Способность выдерживать высокие температуры, не подвергаясь деформациям или разрушениям, а также низкий коэффициент теплового расширения делают композитные материалы идеальным выбором для условий с повышенной температурной нагрузкой.
Композит в рекламе и не только: что нужно знать об этом материале
В данной статье мы подробно рассмотрим, что собой представляет композит, где он применяется, и как используется в сфере рекламы. Важно отметить, что мы говорим не о едином материале, а о целой группе материалов, обладающих некоторыми общими характеристиками.
Матрицей (основой) для этих материалов обычно служит металл, чаще всего алюминий. В качестве наполнителя используются прочные волокна или частицы разной дисперсности, которые не растворяются в металле. Фактически, композит представляет собой вид пластика, обработанный различными способами, в зависимости от выбранной технологии производства.
Итак, мы выяснили, что представляет собой композит — это сложный материал с уникальной структурой. Однако, гораздо интереснее обратиться к его свойствам и диапазону возможностей.
Плюсы, главные характеристики композита
К основным преимуществам композитов можно отнести:
- Устойчивость к как высоким, так и низким температурам, а также способность переносить температурные колебания.
- Невосприимчивость к влаге, осадкам и ветровым нагрузкам.
- Механическая прочность и химическая стойкость.
- Прочность, превышающая таковую у стали.
- Надежность и долговечность: композитные материалы, предназначенные для эксплуатации на открытом воздухе, способны сохранять свои характеристики в течение 50 лет и более.
- Небольшой вес, что позволяет использовать конструкции из этого материала для самых разнообразных целей.
- Способность производить композит в различных цветах. Хотя цветовая палитра не слишком широка, все же существует выбор среди готовых решений.
Два компонента
Композиты — это составные материалы, которые включают минимум два компонента с различными свойствами. Наиболее востребованными являются полимерные композиты. Они состоят из армирующего наполнителя (например, стеклянного или углеродного волокна с заданной структурой) и связующего материала, таким как полиэфирная или эпоксидная смола. Продукция из углеродных полимерных композитов на базе эпоксидной смолы обладает прочностью, сопоставимой со сталью, однако их масса примерно в три раза меньше.
Благодаря таким характеристикам, как самовосстанавливаемость и высокая термостойкость (некоторые композиты могут выдерживать температуры до 200-250°С), они находят широкое применение в тяжелой промышленности. Композиционные материалы идеально подходят для самых различных областей, включая космос, судостроение и авиацию, как отметил директор Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по цифровым материалам и новым веществам МГТУ имени Н.Э. Баумана, Владимир Нелюб.
Например, крылья и механизмы управления отечественного магистрального самолета МС-21, а также корпус исследовательского корабля Пионер-М – все это изготовлено из композиционных материалов. Эти же материалы активно применяются для производства товаров народного потребления, включая специальную одежду для пожарных, средства индивидуальной защиты для работников медицины, обувь, продукцию для фитнеса, стоматологические и костные имплантаты.
Среди изделий из композитов можно упомянуть беспилотные летательные аппараты, лыжи, сноуборды и зубные имплантаты, а также конструкции для зданий, мостов и прочих инженерных сооружений, сетки для укрепления откосов и грунта в дорожном строительстве. Срок службы композитных материалов может достигать 30-50 лет. В настоящее время исследуются возможности создания новых биоразлагаемых материалов, что в будущем позволит производить имплантаты, которые будут разлагаться по мере формирования здоровых тканей, а также медленные повязки для заживления ран и системы доставки лекарств в организм, использующие композиты, — подчеркивает Вадим Микрин, заместитель генерального директора компании ИТЕКМА (производитель и разработчик композиционных материалов, участник НТИ).
По его словам, изделия из композитов сегодня являются достаточно дорогими. Причины этого кроются в ручной сборке, часто затрудняемой автоматизацией процесса, длительном времени отверждения и высокой стоимости самих материалов. Тем не менее, с развитием технологий и производственных процессов, цены на композитные изделия постепенно снижаются.
Превосходство и рост
На сегодня в России насчитывается больше десятка компаний, занимающихся производством новых материалов, как сообщает Антон Рязанцев, руководитель Центра компетенций НТИ по новым функциональным материалам на базе Новосибирского государственного университета. По его словам, отечественные разработки часто превосходят западные аналоги по качеству, например, по огнестойкости.
Антон Рязанцев:
Еще в Советском Союзе в данной области были накоплены ценные знания и разрешения, которые теперь служат основой для развития индустрии. Программа по импортозамещению также способствовала этому прогрессу.
По словам Владимира Нелюба, рынок новых материалов в России в 2022 году составил около $3-4 миллиардов, что представляет собой приблизительно 4% от общемирового объема.
Владимир Нелюб:
Согласно различным прогнозам, рынок композитов в 2022 году оценивался в около $100 миллиардов с бедновением 6-7% в год. Учитывая множество объективных экономических проблем, эксперты прогнозируют, что к 2040 году мировой рынок может достигнуть $350 миллиардов в год.
Чем композитные материалы отличаются от композиционных
Существует некоторая неопределенность между понятиями композит и композиционный материал.
Композит создается искусственным путем посредством сочетания нескольких компонентов. Матрица и наполнитель могут обладать совершенно различными свойствами, но всегда сохраняют четкую границу.
Элементы формируются так, что каждый компонент конструкции исполняет конкретные функции. Например, железобетон является классическим композитом, где сочетание хрупкого бетона и упругих стальных арматур наделяет его надежностью и прочностью.
К наиболее распространенным композитам относятся древесностружечные и древесноволокнистые плиты, а также древесно-полимерные композиты.
Важно знать: Одним из первых композитов в истории считается кирпич, высушенный на солнце, в который добавляли солому для увеличения прочности.
Композиционные материалы, в свою очередь, образуются путем интеграции упрочняющего наполнителя в матрицу. Исходные компоненты могут не иметь четких границ и располагаться случайным образом.
Свойства готовых изделий зависят от состава, соотношения и прочности связей между компонентами внутри композиции.
Примеры композиционных продуктов: резины, триплексы, карбон, керамика и металлические сплавы.
Важно понимать: Композит можно считать композитным материалом, тогда как обозначение композиционный для композита будет неверным.
Свойства композиционных материалов
Путем варьирования компонентов производят изделия с заданными качествами, которые включают в себя:
- экологическую безопасность;
- прочность на изгиб, сжатие и растяжение;
- устойчивость к механическим и вибрационным нагрузкам;
- упругость, жесткость и удельный вес;
- износостойкость и электропроводимость;
- тепло- и звукоизоляционные свойства;
- химическую, биологическую и коррозионную стойкость.
Сочетая различные вещества, производят продукты, свойства которых значительно отличаются от исходных материалов.
Интересные композиты прошлого и настоящего
Говорить о чем-либо проще всего на примерах, особенно когда речь идет о композиционных материалах, которые существовали на протяжении всей истории человечества. О некоторых из них мы даже не задумываемся в таком контексте, настолько привычными они стали.
Например, египтяне использовали солому в глиняных кирпичах, чтобы повысить их прочность и избежать разрушений, что можно считать первыми композитными материалами в истории. Аналогично, при создании папируса они добавляли асфальт для усиления его структуры.
В XVIII веке французский ученый Рене Антуан Реомюр создал стекловолокно, что стало важным шагом в развитии композитов. Позже, в XIX веке, британец Луи Шваб усовершенствовал процесс его производства, создав оборудование для массового производства стекловолокна.
С начала XX века началась эпоха активных изобретений, оказавших значительное влияние на экспорт композитов, например, была разработана феноловая смола с добавлением льняных волокон. В 1913 году был создан первый композитный материал в том виде, как мы понимаем этот термин сегодня.
В 1930 году появляется полиэстер, а в 1938 — эпоксидная смола. Позже были созданы усиленные стекловолокном композиты, предназначенные для авиастроения, и в 1943 году, в условиях Второй мировой войны, British Spitfire и американский BT-15 стали первыми самолетами, получившими композитные детали.
В 1954 году Уильям Стаут представил полностью композитный кузов автомобиля на основе полиэстера и стекловолокна. Четыре года спустя появились углеродные волокна, которые стали популярным наполнителем для композитных материалов. Не только британцы и американцы занимались разработками, но и японцы, что значительно способствовало росту индустрии композитов на глобальном уровне. Микромеханика, теория ламинирования и участие промышленных организаций преображали технологии в считанные годы.
Начиная с 1970-х годов композиты находили применение в военной сфере, производстве спортивного инвентаря и самолетостроении пассажирских реактивных самолетов, в 2000-х годах они начали активно использоваться в создании общественного транспорта, колес и мостов. Начиная с 2010-х годов, 3D-печать начала использоваться для создания композитных материалов.
Сегодня представить мир без композитных материалов трудно, ведь они пронизывают практически все сферы нашей жизни. В будущем это направление будет продолжать развиваться, поскольку сама идея объединения двух различных материалов для создания более прочного, долговечного и устойчивого продукта является гениальной по своей простоте и доступности.
Тенденции использования композитов в разных отраслях
Сфера производства композитных материалов активно прогрессирует и совершенствуется. Главные цели разработчиков заключаются в расширении диапазона применения производимых изделий путем улучшения их характеристик.
Механические качества
Новые связующие составы и современные комбинированные волокна способны создавать материалы с более высокими показателями прочности, износостойкости и жесткости, что делает их подходящими для самых требовательных условий эксплуатации.
Вес композитов
Уменьшение плотности, при этом сохраняя высокие прочностные характеристики композитов, позволяет создавать легкие конструкции, оптимально подходящие для авиастроения и автомобильной промышленности.
Термостойкость и стойкость к открытому пламени
Использование специально подобранных негорючих компонентов даст возможность расширить производственные возможности изделий, предназначенных для работы в условиях высоких температур и с открытым пламенем.
Топ-5 лучших статьи
Как рассчитать количество материалов для шумоизоляции квартиры
Итак, вы решили сделать шумоизоляцию в своем жилье. Какова стоимость такого мероприятия? Определив площадь помещения, можно с высокой точностью рассчитать необходимое количество материалов, а значит, и общий бюджет. Давайте рассмотрим базовые принципы расчета, используя пример стандартной комнаты.
Как звукоизолировать студию звукозаписи
Уровни децибел в студиях звукозаписи порой могут быть крайне высокими. Репетиции, запись, сведение, озвучка и дубляж — все это приносит немало неудобств соседям, если звук просачивается через стены, пол или потолок.
Что следует знать про индекс звукоизоляции при проведении шумоизоляции
В систему звукоизоляции входят как звукоизолирующие, так и шумопоглощающие материалы, каждый из которых функционирует по-разному. Эффективность звукозащитной конструкции определяется общепринятыми показателями, такими как индекс звукоизоляции и коэффициент шумопоглощения.
Что такое бутиловая лента
Бутиловая лента является современным герметичным материалом, который успешно используется как в частном, так и в коммерческом строительстве.
Сколько стоит звукоизоляция спальни 12 м2, детской 15 м2 и кабинета 8 м2?
Вечеринки, громкие разговоры и смех могут быть приятными до определенного момента. Рано или поздно возникает желание уединиться в тишине в собственной комнате.
Звукоизолируем домашний кабинет для мастера маникюра
Многие мастера маникюра сегодня работают в качестве самозанятых и создают рабочие места прямо у себя дома или в съемных квартирах. Эта форма работы имеет множество значительных преимуществ, включая гибкий график, отсутствие расходов на аренду помещения и экономию времени на дороге.
Игровая комната в кафе: создание комфортной атмосферы для гостей
Множество посетителей кафе приходят вместе с маленькими детьми, поэтому наличие специальной детской игровой комнаты будет значительным плюсом. Это обеспечит родителям возможность спокойно проводить время, в то время как дети смогут найти себе занятие по интересам.
Шумоизоляция серверной: создание оптимальных условий для стабильной работы оборудования
Современное серверное оборудование нередко становится источником нежелательных шумов. Даже один небольшой серверный шкаф в комнате с работающими сотрудниками может негативно сказаться на их продуктивности.
