещение волокон (Автоматическое размещение волокна)
• Процесс укладки стекловолокна распылением
• Намотка нити
• Ланоксидный процесс
• Индивидуальное размещение волокон
• Тафтинг
• Z-образное крепление

Обычно изготовление композита включает смачивание, смешивание или насыщение подкрепление с матрица, а затем побуждают матрицу связываться вместе (с помощью тепла или химической реакции) в жесткую структуру. Обычно операция^{[нужна цитата ]} выполняется в открытой или закрытой формовочной форме, но порядок и способы введения компонентов значительно различаются.

Обзор плесени

Армирующий и матричный материалы объединяются, уплотняются и отверждаются (обрабатываются) в форме, чтобы пройти процесс слияния. Форма детали в основном устанавливается после процесса плавления, хотя при определенных условиях процесса она может деформироваться. Событие слияния - это реакция отверждения, которая запускается перспективой дополнительного нагрева или химической реакционной способности, такой как органический пероксид, для термореактивная полимерная матрица материал. Событие плавления представляет собой затвердевание термопластичного полимерного матричного материала из расплавленного состояния.Событие плавления - это плавление при высоком давлении и температуре, близкой к температуре плавления, для материала металлической матрицы, такого как титановая фольга.

Для многих способов формования полезно называть одну деталь формы "нижней" формой, а другую деталь формы - "верхней" формой. Нижняя и верхняя части относятся к разным поверхностям формованной панели, а не к конфигурации формы в пространстве. В этом соглашении всегда существует нижняя форма, а иногда и верхняя форма. Изготовление детали происходит путем нанесения материалов на нижнюю форму. Нижняя форма и верхняя форма являются более обобщенными дескрипторами, чем более общие и конкретные термины, такие как охватываемая сторона, охватывающая сторона, сторона А, сторона b, сторона инструмента, чаша, шляпа, оправка и т. Д. В непрерывном производстве используется другая номенклатура.

Обычно формованное изделие называют панно. Это можно назвать отливкой для определенных геометрических форм и комбинаций материалов. Его можно назвать профилем для определенных непрерывных процессов. Некоторые из процессов формование вакуумных пакетов, литье под давлением, автоклавное формование литье под давлением смолы и литье из легкой смолы.

Другие методы изготовления

Другие типы изготовления включают Кастинг центробежное литье, плетение (на бывший ), непрерывная разливка,  намотка нити, пресс-формование, трансферное формование, пултрузия формование и формирование скольжения. Также есть возможности формования, в том числе ЧПУ намотка филамента, вакуумная инфузия, влажная укладка, прессование, и термопласт молдинг, чтобы назвать несколько. Для некоторых проектов также требуется практика сушильных печей и окрасочных камер.

Методы отделки

Отделка композитных деталей также имеет решающее значение в окончательном дизайне. Многие из этих видов отделки включают покрытия, наносимые дождевой эрозией или полиуретановые покрытия.

Инструменты

Пресс-форма и вставки для пресс-формы называются «инструментами». Форма / инструмент может быть изготовлен из разных материалов. Инструментальные материалы включают алюминий, углеродное волокно, инвар, никель, усиленный резинка и сталь. Выбор инструментального материала обычно основан, но не ограничивается коэффициент температурного расширения, ожидаемое количество циклов, допуск конечного элемента, желаемое или ожидаемое состояние поверхности, метод отверждения, температура стеклования из формованного материала, метода формования, матрицы, стоимости и других различных соображений.

Физические свойства

Обычно физические свойства композита не изотропный (независимо от направления приложенной силы) по своей природе. Но они обычно анизотропный (разные в зависимости от направления приложенной силы или нагрузки). Например, жесткость композитной панели обычно зависит от ориентации приложенных сил и / или моментов. Прочность композита ограничена двумя условиями нагружения, как показано на графике справа.

Изодеформационное правило смесей

Если и волокна, и матрица выровнены параллельно направлению нагрузки, деформация обеих фаз будет одинаковой (при условии отсутствия отслоения на границе раздела волокно-матрица). Это условие изодеятельности обеспечивает верхнюю границу прочности композита и определяется правило смесей:

${ displaystyle E_ {C} = sum _ {i = 1} V_ {i} E_ {i}}$

где E_C эффективный композит Модуль для младших, и V_я и E_я - объемная доля и модули Юнга составных фаз соответственно.

Например, для композитного материала, состоящего из фаз α и β, как показано на рисунке справа под изостреном, модуль Юнга будет следующим:

где V_α и V_β - соответствующие объемные доли каждой фазы. Это может быть получено, если учесть, что в случае изодефицита Предполагая, что композит имеет однородное поперечное сечение, напряжение на композит представляет собой средневзвешенное значение между двумя фазами, Напряжения в отдельных фазах задаются законом Гука, Объединение этих уравнений дает, что общее напряжение в композите составляет Тогда можно показать, что

Изостресс правило смесей

Нижняя граница продиктована условием изонапряжения, при котором волокна и матрица ориентированы перпендикулярно направлению нагрузки:

и теперь штаммы становятся средневзвешеннымиПереписывая закон Гука для отдельных фаз Это ведет кИз определения закона Гукаи вообще
${ displaystyle { frac {1} {E_ {C}}} = sum _ {i = 1} { frac {V_ {i}} {E_ {i}}}}$

Следуя приведенному выше примеру, если бы у кого-то был композитный материал, состоящий из α- и β-фаз в условиях изостресса, как показано на рисунке справа, модуль Юнга композиции будет:

Условие изостренения подразумевает, что при приложенной нагрузке обе фазы испытывают одинаковую деформацию, но будут испытывать разные нагрузки. Для сравнения, в условиях изостресса обе фазы будут испытывать одинаковое напряжение, но деформации будут различаться между каждой фазой. Обобщенное уравнение для любых условий нагружения между изострессом и изострессом может быть записано как:^[26]

${ displaystyle (X_ {c}) ^ {n} = V_ {m} (X_ {m}) ^ {n} + V_ {r} (X_ {r}) ^ {n}}$

где X - свойство материала, такое как модуль или напряжение, c, m и r обозначают свойства композитного материала, матрицы и армирующих материалов соответственно, а n - значение от 1 до -1.

Вышеприведенное уравнение может быть далее обобщено за пределы двухфазного композитного материала на m-компонентную систему:

${ displaystyle (X_ {c}) ^ {n} = sum _ {i = 1} ^ {m} V_ {i} (X_ {i}) ^ {n}}$

Хотя жесткость композита максимальна, когда волокна выровнены с направлением нагрузки, также существует возможность разрушения волокна при растяжении, если предположить, что прочность на разрыв превышает прочность матрицы. Когда волокно имеет некоторый угол разориентации θ, возможны несколько мод разрушения. Для малых значений θ напряжение, необходимое для начала разрушения, увеличивается в раз (cos θ)⁻² за счет увеличенной площади поперечного сечения (А cos θ) волокна и приведенная сила (F /cos θ), испытываемый волокном, что приводит к пределу прочности композита на растяжение σ_{параллельно} /потому что² θ где σ_{параллельно} - это предел прочности композита с волокнами, расположенными параллельно приложенной силе.

Промежуточные углы разориентации θ приводят к разрушению матрицы при сдвиге. Снова изменяется площадь поперечного сечения, но поскольку напряжение сдвига теперь является движущей силой разрушения, представляет интерес площадь матрицы, параллельная волокнам, увеличиваясь в 1 раз / sin θ. Точно так же сила, параллельная этой области, снова уменьшается (F /cos θ), что приводит к общей прочности на разрыв τ_мой /sinθ cosθ где τ_мой - прочность матрицы на сдвиг.

Наконец, при больших значениях θ (около π / 2) наиболее вероятно возникновение поперечного разрушения матрицы, поскольку волокна больше не несут большую часть нагрузки. Тем не менее, предел прочности на разрыв будет больше, чем для чисто перпендикулярной ориентации, поскольку сила, перпендикулярная волокнам, уменьшится в 1 раз / sin θ, а площадь уменьшится в 1 раз / sin θ, создавая прочность на разрыв композита σ_{преступник} /грех²θ где σ_{преступник} - предел прочности композита с волокнами, выровненными перпендикулярно приложенной силе.^[27]

Большинство коммерческих композитов формируются со случайной дисперсией и ориентацией упрочняющих волокон, и в этом случае модуль Юнга композита будет находиться между границами изостена и изостресса. Однако в приложениях, где отношение прочности к весу спроектировано так, чтобы быть максимально высоким (например, в аэрокосмической промышленности), выравнивание волокон можно строго контролировать.

Жесткость панели также зависит от конструкции панели. Например, используемое армирование волокном и матрица, метод сборки панели, термореактивный или термопластичный материал и тип переплетения.

В отличие от композитов, изотропные материалы (например, алюминий или сталь) в стандартных деформируемых формах обычно обладают одинаковой жесткостью, несмотря на направленную ориентацию приложенных сил и / или моментов. Связь между силами / моментами и деформациями / кривизной для изотропного материала может быть описана следующими свойствами материала: модуль Юнга, Модуль сдвига и Коэффициент Пуассона, в относительно простых математических отношениях. Для анизотропного материала требуется математика тензора второго порядка и до 21 константы свойств материала. Для особого случая ортогональной изотропии существуют три различных константы свойств материала для каждого из модуля Юнга, модуля сдвига и коэффициента Пуассона - всего 9 констант, чтобы выразить взаимосвязь между силами / моментами и деформациями / кривизной.

Методы, использующие анизотропные свойства материалов, включают: паз и шип стыки (в натуральных композитных материалах, таких как дерево) и Пи суставы в синтетических композитах.

Механические свойства композитов

Армирование частицами

В общем, армирование частицами укрепление композиты менее волокно армирование. Он используется для усиления жесткость композитов при увеличении прочность и стойкость. Из-за их механические свойства, они используются в приложениях, в которых носить требуется сопротивление. Например, твердость цемент может быть увеличена путем резкого усиления частиц гравия. Армирование частицами - очень выгодный метод настройки механических свойств материалов, поскольку его очень легко реализовать, но при этом он невысокий.^[28][29][30]

В модуль упругости композитов, армированных частицами, можно выразить как,

${ displaystyle E_ {c} = V_ {m} E_ {m} + K_ {c} V_ {p} E_ {p}}$

где E - модуль упругости, V - объемная доля. Индексы c, p и m обозначают композит, частицу и матрицу соответственно. ${ displaystyle K_ {c}}$ - константа, которую можно найти эмпирически.

Точно так же прочность на разрыв композитов, армированных частицами, может быть выражена как

${ Displaystyle (T.S.) _ {c} = V_ {m} (T.S.) _ {m} + K_ {s} V_ {p} (T.S.) _ {p}}$

где Т.С. это предел прочности, и ${ displaystyle K_ {s}}$ константа (не равна ${ displaystyle K_ {c}}$), которое можно найти эмпирически.

Непрерывное армирование волокном

В общем, непрерывный волокно усиление осуществляется за счет включения волокно как сильная фаза в слабую фазу, матрицу. Причина популярности использования волокна заключается в том, что в его волокнистой форме можно получить материалы с необычайной прочностью. Неметаллические волокна обычно демонстрируют очень высокое отношение прочности к плотности по сравнению с металлическими волокнами из-за ковалентный характер их облигации. Самый известный пример этого: углеродные волокна у которых есть много приложений, выходящих из спортивное снаряжение к защитная экипировка к космическая промышленность.^[31][32]

Напряжение на композите можно выразить через объемная доля волокна и матрицы.

${ displaystyle sigma _ {c} = V_ {f} sigma _ {f} + V_ {m} sigma _ {m}}$

где ${ displaystyle sigma}$ - напряжение, V - объемная доля. Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно.

Хотя напряжение-деформация поведение волокнистых композитов может быть определено только путем тестирования, есть ожидаемая тенденция, три этапа кривая напряжения-деформации. Первый этап - это район кривая напряжения-деформации где и волокно, и матрица упруго деформированный. Эта линейно-упругая область может быть выражена в следующем виде.^[31]

${ displaystyle sigma _ {c} -E_ {c} epsilon _ {c} = epsilon _ {c} (V_ {f} E_ {f} + V_ {m} E_ {m})}$

где ${ displaystyle sigma}$ это стресс, ${ displaystyle epsilon}$ - деформация, E - модуль упругости, а V есть объемная доля. Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно.

После прохождения эластичной области как для волокна, так и для матрицы вторая область кривая напряжения-деформации можно наблюдать. Во второй области волокно все еще упруго деформируется, тогда как матрица пластически деформируется, поскольку матрица является слабой фазой. Мгновенный модуль можно определить, используя наклон кривая напряжения-деформации во втором регионе. Отношения между стресс и деформация может быть выражена как,

${ displaystyle sigma _ {c} = V_ {f} E_ {f} epsilon _ {c} + V_ {m} sigma _ {m} ( epsilon _ {c})}$

где ${ displaystyle sigma}$ это стресс, ${ displaystyle epsilon}$ - деформация, E - модуль упругости, а V есть объемная доля. Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно. Чтобы найти модуль во второй области, можно использовать производную этого уравнения, поскольку наклон кривой равен модулю.

${ displaystyle E_ {c} '= { frac {d sigma _ {c}} {d epsilon _ {c}}} = V_ {f} E_ {f} + V_ {m} left ({ гидроразрыв {d sigma _ {c}} {d epsilon _ {c}}} right)}$

В большинстве случаев можно предположить${ displaystyle E_ {c} '= V_ {f} E_ {f}}$ поскольку второй член намного меньше первого.^[31]

На самом деле производная напряжения по отношению к деформации не всегда возвращает модуль из-за связывающее взаимодействие между волокном и матрицей. Сила взаимодействия между этими двумя фазами может привести к изменению механические свойства композита. Совместимость волокна и матрицы является мерой внутреннее напряжение.^[31]

В ковалентно связанный высокопрочные волокна (например, углеродные волокна ) опыт в основном упругая деформация до перелома, так как Пластическая деформация может произойти из-за движение дислокации. В то время как, металлические волокна имеют больше места для пластической деформации, поэтому их композиты демонстрируют третью стадию, на которой и волокно, и матрица пластически деформируются. Металлические волокна имеют много приложений работать на криогенные температуры это одно из преимуществ композитов с металлические волокна над неметаллическими. Напряжение в этой области кривая напряжения-деформации можно выразить как,

${ displaystyle sigma _ {c} ( epsilon _ {c}) = V_ {f} sigma _ {f} epsilon _ {c} + V_ {m} sigma _ {m} ( epsilon _ { c})}$

где ${ displaystyle sigma}$ это стресс, ${ displaystyle epsilon}$ - деформация, E - модуль упругости, а V - объемная доля. Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно. ${ displaystyle sigma _ {f} ( epsilon _ {c})}$ и${ displaystyle sigma _ {m} ( epsilon _ {c})}$ для напряжений течения волокна и матрицы соответственно. Сразу после третьего участка составная выставка шею. Деформация сужения композита оказывается между деформацией сужения волокна и матрицы, как и другие механические свойства композитов. Деформация шейки слабой фазы задерживается сильной фазой. Величина задержки зависит от объемной доли сильной фазы.^[31]

Таким образом предел прочности композита можно выразить через объемная доля.^[31]

${ displaystyle (T.S.) _ {c} = V_ {f} (T.S.) _ {f} + V_ {m} sigma _ {m} ( epsilon _ {m})}$

где Т.С. это предел прочности, ${ displaystyle sigma}$ это стресс, ${ displaystyle epsilon}$ - деформация, E - модуль упругости, а V - объемная доля. Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно. Предел прочности композита на растяжение можно выразить как

${ displaystyle (T.S.) _ {c} = V_ {m} (T.S.) _ {m}}$ для ${ displaystyle V_ {f}}$ меньше или равно ${ displaystyle V_ {c}}$ (произвольное критическое значение объемной доли)

${ displaystyle (T.S.) _ {c} = V_ {f} (T.S.) _ {f} + V_ {m} ( sigma _ {m})}$ для ${ displaystyle V_ {f}}$ Больше или равно ${ displaystyle V_ {c}}$

Критическое значение объемная доля можно выразить как,

${ Displaystyle V_ {c} = { frac {[(TS) _ {m} - sigma _ {m} ( epsilon _ {f})]} {[(TS) _ {f} + (TS) _ {m} - sigma _ {m} ( epsilon _ {f})]}}}$

Очевидно, что композит предел прочности может быть больше матрицы, если ${ Displaystyle (Т.С.) _ {с}}$ больше, чем ${ Displaystyle (Т.С.) _ {м}}$.

Таким образом, минимальная объемная доля волокна может быть выражена как

${ displaystyle V_ {c} = { frac {[(TS) _ {m} - sigma _ {m} ( epsilon _ {f})]} {[(TS) _ {f} - sigma _ {м} ( epsilon _ {f})]}}}$

Хотя это минимальное значение на практике очень низкое, это очень важно знать, так как причиной включения непрерывных волокон является улучшение механических свойств материалов / композитов, и это значение объемной доли является порогом этого улучшения.^[31]

Эффект ориентации волокна

Изменение ориентации волокон может повлиять на механические свойства армированных волокном композитов, особенно на прочность на разрыв.

Предел прочности композита на растяжение можно прогнозировать в зависимости от ${ displaystyle theta}$ (Углы от 0 ° до 10 °), угол между заявленным углом и ориентацией волокон.^[31]

${ Displaystyle (Т.С.) (продольный перелом) = { frac { sigma _ { parallel} ^ {*}} {cos ^ {2} ( theta)}}}$

где Т.С. это предел прочности, ${ displaystyle sigma}$ - параллельное напряжение.

Из-за разориентации матрица композита испытывает силу сдвига. Предел прочности композитов (углы 10 ° - 60 °) из-за разрушения матрицы при сдвиге можно выразить как

${ Displaystyle (Т.С.) (разрушение при сдвиге) = { гидроразрыва { тау _ {м}} {(грех ( theta) соз ( theta))}}}$

где Т.С. это предел прочности, ${ Displaystyle тау}$ напряжение сдвига.^[31]

Если угол ${ displaystyle theta}$ даже больше, чем (углы 60 ° - 90 °), вступает в действие другой вид отказа, поперечный режим. Сопротивление композитному поперечному разрушению может быть выражено как,

${ Displaystyle (Т.С.) (поперечный перелом) = { frac { sigma ^ {*} perp} {sin ^ {2} ( theta)}}}$

где Т.С. это предел прочности, ${ displaystyle sigma}$ - перпендикулярное напряжение.^[31]

Таким образом, угол перехода в режим разрушения можно выразить как

${ displaystyle theta _ {c} = tan ^ {- 1} left ({ frac { tau _ {m}} { sigma ^ {*}}} right)}$

где ${ displaystyle theta _ {c}}$ критический угол, ${ displaystyle sigma}$ - параллельное напряжение, и ${ Displaystyle тау}$ напряжение сдвига.^[31]

Этот критический угол важен для конструкции композитных материалов для определенных приложений.

Типы волокон и их механические свойства.

Наиболее распространенные типы волокон, используемых в промышленности: стекловолокно, углеродные волокна, и кевлар благодаря простоте производства и доступности. Их механические свойства очень важны, поэтому ниже приводится таблица их механических свойств для сравнения с S97. сталь.^{[33][34][35][36]} Угол ориентации волокна очень важен из-за анизотропии волоконных композитов (более подробное объяснение см. В разделе «Физические свойства»). Механические свойства композитов можно проверить с помощью стандартных механическое испытание методы, располагая образцы под разными углами (стандартные углы 0 °, 45 ° и 90 °) по отношению к ориентации волокон в композитах. Как правило, осевое выравнивание 0 ° делает композиты устойчивыми к продольному изгибу и осевому растяжению / сжатию, выравнивание по кольцу 90 ° используется для получения сопротивления внутреннему / внешнему давлению, а ± 45 ° является идеальным выбором для получения сопротивления чистому скручиванию.^[37]

Механические свойства волокнистых композиционных материалов.

Волокна @ 0 ° (UD), 0/90 ° (ткань) к оси загрузки, сушка, комнатная температура, V_ж = 60% (UD), 50% (ткань) Волокно / эпоксидная смола (отверждение при 120 ° C)^[38]

	Символ	Единицы	Стандарт Углеродное волокно Ткань	Высокий модуль Углеродное волокно Ткань	E-Glass Стеклоткань	Кевлар Ткань	Стандарт Однонаправленный Углеродное волокно Ткань	Высокий модуль Однонаправленный Углеродное волокно Ткань	E-Glass Однонаправленный Стеклоткань	Кевлар Однонаправленный	Сталь S97
Модуль Юнга 0 °	E1	ГПа	70	85	25	30	135	175	40	75	207
Модуль Юнга 90 °	E2	ГПа	70	85	25	30	10	8	8	6	207
Модуль сдвига в плоскости	G12	ГПа	5	5	4	5	5	5	4	2	80
Главный коэффициент Пуассона	v12		0.10	0.10	0.20	0.20	0.30	0.30	0.25	0.34	–
Ult. Прочность на разрыв 0 °	Xt	МПа	600	350	440	480	1500	1000	1000	1300	990
Ult. Комп. Сила 0 °	Xc	МПа	570	150	425	190	1200	850	600	280	–
Ult. Прочность на разрыв 90 °	Yt	МПа	600	350	440	480	50	40	30	30	–
Ult. Комп. Прочность 90 °	Yc	МПа	570	150	425	190	250	200	110	140	–
Ult. В самолете Shear Stren.	S	МПа	90	35	40	50	70	60	40	60	–
Ult. Деформация при растяжении 0 °	доб	%	0.85	0.40	1.75	1.60	1.05	0.55	2.50	1.70	–
Ult. Комп. Напряжение 0 °	отлично	%	0.80	0.15	1.70	0.60	0.85	0.45	1.50	0.35	–
Ult. Деформация при растяжении 90 °	Эйт	%	0.85	0.40	1.75	1.60	0.50	0.50	0.35	0.50	–
Ult. Комп. Напряжение 90 °	eyc	%	0.80	0.15	1.70	0.60	2.50	2.50	1.35	2.30	–
Ult. Деформация сдвига в плоскости	es	%	1.80	0.70	1.00	1.00	1.40	1.20	1.00	3.00	–
Плотность		г / куб.	1.60	1.60	1.90	1.40	1.60	1.60	1.90	1.40	–

Волокна @ +/- 45 град. до оси загрузки, сушка, комнатная температура, Vf = 60% (UD), 50% (ткань)^[38]

	Символ	Единицы	Стандарт Углеродное волокно	Высокий модуль Углеродное волокно	E-Glass Стекловолокно	Стандарт Углеродные волокна Ткань	E-Glass Стеклоткань	Сталь	Al
Продольный модуль	E1	ГПа	17	17	12.3	19.1	12.2	207	72
Поперечный модуль	E2	ГПа	17	17	12.3	19.1	12.2	207	72
Модуль упругости при плоском сдвиге	G12	ГПа	33	47	11	30	8	80	25
Коэффициент Пуассона	v12		.77	.83	.53	.74	.53
Предел прочности	Xt	МПа	110	110	90	120	120	990	460
Прочность на сжатие	Xc	МПа	110	110	90	120	120	990	460
Прочность на сдвиг в плоскости	S	МПа	260	210	100	310	150
Коэффициент теплового расширения	Альфа1	Штамм / K	2.15 E-6	0,9 E-6	12 E-6	4.9 E-6	10 E-6	11 E-6	23 E-6
Коэф. Влажности	Beta1	Штамм / K	3.22 E-4	2.49 E-4	6.9 E-4

Механические свойства композитов из углеродного волокна для аэрокосмической и товарной марки, композитов из стекловолокна, алюминиевых сплавов и стали

Эта таблица демонстрирует одну из наиболее важных характеристик и преимуществ волокнистых композитов перед металлическими, а именно удельную прочность и удельную жесткость. Хотя сталь и алюминиевый сплав имеют сравнимую прочность и жесткость с волокнистыми композитами, удельная сила и жесткость композитов примерно выше, чем сталь и алюминиевый сплав.

Сравнение стоимости, удельной прочности и удельной жесткости^[39]

	Композит из углеродного волокна (аэрокосмический сорт)	Композит из углеродного волокна (товарный сорт)	Композит из стекловолокна	Алюминий 6061 Т-6	Сталь, Незначительный
Стоимость $ / фунт	$20 – $250+	$5 – $20	$1.50 – $3.00	$3	$0.30
Прочность (psi)	90,000 – 200,000	50,000 – 90,000	20,000 – 35,000	35,000	60,000
Жесткость (psi)	10 х 106- 50 х 106	8 х 106 - 10 х 106	1 х 106 - 1,5 х 106	10 х 106	30 х 106
Плотность (фунт / дюйм3)	0.050	0.050	0.055	0.10	0.30
Удельная сила	1,8 х 106 - 4 х 106	1 х 106 - 1,8 х ${ displaystyle 10 ^ {6}}$	363,640–636,360	350,000	200,000
Удельная жесткость	200 х 106 - 1000 х 106	160 х 106-200 х 106	18 х 106-27 х 106	100 х 106	100 х 106

Неудача

Удар, удар или повторяющиеся циклические нагрузки могут спровоцировать разделение ламината на границе раздела между двумя слоями, состояние, известное как расслоение. Отдельные волокна могут отделяться от матрицы, например, вытягивание волокна.

Композиты могут выйти из строя на макроскопический или микроскопический масштаб. Нарушения сжатия могут происходить как на макроуровне, так и на каждом отдельном армирующем волокне при короблении при сжатии. Сбои при растяжении могут представлять собой разрушения чистого сечения детали или разрушение композита в микроскопическом масштабе, когда один или несколько слоев в композите терпят неудачу при растяжении матрицы или разрыве связи между матрицей и волокнами.

Некоторые композиты являются хрупкими и обладают небольшим запасом прочности после начала разрушения, в то время как другие могут иметь большие деформации и способность поглощать энергию после начала разрушения. Различия в доступных волокнах и матрицах, а также смеси которые могут быть изготовлены из смесей, оставляют очень широкий спектр свойств, которые могут быть использованы в композитной структуре. Самый известный отказ хрупкого композитного материала с керамической матрицей произошел, когда композитная черепица углерод-углерод на передней кромке крыла Спейс Шаттл Колумбия сломался при ударе во время взлета. Это привело к катастрофическому разрушению транспортного средства, когда оно снова вошло в атмосферу Земли 1 февраля 2003 года.

Композиты имеют относительно низкую несущую способность по сравнению с металлами.

Тестирование

Композитные материалы проходят испытания до и после строительства, чтобы помочь в прогнозировании и предотвращении отказов. При тестировании перед строительством может применяться анализ конечных элементов (FEA) для анализа изогнутых поверхностей по слоям и прогнозирования образования складок, гофрирования и образования ямок на композитах.^{[40][41][42][43]} Материалы могут быть испытаны во время производства и после строительства различными неразрушающими методами, включая ультразвук, термографию, ширографию и рентгеновскую радиографию,^[44] и лазерный контроль соединения для неразрушающего контроля целостности относительной прочности соединения в определенной области.

Смотрите также

• Алюминиевая композитная панель
• Американская ассоциация производителей композитов
• Химическая инфильтрация паров
• Композитный (значения)
• Композитные ламинаты
• Эпоксидный гранит
• Гибридный материал
• Лай-ап процесс
• Нанокомпозиты
• Правило смесей
• Масштабированные композиты, Американская аэрокосмическая компания, основанная Берт Рутан
• Умный материал
• Умные материалы и конструкции
• Пустота (композиты)

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

• Разработка и производство композитов HUB
• Курс дистанционного обучения полимерам и композитам
• Композитная сэндвич-конструкция автомобиля Minardi F1
• База данных композитных материалов OptiDAT
• Испытания, первоначально разработанные для испытания металлов, были адаптированы промышленностью для испытания композитов.