Sammansatt

Kolfibertyg i slät väv
Kolfiber jämfört med ett mänskligt hår

Ett kompositmaterial eller kompositmaterial (kort komposit , engelsk komposit [material] ) är ett material av två eller flera besläktade material, som andra materialegenskaper har som individuella komponenter. Komponenternas materialegenskaper och geometri är viktiga för kompositmaterialens egenskaper. I synnerhet storlekseffekter spelar ofta en roll. Anslutningen görs genom material- eller formpassning eller en kombination av båda. När det gäller förpackningar används termen komposit också för material som tillverkas för detta ändamål. Ibland används termen förening för kompositmaterial med en plastkomponent .

egenskaper

Kompositmaterial är blandningar av råvaror med ett ursprung. En lösning av de enskilda råvarorna med varandra sker endast ytligt eller inte. Den kompoundering kombinerar således åtminstone två substanser. Syftet med sammansättning är att erhålla ett material som kombinerar komponenterna särskilt gynnsamma egenskaper. Det är vanligtvis viktigt att kunna säkerställa en intim koppling mellan faserna på lång sikt och under stress.

Sammansatta mål

Målen med sammansättning varierar och beror på de önskade egenskaperna hos den senare komponenten. Här, i summan av kraven, måste kompromisser ofta göras, eftersom vissa egenskaper kan påverka varandra negativt.

Typiska sammansättningsmål är:

  • Förändring av de mekaniska egenskaperna hos ett bindemedel (baspolymer). Mekaniska egenskaper såsom draghållfasthet, brottöjning (se även dragprovning ) och slaghållfasthet ställs in genom att tillsätta förstärkningsmaterial och fyllmedel, samt genom att ändra slaghållfastheten .
  • Färginställningar. Den önskade färgen ställs in genom att lägga till pigment eller så kallade masterbatches eller flytande färger . Vissa tillsatser kan emellertid ha en mycket signifikant effekt på de mekaniska egenskaperna.
  • Brand säkert. Tillsatsen av flamskyddsmedel kan förhindra att brandfarliga bindemedel antänds eller fortsätter att brinna efter att antändningskällan har tagits bort.
  • Tillägg av stabilisatorer och stabilisatorsystem. De främsta orsakerna till stabilisering är:
    • Temperaturinitierad kedjanedbrytning av polymerer under bearbetning. Detta kan bero på överdriven skjuvning av materialet eller från alltför långa uppehållstider i bearbetningsmaskinerna. Det förhindras av en enkel stabilisering utformad för en kortvarig belastning.
    • Temperaturinitierad kedjedegradering i applikationen. Plastdelar som utsätts för höga temperaturer under användning, t.ex. B. i motorrummet i ett motorfordon måste vara stabiliserat till denna belastning.
    • Förbättring av väderbeständigheten: Plastdelar i utomhusområden utsätts för allvarliga skador från oxidation och hydrolys . Dessa kan i viss mån kompenseras med hjälp av speciella stabilisatorer. Beroende på baspolymer och stabilisering kan dessa effekter fördröjas under olika tidsperioder.
  • Tillägg av processhjälpmedel. Denna grupp av ämnen förbättrar väsentligen bearbetningen av polymererna. På detta sätt, z. B. lättare avformning i formsprutningsprocessen med hjälp av formsläppmedel . Denna grupp av tillsatser är mindre relevant för slutapplikationen.

Geometrisk indelning

En skillnad görs enligt kompositens geometri:

Komponenterna i ett kompositmaterial kan själva vara kompositmaterial.

När det gäller partiklar och fiberkompositmaterial är partiklar eller fibrer inbäddade i en annan komponent i kompositmaterialet, den så kallade matrisen . I fiberkompositmaterial kan fibrerna springa i en eller flera specifika riktningar eller ha föredragna riktningar.

Fiberkompositer kan produceras i lager, men är ännu inte lagerkompositer om de på varandra följande skikten är lika. Men termen laminat används också här. Skiktade kompositmaterial består av lager av olika antal ovanpå varandra.

Det speciella fallet med tre lager, varav två är identiska yttre lager, är också känt som en sandwichkomposit. Ett sandwichkompositmaterial består ofta av hårda, elastiska yttre skikt och ett lätt mellanskikt som fungerar som en distans- och skjuvbindning .

Penetrationskompositmaterial består av ett öppet porerat bärarmaterial som fylls med det matrisbildande bindemedlet . De framställs exempelvis genom att impregnera ett öppnat sintrat material (såsom skumkeramik) med en smält andra substans.

Betydande indelning

De grundläggande kombinationsalternativen för kompositmaterial beror på materialklassificeringen av materialen i polymer ( plast ), metalliska , keramiska och organiska material . Därigenom görs applikationsspecifika försök att kombinera de olika fördelarna med de enskilda materialen i slutmaterialet och utesluta nackdelarna.

Exempel på partikelkompositmaterial
Sammansatt Partikel matris
Sliphjul keramisk polymer / glas
hårdmetall keramisk metallisk
Keramiska kompositer keramisk keramisk
Spånskiva organisk polymer
betong- keramik (mineral) keramik (mineral)
Polymerbetong mineral- polymer

Exempel på fiberkompositer:

Exempel på kompositmaterial:

Begagnade aggregat

Förstärkningstyger

Armeringsmaterial är oorganiska eller organiska tillsatser som används i plast som förstärker plastmatrisen. Med förstärkning menas förbättring av mekaniska och fysiska egenskaper, såsom elasticitet , böjhållfasthet, krypmekanik och värmebeständighet. Förstärkningsmaterial används specifikt för att förbättra dessa materialegenskaper.

Klassificering av armeringsmaterial

Förekommer å ena sidan enligt den kemiska sammansättningen, å andra sidan också i enlighet med ämnets fysiska form. Det finns platta armeringsmaterial i form av vävda, läggda, stickade, stickade tyger.

Utgångsmaterialen för dessa plana förstärkningsmaterial är fibröst förstärkande material , varvid fibrerna vanligtvis är gjorda av glas , kol , aramid , polyester eller naturprodukter . B. lin , jute . är formad.

Förutom de fibrösa förstärkningsmaterialen finns det också ett stort antal partikelformiga förstärkningsmaterial såsom talk , glimmer , grafit , aluminiumhydroxid .

Egenskaperna hos förstärkta termoplaster påverkas främst av volymfraktionen av armeringsmaterialet, dess form (formfaktor, längd / diameter, L / D eller bildförhållande) och interaktionen vid gränsen med matrisen.

Sidförhållande

Tillsatser i en mängd olika former används för att fylla och förstärka termoplaster. Formfaktorn, som är viktig för kompositens mekaniska egenskaper, definieras som förhållandet mellan dess längd och dess tjocklek (L / D-förhållande).

  • Sfäriska och kubiska partiklar har en formfaktor på 1. Exempel är glassfärer eller kalciumkarbonat.
  • Fibrer eller andra anisotropa trombocytformade fyllmedel kan ha mycket höga formfaktorer och detta är vanligtvis långt över 100.
  • Trombocytformade förstärkande ämnen, som inkluderar arksilikater såsom talk och glimmer, ligger vanligtvis mellan 5 och 50.

Armeringsmaterial med högt L / D-förhållande stelnar i allmänhet polymermatriser mer än fyllmedel med lägre bildförhållande.

Den förstärkande effekten är baserad på det faktum att en pålagd mekanisk påkänning absorberas av polymermatrisen och överfördes till förstärkningsmaterialet. Ju större bildförhållande för det förstärkande materialet, desto bättre kan energin som orsakas av spänningen spridas i materialet. Beläggning av tillsatsmedlen med kopplingsreagens (så kallade kopplare) kan också avsevärt förbättra kompatibiliteten med matrisen och därmed bearbetbarheten och även de resulterande mekaniska egenskaperna. Innovativa blandningsföretag lyckas producera högkvalitativa föreningar genom optimal formulering av receptet och användning av lämpliga kopplingssystem.

Trombocytformade förstärkningsmaterial har vanligtvis en lägre elasticitetsmodul än fiberförstärkande material, men ökar ändå elasticitetsmodulen avsevärt. En stor fördel med de partikelformiga armeringsmaterialen är att plastkomponentens slutliga egenskaper är nästan isotropa, dvs oberoende av riktning, på grund av partikelformen. På grund av bildförhållandet mellan 5 och 50 är förstärkningsmaterial av flakform som talk en mycket bra lösning för förstärkning av plast, samtidigt som egenskaperna inte påverkar riktningsberoendet för negativt.

Förbättringen av egenskaper genom förstärkningsmaterial gäller till exempel:

  • ökningen av elasticitetsmodulen
  • ökningen av böjhållfasthet
  • det positiva inflytandet på krympningsbeteendet
  • förbättring av krypbeteende
  • eller öka värmebeständigheten.

Talk används som ett förstärkande material, till exempel för att förstärka polyolefiner som HDPE eller PP, för en mängd olika användningsområden inom fordons- och byggindustrin. Förstärkta polypropenföreningar har funnits på marknaden i cirka 30 år. I slutet av 1960-talet erbjöds talk (TV) och glasfiberarmerade (GFV) produkter baserade på PP för första gången.

Exempel:

  • Glasfiber : Korta ("KGF") eller långa glasfiber ("LGF") är de förstärkningsmaterial som oftast tillsätts. De är till exempel betydligt billigare än kolfibrer.
  • Kolfibrer : Den lättaste men också den dyraste fibern för förstärkning.
  • Wollastonite : Wollastonite är ett gränsfall mellan förstärkning och fyllning. På grund av sin stavformade kristallstruktur kan en förstärkande effekt uppnås genom tillsats av den.

Fyllmedel

Vanliga föreningar

  • alla TPE (termoplastiska elastomerer)
  • färgade material
  • PP med 40% krita
  • PP med 30% glasfiber (KGF eller LGF)
  • PA 6 eller 66 med 30% glasfiber (KGF eller LGF)
  • ABS med 16% glasfiber (KGF)
  • PC med 20% glasfiber
  • ABS, PC, PP flamskyddsmedel

Se även

litteratur

  • Walter Krenkel: kompositer. John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-3-527-62712-7 .
  • Manfred Neitzel: Manuella kompositmaterial. Carl Hanser Verlag, 2014, ISBN 978-3-446-43697-8 .
  • Wolf-Ekkehard Traebert: Kompositmaterial, försök med ett nytt system. Beuth-Vertrieb GmbH, Berlin, Köln, Frankfurt (M), 1967.

webb-länkar

Commons : Composites  - Samling av bilder, videor och ljudfiler

Individuella bevis

  1. ^ Definition av förening . I: Merriam Webster ; nås den 1 mars 2016.
  2. ↑ Engelbert Westkämper, Hans-Jürgen Warnecke: Introduktion till tillverkningsteknik. 8: e upplagan. Vieweg + Teubner, s.66.