มวลรวม (คอมโพสิต)

คอมโพสิตรวมมีแนวโน้มที่จะมากได้ง่ายขึ้นในการประดิษฐ์และคาดการณ์ได้มากขึ้นในคุณสมบัติของสำเร็จรูปของพวกเขากว่าคอมโพสิตใย การวางแนวและความต่อเนื่องของเส้นใยอาจมีผลกระทบอย่างท่วมท้น แต่อาจเป็นเรื่องยากที่จะควบคุมและประเมิน นอกเหนือจากการประดิษฐ์แล้ววัสดุรวมเองก็มีแนวโน้มที่จะมีราคาไม่แพง มวลรวมที่กล่าวถึงข้างต้นส่วนใหญ่พบได้ในธรรมชาติและมักใช้กับการประมวลผลเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

วัสดุคอมโพสิตบางชนิดไม่รวมมวลรวม อนุภาครวมมักจะมีขนาดเท่ากันในทุกทิศทาง (นั่นคืออัตราส่วนภาพประมาณหนึ่ง) ดังนั้นวัสดุผสมรวมจึงไม่แสดงระดับการทำงานร่วมกันที่เส้นใยคอมโพสิตมักทำ มวลรวมที่แข็งแกร่งที่ยึดเข้าด้วยกันโดยเมทริกซ์ที่อ่อนแอจะอ่อนแอในความตึงเครียดในขณะที่เส้นใยสามารถมีความไวต่อคุณสมบัติของเมทริกซ์น้อยลงโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการวางแนวอย่างเหมาะสมและวิ่งตลอดความยาวของชิ้นส่วน (เช่นเส้นใยต่อเนื่อง )

คอมโพสิตส่วนใหญ่เต็มไปด้วยอนุภาคที่มีอัตราส่วนภาพอยู่ระหว่างเส้นใยเชิงเส้นและมวลรวมทรงกลม การประนีประนอมที่ดีคือเส้นใยสับซึ่งประสิทธิภาพของเส้นใยหรือผ้าจะถูกแลกเปลี่ยนโดยใช้เทคนิคการประมวลผลแบบมวลรวมมากกว่า ทรงรีและมวลแผ่นรูปนอกจากนี้ยังใช้

ในกรณีส่วนใหญ่ชิ้นงานสำเร็จรูปในอุดมคติจะรวมกันได้ 100% คุณภาพที่ต้องการมากที่สุดของแอปพลิเคชันที่กำหนด (ไม่ว่าจะเป็นความแข็งแรงสูงต้นทุนต่ำค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงหรือความหนาแน่นต่ำ) มักจะโดดเด่นที่สุดในการรวมตัว การขาดการรวมทั้งหมดคือความสามารถในการไหลในระดับเล็กและสร้างสิ่งที่แนบมาระหว่างอนุภาค เมทริกซ์ได้รับเลือกให้ทำหน้าที่นี้โดยเฉพาะ แต่ไม่ควรใช้ความสามารถในทางที่ผิด

ขนาดโดยรวม

การทดลองและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่าปริมาตรที่กำหนดสามารถเติมเต็มด้วยทรงกลมแข็งได้มากขึ้นหากเต็มไปด้วยทรงกลมขนาดใหญ่ก่อนช่องว่างระหว่าง ( interstices ) จะเต็มไปด้วยทรงกลมขนาดเล็กและ interstices ใหม่ที่เต็มไปด้วยทรงกลมที่เล็กกว่า เท่าที่จะทำได้ ด้วยเหตุนี้การควบคุมการกระจายขนาดอนุภาคจึงมีความสำคัญมากในการเลือกมวลรวม การจำลองหรือการทดลองที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อกำหนดสัดส่วนที่เหมาะสมของอนุภาคขนาดต่างๆ

ขีด จำกัด สูงสุดของขนาดอนุภาคขึ้นอยู่กับปริมาณการไหลที่ต้องการก่อนชุดคอมโพสิต (กรวดในการปูคอนกรีตอาจมีความหยาบพอสมควร แต่ต้องใช้ทรายละเอียดสำหรับปูนกระเบื้อง ) ในขณะที่ขีด จำกัด ล่างเกิดจากความหนาของเมทริกซ์ วัสดุที่คุณสมบัติของมันเปลี่ยนไป (ดินเหนียวไม่รวมอยู่ในคอนกรีตเพราะมันจะ "ดูดซับ" เมทริกซ์ป้องกันการยึดติดที่แน่นหนากับอนุภาคมวลรวมอื่น ๆ ) การกระจายขนาดของอนุภาคยังเป็นเรื่องของการศึกษามากในสาขาของเซรามิกและผงโลหะ

ข้อยกเว้นบางประการสำหรับกฎนี้ ได้แก่ :

คอมโพสิตแกร่ง

ความเหนียวคือการประนีประนอมระหว่าง (มักจะขัดแย้งกัน) ความต้องการของความแข็งแรงและปั้น ในหลาย ๆ กรณีการรวมจะมีคุณสมบัติอย่างใดอย่างหนึ่งเหล่านี้และจะได้รับประโยชน์หากเมทริกซ์สามารถเพิ่มสิ่งที่ขาดได้ ตัวอย่างที่สามารถเข้าถึงได้มากที่สุดคือวัสดุผสมที่มีเมทริกซ์อินทรีย์และมวลรวมเซรามิกเช่นแอสฟัลต์คอนกรีต ("แอสฟัลต์") และพลาสติกเติม (เช่นไนลอนผสมกับแก้วผง) แม้ว่าคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะส่วนใหญ่จะได้รับประโยชน์จากผลกระทบนี้เช่นกัน ในกรณีนี้จำเป็นต้องมีความสมดุลที่ถูกต้องของส่วนประกอบแข็งและอ่อนไม่เช่นนั้นวัสดุจะอ่อนแอหรือเปราะเกินไป

นาโนคอมโพสิต

คุณสมบัติของวัสดุจำนวนมากเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงที่เครื่องชั่งที่มีความยาวขนาดเล็ก (ดูนาโนเทคโนโลยี ) ในกรณีที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงนี้จำเป็นต้องมีขนาดมวลรวมบางช่วงเพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพที่ดี สิ่งนี้กำหนดขีด จำกัด ล่างตามปริมาณวัสดุเมทริกซ์ที่ใช้

เว้นแต่บางวิธีการปฏิบัติจะดำเนินการเพื่อปรับทิศทางในอนุภาคไมโครหรือนาโนคอมโพสิตขนาดเล็กของพวกเขาและ (ปกติ) มีความแข็งแรงสูงเมื่อเทียบกับพันธบัตรอนุภาคเมทริกซ์ช่วยให้การใด ๆด้วยตาเปล่าวัตถุที่ทำจากพวกเขาที่จะได้รับการปฏิบัติในฐานะที่เป็นคอมโพสิตรวมในหลาย ๆ ประการ.

ในขณะที่การสังเคราะห์กลุ่มของอนุภาคนาโนเช่นท่อนาโนคาร์บอนในปัจจุบันมีราคาแพงเกินไปสำหรับการใช้งานอย่างแพร่หลายบางน้อยมากอิเล็กทรอนิคส์วัสดุที่สามารถสังเคราะห์โดยวิธีการแบบดั้งเดิมรวมทั้งอิเลคและสเปรย์ไพโรไลซิ หนึ่งรวมที่สำคัญที่ทำโดยสเปรย์ไพโรไลซิเป็นmicrospheres แก้ว มักเรียกว่าไมโครบอลลูนประกอบด้วยเปลือกกลวงหนาหลายสิบนาโนเมตรและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหนึ่งไมโครเมตร การหล่อในเมทริกซ์โพลีเมอร์จะให้โฟมซินแทคติคที่มีกำลังอัดสูงมากสำหรับความหนาแน่นต่ำ

นาโนคอมโพสิตแบบดั้งเดิมจำนวนมากหลีกหนีปัญหาการสังเคราะห์มวลรวมด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งในสองวิธี:

มวลรวมตามธรรมชาติ : โดยมวลรวมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับนาโนคอมโพสิตนั้นเกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดยปกติแล้ววัสดุเหล่านี้เป็นวัสดุเซรามิกที่มีโครงสร้างผลึกเป็นทิศทางอย่างมากทำให้สามารถแยกออกเป็นเกล็ดหรือเส้นใยได้ง่าย นาโนเทคโนโลยีที่General Motors นำเสนอสำหรับการใช้งานยานยนต์อยู่ในประเภทเดิม: ดินเหนียวเนื้อละเอียดที่มีโครงสร้างลามิเนตแขวนอยู่ในเทอร์โมพลาสติก โอเลฟิน (คลาสซึ่งรวมถึงพลาสติกทั่วไปหลายชนิดเช่นโพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีน ) ประเภทหลังรวมถึงเส้นใยแร่ใยหินคอมโพสิต (ที่เป็นที่นิยมในช่วงกลางศตวรรษที่ 20) มักจะมีวัสดุเมทริกซ์เช่นเสื่อน้ำมันและปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์

การก่อตัวรวมในแหล่งกำเนิด : ไมโครคอมโพสิตจำนวนมากสร้างอนุภาครวมโดยกระบวนการประกอบตัวเอง ตัวอย่างเช่นในโพลีสไตรีนที่มีผลกระทบสูงจะมีการผสมพอลิเมอร์สองเฟสที่ไม่สามารถหลอมรวมกันได้ (รวมถึงโพลีสไตรีนเปราะและพอลิบิวทาไดอีนที่เป็นยาง) โมเลกุลพิเศษ ( copolymers สินบน ) ประกอบด้วยส่วนที่แยกต่างหากซึ่งละลายในแต่ละขั้นตอนและเพื่อให้มีเสถียรภาพเท่านั้นที่อินเตอร์เฟซระหว่างพวกเขาในลักษณะของการเป็นผงซักฟอก เนื่องจากจำนวนของโมเลกุลประเภทนี้เป็นตัวกำหนดพื้นที่เชื่อมต่อและเนื่องจากทรงกลมก่อตัวขึ้นตามธรรมชาติเพื่อลดแรงตึงผิวนักเคมีสังเคราะห์จึงสามารถควบคุมขนาดของหยดโพลีบิวทาไดอีนในส่วนผสมที่หลอมละลายซึ่งแข็งตัวเพื่อรวมตัวกันเป็นยางในเมทริกซ์แข็ง เสริมสร้างความเข้มแข็งการกระจายตัวเป็นตัวอย่างที่คล้ายกันจากข้อมูลของโลหะ ในเซรามิกแก้วมวลรวมมักถูกเลือกให้มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเป็นลบและปรับสัดส่วนของมวลรวมต่อเมทริกซ์เพื่อให้การขยายตัวโดยรวมอยู่ใกล้ศูนย์มาก สามารถลดขนาดโดยรวมเพื่อให้วัสดุโปร่งใสต่อแสงอินฟราเรด

• รวมการก่อสร้าง
• มวลรวม (ธรณีวิทยา)
• โซนการเปลี่ยนใบหน้า (ITZ)
• อิ่มตัวพื้นผิวแห้ง