Композициялық материалдар. Жалпы сипаттамасы

 

 

 

Композициялық материалдардың технологиясы мен қасиеттері

Композициялық материалдың құрамындағы әрбір  компонент бастапқы қасиеттерін  сақтайды. Композициялық материалдарға асбестцемент, ағаш талшықты плиталар, цементті-жаңқалы плиталар, шыны талшықты анизотропиялық материалдарды жатқызуға болады. Сондай-ақ композициялық материалдарға бетон, темірбетон, фибробетон және т.б. жатады. Қазіргі уақытта өте берікті жеңіл материалдарға сұраныс өсуде.

Халық шаруашылығының барлық салаларында шыныталшықты пластиктер молынан қолданылуда. Композициялық материалдарды машина — ұшақ — ракета жасау бағыттарында меңгеруде. Болашақта жаңа құрылыс материалдары туралы ғылым оларды қолданудың технологиясы мен ғылыми теория бағытында дамуы керек.

Сапалы  композициялық құрылыс материалдарын  алу үшін компоненттердің жоғарғы шыдамдылығы мен беріктігін, оның берікті желімделуін, матрицаның иілгіштігі мен қаттылықтың ең жогарғы дәрежесіне жетуін қамтамасыз ету қажет. Бір жағынан, композиттердің сапалы көрсеткіштерінің өзара байланыстығы, екінші жағынан, өзара байланыстықтың технологиялық параметрлері мен қирау механизмінің тәуелдігін зерттеу композициялық материалдың беріктігін өсіруші факторларды анықтауға мүмкіндік береді.

Композициялық материалдың беріктігін, матрицаның иілгіштігі мен қаттылығын қамтамасыз ететін көптеген әдістер бар.

Атап  айтсақ, қаңқалы талшықты бағытта орнықтыру арқылы, композиттің беріктік көрсеткіштерін, майысқақтығын, температураға шыдамдылығын және басқа да қасиеттерін жақсартуға болады. Мұндай жағдайда композициялық материалдардың құрамын дұрыс есептеу керек және компоненттердің тиімді арақатынасын анықтаған жөн.

Талшықты  композициялық материалдарды әр түрлі белгілерімен жіктеуге болады. Мысалы, қолданылатын шикізаттың түріне, каңқалаудың сипаттамасына, матрица материалының өзгешелігіне (полимерлі, темірлі, керамикалы, көміртекті), қаңқалайтын талшық түріне (шыныпластиктер, боропластиктер) және т.б. қарай.

Қаңқалайтын талшық, композициялық материалдар құрамында біркелкі тегіс қабатпен, өзара параллельді бағытта немесе ішкі себептерге байланысты және шатасып оралған, мысалы, тоқылатын арматура сияқты орналасуы мүмкін.

Композициялық материалдың қаңқалаушы құрастырушылары, тығыздық пен беріктікті қамтамасыз ететін материалдар, майда ұнтақталған ұнтақ, микроталшық түрінде болуы мүмкін. Майда ұнтақталған дисперсиялы толықтырғыштар барлық көлемге біркелкі таратылады.

Толтырғыштардың меншікті беттерінің өсуіне орай композициялық материалдың көлеміндегі толтырғыштың тиімді мөлшері де өседі.

Композиттердің  беріктігі, қаттылығы, жылуға төзімділігі  елеулі түрде матрицаның материалымен анықталады, яғни байланыстырғыштың  түрімен айқындалады. Полимерлі, каучукты, битумды матрицалар материалдың  беріктігі мен иілгіштігін қамтамасыз етеді.

Қирау процесінде материалда сызаттар пайда болады, олардың дамуына толықтырғыштардың бөлшектері кедергі жасайды. Сызаттың, энергиясының біразын толықтырғыш қасындағы байланыс жұтады. Мүндай жағдайда дамып өсіп келе жатқан сызат қисаяды, тармақталады, толықтырғыш бөлшектерінің төңірегіндегі қозғалу жолының өсуіне орай сызаттың тарау жылдамдығы бәсеңдейді. Көп жағдайда бұзылудың көзі болатынын, байланыстырушымен бүркелмеген кішкене бөлшекті агрегаттар екенін білген жақсы. Материалдың ішкі жүйе қүрылымын, компоненттердің әр түрлі термиялық үлғаюынан пайда болған қалдықты кернеулер әлсіретеді. Осы кернеулердің көбі байланыстырғыш пен толтырғыштың жапсарларынан біраз қашықтықта топтанған. Майысу мен созылуға жұмыс істейтін композициялық материалдарды алу үшін, өзіне созылмалы кернеулерді қабылдайтын жоғарғы берікті талшықтарды қолданады. Талшықты композициялық материалдардың ішкі жүйе құрылымы ұнтақты толтырғыштар негізінде алынған композиттердің жүйелік құрылымынан елеулі түрде ерекшеленеді. Композиттің көлеміндегі үнтақты толықтырғыштың үлесіне 15—25% тиеді. Осындай жағдайда толықтырғыш барлық көлемге біркелкі бөлініп түседі. Ал талшықтың көлемі композит көлемінің 75% алуы ықтимал. Қаңқаланған талшықты композициялық материалдар жоғарғы беріктігімен, майысқақтығымен, тығыздығымен, әр түрлі температуралы жағдайларда қасиеттерінің сақталуымен, химиялық әсерлерге төзімділігімен ерекше көзге түседі.

Талшықты  композициялық материалдарды алу  үшін талшықты шыны, органикалық талшық, болат сым, жіптер, таспалар, торлар қолданылады. Композит қүрамына енетін бөлшектердің атомдары мен молекулалары бірін-бірі теуіп алшақтамай, керісінше  берік желімдеуді, талшықтар мен  матрицаның бірігуін қамтамасыз етуі керек. Матрицаның жағдайы әрбір құрамдағы компоненттің кернеулі деңгейімен байланысты, кернеу мен деформация изотроптың және анизотроптық материалдарда деформациялық кернеудің өстері үйлесіп келеді, ал анизотроптық материалдарында дәл келмейді, яғни үйлеспейді. Атап айтқанда, сондықтан талшықтары тәртіппен орналасқан изотропты композициялық материалдардың иілгіштігі, шатасқан талшықты қаңқаланған анизотроптық материалдардың майысқақтығынан жоғары.

 

 

 

Композициялық материалдардың қолданылуы

 

 

 

4-сурет. – Кең таралған коспозициялық материал – қарапайым  жабыстырылған фанера.

 

 

 

Кең қолданылатын тауарларда. Мысалы:

• Темірбетон – бұрыннан белгілі және қарапайым композициялық материал.
• Балықты аулауға арналған шыныпластиктен немесе көмірпластиктен жасалған қармақ сап.
• Шыныпластикті қайықтар.
• Автокөлік дөңгелегінің тысы.

Спорттық құралдарда. Композиттер спортта берік орнығып алған: жоғары жетістіктер үшін жоғары беріктік пен аз салмақ қажет, ал бағасы аса маңызды емес.

• Велосипеттер.
• Тау шаңғы спортына қажетті құралдар – таяқ пен шаңғылар.
• Хоккей сырғытпа таяғы мен коньки.
• Жарыс автокөлікері мен мотоциклдердің бөлшектері.
• Шлемдар.

Медицинада. Тіс пломбаларының материалдары. Пластикті матрица жақсы толықтыру үшін, ал шыны бөлшектерінен тұратын толтырғыш беріктікті қамтамасыз етеді.

Машина жасауда. Машина жасауда композициялық материалдар үйкеліс беттерінде қорғаныс қабаттарын жасау үшін пайдаланылады, сонымен бірге іштей жанатын қозғалтқыштар үшін алуан бөлшектер жасау үшін қолданылады.

Қарулы және әскери техникада. Композициялық материалдар өзінің беріктік пен жеңілдік қасиеттері арқасында әр түрлі бронилер қолдануда әскери істерде қолданылады:

• Бронежилеттер;
• Әскери техникаға арналған броньдар.

Авиация мен космонавтикада. Авиация мен ракетты-ғарыштық техникада бор талшықты композициялық материалдар кең қолданылады. Борпластиктан және бороаллюминийден жасалған бөлшектерді АҚШ-тың «Локхид», «Боинг», «Дженерал Дайнемикс» сияқты алып фирмалар қолданады. Олардан көлдеңен және тік стабилизаторлар, рульдер, бұранда қалағын, қанат қаптауларын және т.б. жасайды. Титанды қоспалармен салыстырғанда бороалюминийден жасалған бөлшектер массаны 30 – 40 % азайтады, бұл обеспечивая более высокую длительную и усталостную прочность при нагреве до 500°С температураға дейін қыздыру кезінде анағұрлым жоғары ұзақтықтылық пен беріктілікті қамтамасыз етеді .

Бороалинийді  одан да жақсы ракетты-ғарыштық техникада қолданады. Оның «Атлас» ракетасы, космических кораблей «Аполлон», «Шаттл» ғарыштық кемелері үшін үлкен бөлшектерді жасауда қолданылуы олардың массасын 20 – 50 % кемітуге мүмкіндік берді. Бұл жағдай, өз кезегінде, пайдалы күшті арттырды, ал әскери тікұшақтар үшін – ұшу алыстығын, қарулану көлемін және т.б.

 «Toyota» фирмасы (Жапония) машина жасау бөлшектеру үшін металл композициялық материалдарды жасап шығарды. Алюминийді әр түрлі қатынаста Аl₂О₃ және SiO₂  (шамамен диаметрі 3 мкм және ұзындығы 10 мкм дейін)  қысқа талшықтармен армирледі. Аl₂О₃  массалық үлесі артқан сайын беріктік пен серпімділік модулі артады, ал  SiO₂ талшықтар мөлшерінің артуымен төзімділік артады. Бұл материалды никельді қоспалар орнына поршеньде қаптамасын жасауда қолданады, бұл қозғалтқыштың жану камерасындағы температураны және оның қуатын арттыруға септігін тигізді. Поршендердің төзімділіктерінің артуының арқасында автокөліктердің жүріс ұзақтықтары (пробег) 300 мың км. дейін артты.

 

 

Қорытынды

Қазақстан Республикасының Президенті-Елбасы Н.Ә. Назарбаевтың Қазақстан халқына 2012 жылғы Жолдауында “ИННОВАЦИЯЛЫҚ МАТЕРИАЛДАРДЫ ПАЙДАЛАНУ – ҚҰРЫЛЫСТЫҢ САПАСЫН АРТТЫРУ” деген болатын.

Қазiргі заманғы техника салаларын дамытуда композициялық материалдардың рөлi үздiксiз өсуде, мұнда осы материалдардың арнайы ерекшелiктерiн қамтамасыз етпейiнше авиация және зымыран техникасының, химия машина жасау машиналары мен агрегаттарын пайдалану мүмкiн емес. 
      Республикада отандық машина жасау, энергетика, мұнай, химия өндiрiстерi үшiн жұмыстың жоғары ресурстары бар сенiмдi техникаға және аспаптар мен тетiктердiң жауапты бөлшектерiнiң ыстыққа және тотығуға берiктiгiн ұлғайтуға мүмкiндiк беретiн жаңа технологияларды әзiрлеуге және қолданыстағыларын енгiзуге қажеттiлiк сезiледi, құрастырмалы материалдардың қызмет мерзiмi қазiргi уақытта барынша өзектi болып табылады. 
      Металл бұйымдарын, қорытпалар мен көп функционалды материалдарды өндiрудiң бәсекеге қабiлеттi технологияларын дамыту Қазақстанды әлемдiк нарықта жоғары технологиялық өнiм өндiрушiлердiң әлеуеттi серiктестерi қатарына шығарады. 
      Қазақстан Республикасы өнеркәсiптi жаңғырту және жаңа өндiрiстердi құру үшiн қажеттi барлық жағдайларға ие. Мұндай алғышарттарға бай шикiзат базасын, елдiң жеткiлiктi дамыған ғылыми-техникалық әлеуетiн, ғылыми әрi технологиялық бөлiктердiң, бiлiктi кадрлардың болуын жатқызуға болады.

Қазіргі кезде Қазақстан нарқы, негізінен құрылыс материалдарымен қаныққан. Нарықты отандық материалдармен толықтыру үшін, саланың алға басуын, ғылыми-техниканың жетістіктеріне және технология мен жасалған жұмыстарға сын көзбен қарап, соларға ставка жасау қажет. Оларды пайдалану сапасын, өнімнің түрін және көлемін артыруға бағытталған, сонымен қатар, жергілікті шикізатты мүмкіншілігінше және шығырылатын өнімнің құнын арзандату мақсатында өндіріс қалдықтарын пайдалану болып табылады. Жаңа технологияны және материалды енгізу құрылыстың өзіндік құнын орташа 20-25 % төмендетуге мүмкіншілік жасайды, 1,5 есеге дейін материалдың шығынын төмендетеді және энергия сыйымдылығын азайтады, яғни бұл шеттен әкілінетін материалдарды ауыстыруға және сыртқа шығаруға бағытталған өндірісті жасауға жағдай туғызады.

Алдағы уақытта құрылыс материалымен айналысатын қандай да кәсіпорын  үшін, ең маңызды міндеттердің бірі – құрылыс материалдар өндірісін  жаңғырту, инновациялық технологиялардың санын арттыру болып табылады.

Бұдан тұжырымдайтынымыз, Қазақстанда  әр түрлі құрылыс материалдарын  өндіру үшін, соның ішінде композициялық материалдарды өңдіру үшін мол шикізат қорының бар болуы. Кейбір шикізат түрінен – асбест, волластонит, кварц және т.б. республика алдыңғы орынды алады. Кең шикізат қорының болуы, ғылыми-техникалық зерттеулер және құрылыстың үдемелі жүруі, отандық құрылыс материалдар өндірісін дамыту қажеттілігін орынды екенін көрсетеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қолданылған әдебиеттер тізімі:

1. «Металлургиядағы жаңа материалдар» тәртібі бойынша лекциялар конспектілері / Авт. Зборщик А.М. – Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ», 2008. – 253 б. 
2. СӘУЛЕТТІК МАТЕРИАЛТАНУ. Жоғары оқу орындарындағы сәулеттік және құрылыс мамандықтары студенттеріне арналған оқулық/Авт. А.Кулибаев,У. Бишімбаев,Е.Қасымов,Қ.Бисенов.
3. Васильев В. В. Композициялық материалдардан жасалған құрылымдар механикасы. - М.: Машиностроение, 1988. - 272 б.
4. Карпинос Д. М. Композиционды материалдар. Анықтамалық. - Киев, Наукова думка.
5. http://kk.wikipedia.org
6. http://ru.wikipedia.org
7. http://wiki.marstefo.ru/obschaja_harakteristika_kompozicionnyh_materialov
8. http://economkaz.kz
9. http://kaz.classtime.kz
10. “Экономика” республикалық апталық газеті, қазан, 2012 жыл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қосымша мәлімет

БАЗАЛЬТ – БОЛАШАҚТЫҢ МАТЕРИАЛЫ

 

Иә, қаржының жетімсіздігі қазақ ғылымын біраз  тұралатқаны жасырын емес. Алдағы уақытта халқымыз ғылыми жаңалықтардың  игілігін көріп, өндіріс пен ғылымның арасындағы көпір берік орнауын күтіп отыр. Қазір еліміздегі маңдайалды оқу орындары ғылыми жаңалықтарды дамытушы орталыққа айналып келеді. Таяуда Қ.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университеті жанындағы құрылыс институтында болып, ғылымды дамыту жолында атқарылып жатқан жұмыстармен танысып қайттық. 
 
ҚҰРЫЛЫСТЫҢ ҚҰЛАШЫН ЖАЗАМЫЗ