Prezentare generală a materialelor modificate
Definiție și clasificare
Materialele modificate sunt materiale în care materialul de bază este tratat prin mijloace fizice sau chimice pentru a -și îmbunătăți proprietățile sau pentru a -i oferi noi funcții. Modificarea acestor materiale poate fi fie o ajustare microstructurală, fie o modificare a compoziției chimice.
Conform metodelor de modificare, materialele modificate sunt clasificate în principal în materiale modificate fizic și materiale modificate chimic. Modificarea fizică implică de obicei umplerea, amestecarea, îmbunătățirea compozită și alte mijloace; Modificarea chimică poate include copolimerizarea, altoirea, reticularea și alte mijloace chimice.
Conform tipului de material, materialele modificate pot fi clasificate în polimeri modificați, metale modificate, ceramică modificată și așa mai departe. Fiecare tip de material modificat are zonele sale specifice de aplicație și cerințele de performanță.
Scopul modificării și câmpului de aplicare
Scopul materialelor modificate este de a răspunde nevoilor aplicațiilor specifice și de a îmbunătăți performanța materialului, inclusiv, dar fără a se limita la proprietăți mecanice, proprietăți termice, proprietăți electrice, stabilitate chimică și așa mai departe.
Materialele modificate polimerice au caracteristicile îmbunătățirii proprietăților mecanice, îmbunătățirea proprietăților termice și îmbunătățirea rezistenței la intemperii, iar procesele includ modificarea umpluturii, modificarea de plasticizare, modificarea amestecului, modificarea grefei etc. , aparate electrice și electronice și dispozitive medicale.
Materiale modificate din metal cu proprietăți mecanice îmbunătățite, îmbunătățiți rezistența la coroziune, îmbunătățiți caracteristicile de conductivitate electrică, procesul de modificare a alierii, modificarea suprafeței, modificarea tratamentului termic, modificarea dopajului etc. este utilizat pe scară largă.
Materialele modificate ceramice au caracteristicile îmbunătățirii proprietăților mecanice, îmbunătățirea proprietăților termice, îmbunătățirea proprietăților electrice și acordarea funcționalității, iar procesul are modificare compozită, modificare a suprafeței, modificare a sinterizării, modificare a dopajului etc., care sunt utilizate pe scară largă în componente electronice, Dispozitive medicale, materiale refractare și materiale de construcție.
Prin modificare, materialele pot fi mai bine adaptate mediului lor de lucru, îmbunătățesc fiabilitatea și durabilitatea produselor și, de asemenea, contribuie la promovarea dezvoltării de noi tehnologii de materiale.
Tehnologie și metode de modificare
Tehnologia de modificare fizică
Tehnologia de modificare fizică este o metodă de îmbunătățire a proprietăților materialului prin mijloace fizice, care nu implică modificări ale structurii moleculare a materialului.
Tehnicile comune de modificare fizică includ:
Modificare de umplere: adăugând diverse umpluturi, cum ar fi fibre de sticlă, fibre de carbon, pulbere de talc etc., la materialul matricei, pentru a îmbunătăți rigiditatea, rezistența și rezistența la căldură a materialului. De exemplu, materialele plastice cu adăugarea de fibre de sticlă își pot îmbunătăți semnificativ rezistența mecanică și rezistența la temperatură.
Modificare de amestecare: Amestecarea a două sau mai multe materiale polimerice în așteptarea obținerii unui material nou cu proprietăți generale mai bune. De exemplu, amestecarea polipropilenei cu clorură de polivinil poate îmbunătăți rezistența chimică și proprietățile de procesare ale materialului.
Armare compozită: Formarea compozitelor cu proprietăți mecanice mai mari prin compunerea unui material de armare, cum ar fi fibrele de carbon sau sticlă, cu un material matricial. Această tehnologie este utilizată pe scară largă în fabricarea aerospațială și auto.
Modificare a suprafeței: Schimbarea proprietăților chimice și fizice ale suprafeței materialului prin tratament cu plasmă, acoperire etc., pentru a îmbunătăți rezistența la abraziune, rezistența la coroziune și aderența materialului.
Tehnologia de modificare chimică
Tehnologia de modificare chimică implică ajustarea sau modificarea structurii moleculare a unui material pentru a obține proprietăți noi sau îmbunătățite.
Principalele tehnici de modificare chimică includ:
Modificarea copolimerizării: supunând diferiți monomeri la o reacție de copolimerizare, se formează copolimeri cu noi proprietăți. De exemplu, copolimerii acrilonitril-butadiene-stiren (ABS) au proprietăți mecanice și de procesare bune.
Modificarea grefei: Introducerea de noi grupuri funcționale sau lanțuri scurte într -un lanț de polimeri pentru a îmbunătăți polaritatea, compatibilitatea sau reactivitatea materialului. Modificarea grefei este adesea utilizată pentru a îmbunătăți proprietățile adezive ale polimerilor sau compatibilitatea cu alte materiale.
Modificare încrucișată: Formarea legăturilor chimice între lanțurile polimerice prin reacții de reticulare pentru a îmbunătăți rezistența la căldură, rezistența mecanică și stabilitatea chimică a materialului. Vulcanizarea este un exemplu tipic de modificare încrucișată a cauciucului.
Modificarea clorurării: Introducerea atomilor de clor în polimeri prin reacții de clorare îmbunătățește întârzierea flăcării, rezistența la ulei și rezistența chimică a materialului. Modificarea clorurării clorurii de polivinil (PVC) este una dintre aplicațiile comune.
Modificare plasmatică: Utilizarea particulelor active în plasmă pentru a reacționa chimic cu suprafața materialului, introducând noi grupuri funcționale pentru a schimba polaritatea, umectabilitatea și biocompatibilitatea suprafeței materialului. Tehnologia de modificare a plasmei are o gamă largă de aplicații în domeniul materialelor biomedicale.
Principalele tipuri de materiale modificate
Plastice materiale consolidate îmbunătățesc proprietățile mecanice și rezistența la căldură a materialelor plastice prin adăugarea diferitelor materiale de întărire.
În funcție de materialele de întărire, acestea pot fi clasificate după cum urmează:
Plastic armat cu fibre de sticlă (GFRP): Cu fibră de sticlă ca material de armare, are o rezistență și rigiditate ridicată și este utilizat pe scară largă în industria auto, electronică și construcții.
Plastic armat cu fibre de carbon (CFRP): Utilizarea fibrelor de carbon ca întărire, are proprietăți mecanice excelente și caracteristici ușoare și este utilizat în mod obișnuit în articole sportive aerospațiale și de înaltă calitate.
Plastice armate cu fibre aramid (AFRP): Cu o rezistență excelentă la căldură și impact, este potrivit pentru temperaturi ridicate și zone care necesită o rezistență ridicată și un modul ridicat.
Materialele plastice din plastic întărite sunt utilizate în principal pentru a îmbunătăți rezistența la impact a materialelor plastice prin adăugarea de agenți de întărire, agenții comuni de întărire includ:
Agent de întărire a cauciucului: cum ar fi cauciucul de dien de etilen propilen (EPDM), prin dispersarea în matricea plastică pentru a forma o structură insulară, absorbind eficient energia de impact.
Copolimeri de copolimeri de copolimeri de miez: Copolimeri cu o structură de coajă de miez, cum ar fi ABS, pentru a îmbunătăți duritatea materialului prin rolul interfațial dintre miez și coajă.
Nanoparticules Gureners: , cum ar fi nanoclay și nanotuburi de carbon, prin interacțiunea cu matricea plastică pentru a îmbunătăți dispersia și duritatea materialului.
Plasticii de materiale plastice retardate cu flacără sunt împărțite în principal în două categorii: aditiv și reactiv, prin adăugarea de retardanți de flacără pentru a îmbunătăți performanța la foc a materialului:
Retardanți aditivi: Such ca hidroxid de aluminiu (ATH) și trioxid de antimoniu (ATO), prin dispersarea fizică în plastic, atunci când este încălzită, produc un strat de protecție de izolare termică, încetinind arderea materialului.
Retardanți reactivi de flacără: s -au legat de lanțurile moleculare ale materialelor plastice prin reacții chimice, cum ar fi compușii care conțin fosfor și azot, pentru a îmbunătăți stabilitatea termică a materialului și capacitatea de a forma un strat de cărbune în timpul combustiei.
Retardanți de flacără de tip expansiune: expand atunci când este încălzit pentru a forma un strat de cărbune spumos pentru a izola oxigenul și transferul de căldură, cum ar fi polifosfat de amoniu (APP) și melamină.
Caracteristicile de performanță ale materialelor modificate
Proprietăți mecanice
Proprietățile mecanice ale materialelor modificate sunt adesea îmbunătățite semnificativ prin consolidarea fibrelor, a umpluturilor sau a tehnicilor de amestecare. De exemplu, rezistența la tracțiune și flexie a plasticului armat cu fibre de sticlă (GFRP) poate fi crescut de mai multe ori în comparație cu plasticul nemodificat, răspunzând astfel nevoilor materialelor structurale.
Fibre de armare: Fibrele de sticlă sunt cele mai utilizate material de armare, iar adăugarea lor este de obicei între 10% și 30%, ceea ce poate crește eficient rigiditatea și rezistența materialului.
Modificare de umplere: Prin adăugarea de umpluturi anorganice, cum ar fi carbonatul de calciu și talc, nu numai că pot îmbunătăți proprietățile mecanice ale materialului, dar și poate reduce costurile.
Nano-modificare: Adăugarea de nanomateriale, cum ar fi nanotuburile de carbon și nanoclay, poate îmbunătăți semnificativ proprietățile mecanice ale materialului la o cantitate mai mică de adăugare.
Proprietăți termice
Proprietățile termice ale materialelor modificate pot fi optimizate prin adăugarea de aditivi specifici sau schimbarea structurii materialului pentru a se potrivi cu diferite aplicații.
Stabilitatea termică: Îmbunătățirea stabilității și siguranței materialului la temperaturi ridicate prin adăugarea stabilizatorilor termici, cum ar fi antioxidanții și ignifugul de flacără.
Conductivitate termică: Anumite materiale modificate, cum ar fi polimerii plini de nanotub de carbon au o conductivitate termică ridicată și sunt potrivite pentru aplicații de gestionare termică, cum ar fi chiuvetele de căldură.
Rezistență termică: Temperatura de serviciu pe termen lung a materialului este crescută prin încorporarea fibrelor de armare sau a aditivilor rezistenți la căldură, cum ar fi plasticul armat cu fibră de carbon (CFRP) pentru aplicații aerospațiale.
Rezistență chimică
Rezistența chimică a unui material modificat este îmbunătățită prin adăugarea de aditivi rezistenți la substanțe chimice sau prin schimbarea structurii chimice a materialului, astfel încât să rămână stabilă în medii chimice dure.
Rezistența la acid și alcalin: Rezistența materialului la acizi, alcalini și alte substanțe chimice este îmbunătățită prin adăugarea de umpluturi sau acoperiri rezistente la alcalin.
Rezistența la solvent: Anumite materiale plastice modificate rămân stabile în medii cu solvent prin adăugarea de componente rezistente la solvent, cum ar fi politetrafluoroetilen (PTFE), pentru aplicații precum garnituri.
Rezistența la oxidare: Îmbunătățirea vieții materiale în mediile de oxidare prin adăugarea de antioxidanți sau utilizarea substraturilor rezistente la oxidare
