Композиттік материалдың қолданылу саласы

Композиттік материалдар екі немесе одан да көп басқа материалдарды біріктіру арқылы дайындалады, осылайша олар бір-бірін толықтырып, жақсартады, бірақ соңғы өнімде өзіндік ерекшеліктерді сақтайды.

пластмассадан жасалған табақты экструзияға арналған машина

пластикті қайта өңдеуге арналған машиналар

Композиттік материалдардың тамаша өнімділігінің арқасында олар әртүрлі салаларда кеңінен қолданылды, және бұл мақалалар сериясында композиттік материалдардың негізгі қолданылу салалары, соның ішінде: аэроғарыш, автомобиль өнеркәсібі, құрылыс, энергетика, энергия сақтау, инфрақұрылым, теңіз, құбырлар мен сақтау цистерналары, спорт және ойын-сауық, көлік және басқа да он сала жан-жақты қарастырылады.

1

аэроғарыштық

Еуропаның Airbus және АҚШ-тың Boeing сияқты ірі авиациялық өндірушілері авиацияда композиттік материалдарды кең көлемде қолдану әлеуетін көрсетті, ал NASA зымырандар мен басқа да ғарыш аппараттарына арналған инновациялық композиттік шешімдері бар композиттік материалдарды өндірушілерді іздестіруде.

Boeing компаниясы жасаған әрбір жаңа буын ұшағындағы композиттік материалдардың үлесі артты, ал Boeing 787 Dreamliner ұшағындағы композиттік материалдардың үлесі 50%-дан асты. Boeing 787 Dreamliner ұшағының негізгі құрылымдық компоненттері көміртекті талшықты «сэндвич» композиттерінен және жетілдірілген көміртекті талшықты ламинаттардан жасалған, бұл архаикалық шыны талшықты композиттерден алшақтайды.

Екінші жағынан, арамидті талшықтар жетекші және артқы жиекті қанат құрастырмаларын, сондай-ақ өте қатты, өте жеңіл аралықтарды, отын бактарын және едендерді жасауда кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, кең таралған матрицалық материалдарға енгізілген жоғары беріктікке ие және қатты талшықтардан тұратын озық композиттік материалдар аэроғарыш өнеркәсібінде де кеңінен қолданылады.

2

автомобиль өнеркәсібі

Композиттік материалдардың ең ірі соңғы тұтыну нарығы ретінде автомобиль өнеркәсібі композиттік материалдарға бейтаныс емес. Көлік дизайнындағы алғашқы жетістіктермен қатар, композиттік материалдар көліктерді жеңілірек және отын үнемдейтін етуге көмектеседі. Автокөліктерге үйкеліске, коррозияға және температураның ауытқуларына төтеп бере алатын компоненттері бар сенімді, синхрондалған механизмдер қажет.

Дизайндағы немесе өндірістегі дәлсіздіктер өнімділікке әсер етеді және өндіруші бизнесіне шығын әкелуі мүмкін. Металл болатпен салыстырғанда, композиттік материалдардың өнімділігі автомобиль өнеркәсібінің талаптарын қанағаттандырады және одан да асып түседі. Бұл бірегей қасиеттерге мыналар жатады:

жылу кеңеюінің төмен коэффициенті

Пішінді сақтау және сенімділік үшін тамаша өлшемдік тұрақтылық

Ылғалды және құрғақ жағдайларда коррозияға төзімділік

Қайталап қолдануға төтеп беретін жоғары соққы беріктігі

Көліктің жалпы массасын азайту үшін салыстырмалы түрде жеңіл салмақ

Жақсы дыбыс оқшаулауы және жақсы өнімділік

Бояуға жарамдылық, соның ішінде А класының беткі қабат талаптарына, бояу және пісіру процестеріне сәйкес келу мүмкіндігі

Өндіру оңай және салыстырмалы түрде арзан

Автокөліктердің ішкі және сыртқы құрылымдарында композиттік материалдарды қолданудың типтік тәсілдері

Композиттік материалдар фаралардың фара корпустарынан бастап, капот астындағы электрлік және жылу оқшаулағыш компоненттерге, автомобиль кузовының сыртқы бөлшектеріне, ішкі құрылымдарға және әрлеу бөлшектеріне дейін бірқатар автомобиль құрылымдық бөлшектерінде кеңінен қолданылды. Композиттік материалдарды автомобиль бөлшектерінде кеңінен қолдану төменде келтірілген:

Дефлекторлар мен спойлерлер

қабылдау көп қырлы

Батарея корпусы және қақпағы

Бамперлер және бампер арқалықтары

Цилиндр бастарының қақпақтары (мысалы, клапандар, рокер иінтіректері, кулакшын)

Терезе/люк жақтауы

Алдыңғы гриль ашылатын пластина

алдыңғы фараның корпусы

Жылу қалқандары (мысалы, қозғалтқыш, беріліс қорабы)

Тіректер мен жабындар

3

Құрылыс секторы

Құрылыс қоғамдастығы композиттік материалдарды түсіну мен пайдалануда айтарлықтай өсімді бастан кешіруде. Композиттік материалдар сәулетшілер мен дизайнерлерге ірі жобаларда жоғары өнімділік пен құндылық береді, ал оларды коммерциялық және тұрғын үй құрылысында пайдалану артып келеді.

Жақында жарияланған мақалада Palari Group компаниясы тұрақты 3D басып шығарылған қауымдастықтар мен үйлер салады. Mighty Buildings - қолжетімді және тұрақты үйлер жасау үшін 3D басып шығаруды, робототехниканы және автоматизацияны пайдаланатын құрылыс технологиясы компаниясы. Үйдің негізгі құрылыс материалы - құрылымдық, оқшаулау, MEP интеграциясы, ауа/ылғал/өрт тосқауылы және ішкі/сыртқы әрлеуі бар 3D басып шығарылған 100% полимерлі композиттік панель Mighty Panel. Mighty Buildings компаниясы зауытта жеке панельдерді басып шығарады, содан кейін оларды құрылыс алаңындағы үйлерге жинайды.

Құрылыста көміртекті талшықтың жоғары беріктік қасиеттері оң рөл атқарады. Көміртекті талшық өте берік, жұмсақ және төсеу оңай, оны ғимараттарды жаңа ғимараттарға ұқсату үшін жөндеу және нығайту үшін пайдалануға болады. Көміртекті талшық ламинаттары едендер мен бағандардың жүк көтергіштігін арттыру үшін кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, көміртекті талшық жер сілкінісінің зақымдануына төзімді, сондықтан оны жаңа ғимараттардың құрылымдық нығайтуы үшін және алдын ала дайындалған болатты ауыстыру ретінде де пайдалануға болады.

4

Энергия сақтау өрісі

Көп функциялы энергия сақтау композиттері (MESC) батарея қабаттарын құрылымға енгізу арқылы жасалады, бұл ретте батарея қабаттарын бекітетін өзара бекітілген тойтармалар механикалық қасиеттерді жақсартуға көмектеседі. Тәжірибелік сынақтар MESC-тердің басқа материалдармен салыстыруға болатын электрохимиялық мінез-құлыққа ие бола алатынын көрсетеді. Қапшық ұяшықтарымен салыстырғанда, MESC-тер 60% инкапсуляция тиімділігімен 15 есе жоғары механикалық қаттылыққа қол жеткізеді.

Энергия сақтаудағы композиттердің басқа да өкілдік қолданылуына мыналар жатады:

Аэроғарышқа арналған сутегі бактары

Сутегі отын ұяшықтары жүйесі

Табиғи композиттік материалдан жасалған батарея

5

инфрақұрылым саласы

Тұтастай алғанда, инфрақұрылым мен ғимараттар арасында нақты айырмашылық жоқ. Соңғы жылдары жаңа, арзан, жоғары өнімді құрылымдық композиттік материалдардың пайда болуымен инфрақұрылым құрылысы жаңа кезеңге өтті. Талшықты-арматураланған пластик (FRP) көптеген жүк көтергіш құрылымдардағы болатты алмастыра алады, сонымен қатар бетон арқалықтарын ішкі немесе сыртқы байланысқан талшықты-арматураланған пластикпен (FRP) нығайтудың орындылығы дәлелденді.

Шыны, арамид немесе көміртекті талшықтардан жасалған композиттер бетонды алдын ала керу, керуден кейінгі керу немесе арматуралау үшін барған сайын қарастырылуда. Коррозияға ұшыраған арматураны ауыстыру үшін FRP жүйелері ақырында бетон көпір палубаларында немесе басқа да ашық бетон еден құрылымдарында қолданылуы мүмкін.

Коррозияға төзімділік - көміртекті талшықтың инфрақұрылым секторында тартымдылығын арттыратын негізгі факторлардың бірі. Көміртекті талшық коррозияға ұшырамайды және тот баспайды, сондықтан көміртекті талшықты бетон қабатын көп мөлшерде жұқартуға болады, себебі болат өзегі сияқты коррозияға қарсы әсерді қарастырудың қажеті жоқ, бұл ғимаратта қолданылатын бетон мөлшерін айтарлықтай азайтады, сонымен қатар шығындарды азайту және құрылыс процесін жеделдету, кептіру уақытын қысқарту және т.б. сияқты басқа да артықшылықтарға ие. Сонымен қатар, жақсы электр өткізгіштігінің арқасында көміртекті талшық электромагниттік кедергілерді қорғау үшін пайдаланылуы мүмкін, ғимарат параметрлері туралы ақпаратты бере алады және ақылды ғимараттардың ажырамас бөлігіне айнала алады.

6

Жаңа энергетикалық өріс

Жаңартылатын энергия көздерінде композиттік материалдарды пайдалану тұрақты энергияны пайдалана алатын құрылымдарды жасау арқылы маңызды рөл атқаратын болады. Металл құрылымдармен салыстырғанда құрылымның қызмет ету мерзімі ішінде салмағының төмендеуі, тасымалдау және орнату шығындарының төмендеуі және ең бастысы, техникалық қызмет көрсету шығындарының төмендеуі композиттерді ірі жобалар үшін нақты материал ретінде көрсетті. Үнемді шешімдерді ұсыныңыз.

Жел турбинасының қалақтарының жеңіл салмағы мен күрделі аэродинамикалық пішіндері композиттерді саланың көшбасшысына айналдырды, олар қалақтарды үнемді түрде минималды еңбекпен өндіруге арналған қалыптарды пайдаланады. Қазіргі зерттеулер мен әзірлемелер жердегі және теңіздегі жүйелерге арналған турбина мен ротор қалақтарына қажетті ұлғайтылған өлшемді қанағаттандыруға бағытталған.

7

мұхит алаңы

Ондаған жылдар бойы FRP композиттері теңіз қолданбаларында, мысалы, радомдар мен массалық құрылымдарда, суперяхталарда, жұмыс қайықтарында және демалыс қайықтарында сәтті қолданылып келеді. Жақында FRP мойынтіректер, пропеллерлер, коммерциялық люктер, шығару құбырлары және шатыр құрылымдары сияқты аз танымал қолданбаларда қолданылды.

Теңіз қолданбаларында шыны талшықты композиттерді пайдалану GRP қолданудың алғашқы маңызды салаларының бірі болды. Ол бірнеше салада ірі композиттік құрылымдарды жобалау және өндіру мүмкіндігін түбегейлі өзгертті. Қайық Ұлыбританияда қолмен төселген GRP, шайыр инфузиясы, термопластикалық және жарыс яхталарына арналған жоғары өнімді көміртекті талшықты препрег сияқты әртүрлі процестерді қолдана отырып шығарылады.

Теңізде қолданылатын GRP негізгі артықшылықтары:

Қоршаған ортаға төзімділік, соның ішінде шірікке төзімділік, коррозияға төзімділік және т.б.

Біртекті, күрделі пішінді құрылымдарды өңдеу мүмкіндігі

Жүктеме жағдайларына сәйкес беріктікті реттеу мүмкіндігі

Тамаша беріктік-салмақ қасиеттері - GRP теңіз құрылымдары әдетте баламалы болат құрылымдарының салмағының жартысынан жеңіл.

техникалық қызмет көрсету аз және жөндеу оңай

тамаша беріктік

Ескек қайықтары кез келген басқа теңіз құрылымына қарағанда композиттік материалдарды кеңінен пайдаланады. Арнайы талаптарға байланысты пайдаланылатын материалдар әдеттегі теңіз құрылыс материалдары емес. Максималды жылдамдықпен жүзу және толқындар мен теңіз ортасының басқа элементтерінің әсеріне төтеп беру үшін оны жобалауда минималды салмақ пен максималды қаттылық өте маңызды болды.

Көміртекті талшықтармен күшейтілген эпоксидті композиттер көбінесе ұя тәрізді немесе көбікті өзекті корпустар, рамалар, кильдер, діңгектер, шыбықтар мен жебелер, көміртекті лебедка барабандары және біліктер үшін қолданылады. FRP пайдалану өнімділікті жақсартуға және әртүрлі халықаралық желкенді жағдайлардағы навигациялық ақаулар мен бұзылу қаупін азайтуға көмектеседі.

8

Құбыр жүйесінің өрісі

Композиттік құбыр жүйелері химиялық зауыттарда 25 жылдан астам уақыт бойы қолданылып келеді. Композиттік материалдарды өнеркәсіптік қолданыстарда қолдану 1970 жылдары кең тарала бастады. Бүгінгі таңда композиттік құбырлар мен резервуарларды орнату жер үсті және жер асты, коммерциялық, муниципалдық және тұрғын үй қолданыстарында артып келеді. Жаңа химиялық қондырғылар салынып, ескі қондырғылар кеңейтілген сайын арзан табиғи газ нарықты одан әрі кеңейтуде.

Композиттік құбырлардың типтік қолданылуы мен өнімдеріне мыналар жатады:

ауаның ластануын бақылау

акваөсіру

химиялық өңдеу

тұзсыздандыру

Мұнай және табиғи газ

Су және ағынды суларды тазарту

құбыр

Фитингтер мен төсемдер

Құбыр жүйесі

Отын багының қаптамасы

мұнай сақтау ыдысы

Өңдеу контейнері

Скруббер

клапан

9

Спорт және демалыс саласы

Көміртекті талшық спорт тауарлары саласында, жарыстан бастап шаңғы тебуге, гольфке, балық аулауға және тенниске дейін әрқашан көрнекті орын алған, көміртекті талшық кеңінен қолданылған. Көміртекті талшықтың танымалдығының артуы және бағасының төмендеуімен ол спорт тауарларында көбірек қолданыла бастады.

Көміртекті талшық қазіргі уақытта көптеген ракеткаларда, сноубордтарда, шаналарда, хоккей таяқшаларында, қармақтарда, гольф таяқшаларында, велосипедтерде, серфинг тақталарында, батпырауықтарда, аяқ киімдерде және басқа да спорттық өнімдерде қолданылады.

Спорт және демалыс саласындағы көміртекті талшықтар

Қазіргі уақытта ең танымал 10 ашық ауадағы спорт пен демалыс іс-шарасының 7-сі композиттік материалдарды пайдаланады. Шыны талшықтары мен көміртекті талшықтармен күшейтілген композиттер балық аулау қармақтарында, теннис ракеткаларында, байдарка ескектеріне арналған лонгтарда/біліктерде, виндсерфинг діңгектері мен тақталарында, хоккей таяқшаларында, батпырауықтарда және велосипед рульдерінде ағаш пен металды алмастыруды жалғастыруда.

10

Көлік

Көлік саласында үлкенірек көліктерді пайдалану үрдісі байқалады. Автобус, пойыз немесе жүк көлігі болсын, идея қарапайым: көбірек жүк тасымалдау. Қиындық - отынды үнемдей отырып және қоршаған ортаға әсерді азайта отырып, үлкенірек жүктерді қауіпсіз тасымалдау жолдарын табу. Композиттік материалдар бұл қиындыққа тамаша жауап береді.