Přehled upravených materiálů
Definice a klasifikace
Modifikované materiály jsou materiály, ve kterých je základní materiál ošetřen fyzikálními nebo chemickými prostředky, aby se zlepšily jeho vlastnosti nebo poskytly mu nové funkce. Modifikace těchto materiálů může být buď mikrostrukturální nastavení nebo změna chemického složení.
Podle metod modifikace jsou modifikované materiály rozděleny hlavně do fyzicky modifikovaných materiálů a chemicky modifikovaných materiálů. Fyzická modifikace obvykle zahrnuje plnění, míchání, kompozitní vylepšení a jiné prostředky; Chemická modifikace může zahrnovat kopolymeraci, roubování, zesítění a jiné chemické prostředky.
Podle typu materiálu lze modifikované materiály rozdělit do modifikovaných polymerů, modifikovaných kovů, modifikované keramiky atd. Každý typ upraveného materiálu má své specifické oblasti aplikací a požadavky na výkon.
Účel úpravy a pole aplikace
Účelem modifikovaných materiálů je uspokojit potřeby specifických aplikací a zlepšit výkon materiálu, včetně, ale nejen na mechanické vlastnosti, tepelné vlastnosti, elektrických vlastností, chemické stability atd.
Materiály modifikované polymerem mají vlastnosti zvyšování mechanických vlastností, zlepšování tepelných vlastností a zlepšování odolnosti proti povětrnostem a procesy zahrnují úpravu výplně, modifikaci plastifikace, modifikaci míchání, modifikace roubu atd., Které jsou široce používány ve stavebních materiálech, automobilovém průmyslu, automobilovém průmyslu , elektrické a elektronické spotřebiče a zdravotnické prostředky.
Kovově modifikované materiály se zvýšenými mechanickými vlastnostmi, zvyšují odolnost proti korozi, zlepšují charakteristiky elektrické vodivosti, proces úpravy legování, modifikaci povrchu, úpravou tepelného zpracování, modifikace dopingu atd. V leteckém průmyslu, automobilovém průmyslu, elektrické a elektronické spotřebiči, stavební inženýrství, stavební inženýrství, stavební inženýrství, stavební inženýrství, stavební inženýrství, stavební inženýrství se široce používá.
Keramicky modifikované materiály mají vlastnosti zvyšování mechanických vlastností, zlepšování tepelných vlastností, zlepšování elektrických vlastností a poskytování funkčnosti a proces má kompozitní modifikaci, modifikaci povrchu, modifikace slinování, dopingové úpravy atd., Které se široce používají v elektronických součástech, Zdravotnické přístroje, žáruvzdorné materiály a stavební materiály.
Prostřednictvím úpravy mohou být materiály lépe přizpůsobeny jejich pracovnímu prostředí, zlepšit spolehlivost a trvanlivost produktů a také pomáhat podporovat vývoj nových materiálových technologií.
Technologie a metody modifikace
Technologie fyzické modifikace
Technologie fyzické modifikace je metoda zlepšování materiálových vlastností fyzickými prostředky, což nezahrnuje změny v molekulární struktuře materiálu.
Mezi běžné techniky fyzické modifikace patří:
Modifikace výplně: přidáním různých plniv, jako jsou skleněná vlákna, uhlíková vlákna, prášek z mastného masa atd., Aby se zlepšila rigidita, síla a tepelnou odolnost materiálu. Například plasty s přidáním skleněných vláken mohou výrazně zlepšit jejich mechanickou pevnost a teplotní odolnost.
Modifikace míchání: Míchání dvou nebo více polymerních materiálů v očekávání získání nového materiálu s lepšími celkovými vlastnostmi. Například smíchání polypropylenu s polyvinylchloridem může zlepšit chemickou odolnost a zpracovatelské vlastnosti materiálu.
Kompozitní výztuž: Tvorba kompozitů s vyššími mechanickými vlastnostmi složením zesíleného materiálu, jako jsou vlákna uhlíku nebo skleněné, maticovým materiálem. Tato technologie se široce používá v výrobě letectví a automobilů.
Modifikace povrchu: Změna chemických a fyzikálních vlastností povrchu materiálu prostřednictvím ošetření plazmy, povlakem atd., Aby se zlepšila odolnost proti otěru, odolnost proti korozi a adhezi materiálu.
Technologie chemické modifikace
Technologie chemické modifikace zahrnuje úpravu nebo změnu molekulární struktury materiálu za účelem získání nových nebo vylepšených vlastností.
Mezi hlavní techniky chemické modifikace patří:
Kopolymerační modifikace: Tím, že se podrobí různé monomery s kopolymerační reakcí, se vytvářejí kopolymery s novými vlastnostmi. Například kopolymery akrylonitrilu-butadien-styrenu (ABS) mají dobré mechanické a zpracovatelské vlastnosti.
Modifikace štěpu: Zavedení nových funkčních skupin nebo krátkých řetězců do polymerního řetězce pro zlepšení polarity, kompatibility nebo reaktivity materiálu. Modifikace štěpu se často používá ke zlepšení adhezivních vlastností polymerů nebo kompatibility s jinými materiály.
Modifikace zesítění: Tvorba chemických vazeb mezi polymerními řetězci prostřednictvím zesíťovacích reakcí pro zlepšení tepelné odolnosti, mechanické pevnosti a chemické stability materiálu. Vulkanizace je typickým příkladem modifikace kaučuku zesíťování.
Modifikace chlorace: Zavedení atomů chloru do polymerů prostřednictvím chloračních reakcí zlepšuje zpomalení hoření, odolnost oleje a chemickou odolnost materiálu. Chlorační modifikace polyvinylchloridu (PVC) je jednou z běžných aplikací.
Modifikace plazmy: Využití aktivních částic v plazmě pro chemicky reagující s povrchem materiálu a zavedení nových funkčních skupin pro změnu polarity, smáčivosti a biokompatibility povrchu materiálu. Technologie modifikace plazmy má širokou škálu aplikací v oblasti biomedicínských materiálů.
Hlavní typy upravených materiálů
Vyztužené plastické plasty zvyšují mechanické vlastnosti a tepelnou odolnost plastů přidáním různých výztužných materiálů.
V závislosti na zesilovacích materiálech mohou být kategorizovány takto:
Plast vyztužený ze skleněných vláken (GFRP): Se skleněnými vlákny jako výztužný materiál má vysokou pevnost a rigiditu a je široce používán v automobilovém, elektronickém a stavebním průmyslu.
Plast vyztužený z uhlíkových vláken (CFRP): Použití uhlíkových vláken jako výztuž má vynikající mechanické vlastnosti a lehké vlastnosti a běžně se používají v leteckém a špičkovém sportovním zboží.
Plasty vyztužené vlákny Aramid (AFRP): S vynikající odolností proti teplu a nárazu je vhodný pro vysokou teplotu a oblasti vyžadující vysokou pevnost a vysoký modul.
Plasty ztuhnuté plastiky se používají hlavně ke zlepšení nárazové odolnosti plastů přidáním zpevněných látek, mezi běžné zpevňovací látky zahrnují:
Čícedlo zhoršujícím kaučuku: jako je například guma ethylenu propylen diene (EPDM), dispergováním v plastové matrici za vzniku ostrovní struktury a účinně absorbuje nárazovou energii.
Získávání kopolymeru s jádrem: Copolymery se strukturou jádra-skořápky, jako je ABS, ke zlepšení houževnatosti materiálu prostřednictvím mezifázové role mezi jádrem a skořápkou.
Nanočásticové ubohé nanočástice: jako nanoklay a uhlíkové nanotrubice, prostřednictvím interakce s plastovou matricí pro zlepšení rozptylu a houževnatosti materiálu.
Plastika plasticsflame-retardantního plasticsframe-retardantního plastiky se dělí hlavně do dvou kategorií: aditivní a reaktivní, přidáním retardérů hoření ke zlepšení výkonu požáru materiálu:
Aditivní retardéry plamene: „AS jako hydroxid hlinitý (ATH) a antimonový oxid (ATO), fyzickým rozptýlením v plastu, když je zahříván, produkuje ochrannou vrstvu tepelné izolace a zpomaluje spálení materiálu.
Reaktivní retardéry hoření: vadilo na molekulární řetězce plastů chemickými reakcemi, jako jsou sloučeniny obsahující fosfor a dusík, aby se zlepšila tepelná stabilita materiálu a schopnost vytvořit vrstvu uhlí během spalování.
Retardéry hoření expanzního typu: expand, když se zahřívá za vzniku pěnivé vrstvy uhlí, aby izoloval přenos kyslíku a tepla, jako je amonný polyfosfát (APP) a melamin.
Výkonové charakteristiky modifikovaných materiálů
Mechanické vlastnosti
Mechanické vlastnosti modifikovaných materiálů jsou často významně zvýšeny výztuží vláken, plniv nebo míchání. Například pevnost v tahu a ohybu u plastu vyztuženého skleněnými vlákny (GFRP) lze ve srovnání s nemodifikovaným plastem několikrát zvýšit, čímž splňuje potřeby strukturálních materiálů.
Vyztužená vlákna: glastní vlákna jsou nejčastěji používaným výztužným materiálem a jejich přidání je obvykle mezi 10% a 30%, což může účinně zvýšit tuhost a sílu materiálu.
Modifikace výplně: přidáním anorganických plniv, jako je uhličitan vápenatého a mastek, může nejen zlepšit mechanické vlastnosti materiálu, ale také snížit náklady.
Nano-modifikace: Přidání nanomateriálů, jako jsou uhlíkové nanotrubice a nanoklay, může výrazně zlepšit mechanické vlastnosti materiálu při nižším přidání.
Tepelné vlastnosti
Tepelné vlastnosti modifikovaných materiálů mohou být optimalizovány přidáním konkrétních přísad nebo změnou struktury materiálu tak, aby vyhovovala různým aplikacím.
Tepelná stabilita: Zlepšete stabilitu a bezpečnost materiálu při vysokých teplotách přidáním tepelných stabilizátorů, jako jsou antioxidanty a zpomalení hoření.
Tepelná vodivost: Některé modifikované materiály, jako jsou polymery naplněné uhlíkovými nanotrubicemi, mají vysokou tepelnou vodivost a jsou vhodné pro aplikace pro tepelné řízení, jako jsou chladiče.
Tepelná odolnost: Dlouhodobá teplota servisního materiálu se zvyšuje začleněním výztužných vláken nebo přísad rezistentních na tepelně, jako je plast vyztužený z uhlíkových vláken (CFRP) pro letecké aplikace.
Chemická odolnost
Chemická odolnost modifikovaného materiálu je zvýšena přidáním chemicky rezistentních přísad nebo změnou chemické struktury materiálu tak, aby zůstala stabilní v drsném chemickém prostředí.
Odolnost proti kyselině a alkalii: Odolnost materiálu k kyselinám, alkalisům a jiným chemikáliím se zlepšuje přidáním plničů nebo povlaků rezistentních na kyselinu a alkalii.
Odolnost proti rozpouštědlu: Některé modifikované plasty zůstávají stabilní v prostředích rozpouštědel přidáním komponent rezistentních na rozpouštědlo, jako je polytetrafluorethylen (PTFE), pro aplikace, jako jsou těsnění.
Oxidační odolnost: Zlepšení životnosti materiálu v oxidačních prostředích přidáním antioxidantů nebo použitím oxidačních substrátů rezistentních na oxidaci
