Bileşik

Düz örgüde karbon fiber kumaş
İnsan saçına kıyasla karbon fiber

Bir kompozit malzeme ya da bileşik malzemenin (kısa bileşik , İngilizce bileşik [malzeme] ) a, malzemenin diğer iki veya daha fazla ilgili malzemeler, malzeme özellikleri de ayrı ayrı bileşenler olarak yer alır. Bileşenlerin malzeme özellikleri ve geometrisi, kompozit malzemelerin özellikleri için önemlidir. Özellikle, boyut efektleri genellikle bir rol oynar. Bağlantı, malzeme veya form uyumu veya her ikisinin bir kombinasyonu ile yapılır. Durumunda paketleme terimi bileşik de kullanılır , bu amaç için üretilmiş malzemeler için. Bazen bileşik terimi , plastik bileşenli kompozit malzemeler için kullanılır .

özellikleri

Kompozit malzemeler, tek kökenli hammaddelerin karışımlarıdır. Bir çözüm birbirlerine sadece yüzeysel olarak ya da değil yapıyor bireysel hammadde gerçekleşecek. Bileşik bu şekilde en az iki madde bir araya getirir. Bileşik oluşturmanın amacı, bileşenlerin özellikle uygun özelliklerini birleştiren bir malzeme elde etmektir. Uzun vadede ve stres altında aşamalar arasında yakın bir bağlantı sağlayabilmek genellikle önemlidir.

Bileşik hedefler

Bileşik oluşturmanın amaçları çeşitlidir ve sonraki bileşenin istenen özelliklerine bağlıdır. Burada, bazı özellikler birbirini olumsuz etkileyebileceğinden, gereksinimlerin toplamında, genellikle taviz verilmesi gerekir.

Tipik birleştirme hedefleri şunlardır:

  • Bağlayıcının (baz polimer) mekanik özelliklerinde değişiklik . Çekme mukavemeti, kopmada uzama (ayrıca çekme testine bakınız ) ve darbe mukavemeti gibi mekanik özellikler, takviye malzemeleri ve dolgu maddeleri eklenerek ve ayrıca darbe mukavemeti değiştirilerek ayarlanır.
  • Renk ayarları. İstenilen renk, pigmentler veya sözde masterbatchler veya sıvı renkler eklenerek ayarlanır. Ancak bazı katkı maddelerinin mekanik özellikler üzerinde çok önemli bir etkisi olabilir.
  • Alev geciktirici. Alev geciktiricilerin eklenmesi, yanıcı bağlayıcıların tutuşmasını veya tutuşturma kaynağı çıkarıldıktan sonra yanmaya devam etmesini önleyebilir.
  • Stabilizatör ve stabilizatör sistemlerinin eklenmesi. Stabilizasyonun ana nedenleri:
    • İşleme sırasında polimerlerin sıcaklıkla başlatılan zincir parçalanması . Bu , malzemenin aşırı kesilmesinden veya işleme makinelerinde çok uzun bekleme sürelerinden kaynaklanabilir. Kısa süreli bir yük için tasarlanmış basit bir stabilizasyon ile engellenir.
    • Uygulamada sıcaklıkla başlatılan zincir bozulması. Kullanım sırasında yüksek sıcaklıklara maruz kalan plastik parçalar, örn. B. bir motorlu taşıtın motor bölmesinde, bu yüke dengelenmesi gerekir.
    • Hava şartlarına karşı direncin iyileştirilmesi: Dış alanlardaki plastik parçalar, oksidasyon ve hidroliz nedeniyle ciddi hasara maruz kalır. Bunlar özel stabilizatörler kullanılarak belli bir dereceye kadar telafi edilebilir. Baz polimere ve stabilizasyona bağlı olarak, bu etkiler farklı süreler için geciktirilebilir.
  • İşleme yardımcılarının eklenmesi. Bu madde grubu, esasen polimerlerin işlenmesini iyileştirir. Bu şekilde z. B. enjeksiyon kalıplama işleminde kalıp ayırıcı maddelerle daha kolay kalıptan çıkarma . Bu katkı maddeleri grubu, son uygulama için daha az önemlidir.

Geometrik alt bölüm

Kompozitin geometrisine göre bir ayrım yapılır:

Bir kompozit malzemenin bileşenlerinin kendileri kompozit malzemeler olabilir.

Partikül ve fiber kompozit malzemeler söz konusu olduğunda, partiküller veya fiberler kompozit materyalin matris adı verilen başka bir bileşenine gömülür. Fiber kompozit malzemelerde, fiberler bir veya daha fazla spesifik yönde ilerleyebilir veya tercih edilen yönlere sahip olabilir.

Lifli kompozitler katmanlar halinde üretilebilir, ancak ardışık katmanlar benzer ise henüz katman kompoziti değildir. Bununla birlikte, laminat terimi burada da kullanılmaktadır. Katmanlı kompozit malzemeler, üst üste farklı sayıda katmanlardan oluşur.

İkisi aynı dış katman olan üç katmandan oluşan özel durum, sandviç kompozit olarak da bilinir. Bir sandviç kompozit malzeme genellikle sert, esnek dış tabakalardan ve bir ara parça ve kesme bağı olarak işlev gören hafif bir orta tabakadan oluşur .

Penetrasyon kompozit malzemeleri, matris oluşturan bağlayıcıyla doldurulmuş açık gözenekli bir taşıyıcı malzemeden oluşur . Örneğin, açık gözenekli sinterlenmiş bir malzemenin (köpük seramik gibi) erimiş ikinci bir madde ile emprenye edilmesiyle üretilirler .

Maddi alt bölüm

Kompozit malzemeler için temel kombinasyon seçenekleri , malzemelerin polimer ( plastik ), metalik , seramik ve organik malzemeler olarak sınıflandırılmasından kaynaklanmaktadır . Böylelikle, nihai malzemede münferit malzemelerin farklı avantajlarını birleştirmek ve dezavantajları ortadan kaldırmak için uygulamaya özgü girişimlerde bulunulur.

Parçacık kompozit malzeme örnekleri
Bileşik Parçacık matris
Taşlama seramik polimer / cam
sert metal seramik metalik
Seramik kompozitler seramik seramik
Sunta organik polimer
Somut seramik (mineral) seramik (mineral)
Polimer beton mineral polimer

Elyaf kompozit örnekleri:

Kompozit malzeme örnekleri:

Kullanılan agregalar

Takviye kumaşları

Takviye malzemeleri, plastik matrisi güçlendiren plastiklerde kullanılan inorganik veya organik katkı maddeleridir. Takviye, elastikiyet , eğilme mukavemeti, sürünme mekaniği ve ısı direnci gibi mekanik ve fiziksel özelliklerin iyileştirilmesi olarak anlaşılır. Bu malzeme özelliklerini iyileştirmek için özellikle takviye malzemeleri kullanılır.

Takviye malzemelerinin sınıflandırılması

Bir yandan kimyasal bileşime göre diğer yandan maddenin fiziksel şekline göre de yer alır. Var düz takviye edici malzemeler dokuma, koydu, örgü, örme kumaşlar biçiminde olabilir.

Bu düz takviye malzemeleri için başlangıç ​​malzemeleri elyaflı takviye malzemeleridir , bu sayede elyaflar genellikle cam , karbon , aramid , polyester ya da bu tür doğal ürünlerden yapılmaktadır . B. keten , jüt . oluşur.

Lifli takviye malzemelerine ek olarak, talk , mika , grafit , alüminyum hidroksit gibi çok sayıda parçacıklı takviye malzemesi de vardır .

Güçlendirilmiş termoplastiklerin özellikleri temel olarak takviye malzemesinin hacim fraksiyonu, şekli (form faktörü, uzunluk / çap, L / D veya en-boy oranı) ve matris ile sınırdaki etkileşimden etkilenir.

En boy oranı

Termoplastikleri doldurmak ve güçlendirmek için çok çeşitli şekillerde katkı maddeleri kullanılır. Kompozitin mekanik özellikleri açısından önemli olan form faktörü, uzunluğunun kalınlığına oranı (L / D oranı) olarak tanımlanır.

  • Küresel ve kübik parçacıklar 1 form faktörüne sahiptir. Örnekler, cam küreler veya kalsiyum karbonattır.
  • Lifler veya diğer anizotropik trombosit şeklindeki dolgu maddeleri çok yüksek form faktörlerine sahip olabilir ve bu genellikle 100'ün çok üzerindedir.
  • Talk ve mika gibi tabaka silikatları içeren platelet şeklindeki güçlendirici maddeler genellikle 5 ile 50 arasındadır.

Yüksek L / D oranına sahip takviye malzemeleri genellikle polimer matrisleri daha düşük en-boy oranına sahip dolgu maddelerinden daha fazla sertleştirir.

Takviye etkisi uygulanan bir mekanik stres polimer matrisi tarafından emilir ve takviye malzemesine transfer edildiği gerçeğine dayanır. Takviye malzemesinin en-boy oranı ne kadar büyükse, gerilmenin neden olduğu enerji malzemede o kadar iyi dağıtılabilir. Katkı maddelerinin birleştirme reaktifleri (bağlayıcılar olarak adlandırılır) ile kaplanması ayrıca matris ile uyumluluğu ve dolayısıyla işlenebilirliği ve ayrıca ortaya çıkan mekanik özellikleri önemli ölçüde geliştirebilir. Yenilikçi karışım şirketleri, tarifin optimum formülasyonu ve uygun bağlantı sistemlerinin kullanılması yoluyla yüksek kaliteli bileşikler üretmeyi başarır.

Trombosit şeklindeki takviye malzemeleri genellikle lifli takviye malzemelerinden daha düşük bir elastisite modülüne sahiptir, ancak yine de esneklik modülünü önemli ölçüde arttırır. Parçacık takviye malzemelerinin önemli bir avantajı, plastik bileşenin nihai özelliklerinin neredeyse izotropik olmasıdır, yani parçacık şekli nedeniyle yönden bağımsızdır. 5 ile 50 arasındaki en boy oranı nedeniyle, talk gibi pul şeklindeki takviye malzemeleri , plastiklerin güçlendirilmesi için çok iyi bir çözümdür ve aynı zamanda özelliklerin yöne bağlılığını çok olumsuz etkilemez.

Malzemelerin güçlendirilmesi yoluyla özelliklerin iyileştirilmesi, örneğin:

  • esneklik modülündeki artış
  • eğilme mukavemetindeki artış
  • büzülme davranışı üzerindeki olumlu etki
  • sünme davranışının iyileştirilmesi
  • veya ısı direncinin arttırılması.

Talk, örneğin otomotiv ve inşaat endüstrilerinde geniş bir kullanım yelpazesi için HDPE veya PP gibi poliolefinleri güçlendirmek için bir takviye malzemesi olarak kullanılır. Güçlendirilmiş polipropilen bileşikleri yaklaşık 30 yıldır piyasada. 1960'ların sonunda ilk kez PP bazlı talk (TV) ve cam elyaf takviyeli (GFV) ürünler sunuldu.

Örnekler:

  • Cam elyaf : Kısa ("KGF") veya uzun cam elyaf ("LGF"), en sık eklenen takviye malzemeleridir. Örneğin, karbon elyaflardan önemli ölçüde daha ucuzdurlar.
  • Karbon lifler : Güçlendirmeler için en hafif, ancak aynı zamanda en pahalı elyaf.
  • Wollastonite : Wollastonite, donatı ve dolgu arasında bir sınır durumudur. Çubuk şeklindeki kristal yapısı nedeniyle, bununla birlikte eklenerek bir takviye etkisi elde edilebilir.

Dolgu maddeleri

Ortak bileşikler

  • tüm TPE (termoplastik elastomerler)
  • renkli malzemeler
  • % 40 tebeşir ile PP
  • % 30 cam elyaflı PP (KGF veya LGF)
  • PA 6 veya 66,% 30 cam elyaflı (KGF veya LGF)
  • % 16 cam elyaflı ABS (KGF)
  • % 20 cam elyaflı PC
  • ABS, PC, PP alev geciktirici

Ayrıca bakınız

Edebiyat

  • Walter Krenkel: Kompozitler. John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-3-527-62712-7 .
  • Manfred Neitzel: Manuel kompozit malzemeler. Carl Hanser Verlag, 2014, ISBN 978-3-446-43697-8 .
  • Wolf-Ekkehard Traebert: Kompozit malzemeler, yeni bir sistem girişimi. Beuth-Vertrieb GmbH, Berlin, Köln, Frankfurt (M), 1967.

İnternet linkleri

Commons : Composites  - Görüntü, video ve ses dosyası koleksiyonu

Bireysel kanıt

  1. ^ Bileşiğin tanımı . İçinde: Merriam Webster ; 1 Mart 2016'da erişildi.
  2. ↑ Engelbert Westkämper, Hans-Jürgen Warnecke: İmalat teknolojisine giriş. 8. baskı. Vieweg + Teubner, s.66.