Gambaran keseluruhan bahan yang diubahsuai
Definisi dan klasifikasi
Bahan yang diubahsuai adalah bahan di mana bahan asas dirawat oleh cara fizikal atau kimia untuk memperbaiki sifatnya atau memberikan fungsi baru. Pengubahsuaian bahan -bahan ini boleh sama ada pelarasan mikrostruktur atau perubahan dalam komposisi kimia.
Menurut kaedah pengubahsuaian, bahan -bahan yang diubahsuai terutamanya dikategorikan ke dalam bahan -bahan yang diubahsuai secara fizikal dan bahan -bahan yang diubah suai secara kimia. Pengubahsuaian fizikal biasanya melibatkan pengisian, penggabungan, peningkatan komposit dan cara lain; Pengubahsuaian kimia mungkin termasuk kopolimerisasi, cantuman, silang silang dan cara kimia lain.
Menurut jenis bahan, bahan yang diubahsuai boleh dikategorikan ke dalam polimer yang diubahsuai, logam yang diubah suai, seramik yang diubahsuai, dan sebagainya. Setiap jenis bahan yang diubah suai mempunyai bidang aplikasi khusus dan keperluan prestasi.
Tujuan pengubahsuaian dan bidang aplikasi
Tujuan bahan yang diubahsuai adalah untuk memenuhi keperluan aplikasi tertentu dan untuk meningkatkan prestasi bahan, termasuk tetapi tidak terhad kepada sifat mekanikal, sifat terma, sifat elektrik, kestabilan kimia dan sebagainya.
Bahan yang diubahsuai polimer mempunyai ciri -ciri meningkatkan sifat mekanikal, meningkatkan sifat terma, dan meningkatkan rintangan cuaca, dan proses termasuk pengubahsuaian pengisi, pengubahsuaian plastik, pengubahsuaian campuran, pengubahsuaian cantuman, dan lain -lain, yang digunakan secara meluas dalam bahan binaan, industri automotif, , peralatan elektrik dan elektronik, dan peranti perubatan.
Bahan -bahan yang diubahsuai logam dengan sifat mekanikal yang dipertingkatkan, meningkatkan ketahanan kakisan, meningkatkan ciri kekonduksian elektrik, proses pengubahsuaian pengubahsuaian, pengubahsuaian permukaan, pengubahsuaian rawatan haba, pengubahsuaian doping, dan sebagainya, dalam aeroangkasa, industri automotif, peralatan elektrik dan elektronik, digunakan secara meluas.
Bahan yang diubahsuai seramik mempunyai ciri -ciri meningkatkan sifat mekanikal, meningkatkan sifat terma, meningkatkan sifat elektrik, dan memberi fungsi, dan prosesnya mempunyai pengubahsuaian komposit, pengubahsuaian permukaan, pengubahsuaian sintering, pengubahsuaian doping, dan lain -lain, yang digunakan secara meluas dalam komponen elektronik, Peranti perubatan, bahan refraktori, dan bahan binaan.
Melalui pengubahsuaian, bahan dapat disesuaikan dengan persekitaran kerja mereka, meningkatkan kebolehpercayaan dan ketahanan produk, dan juga membantu mempromosikan pembangunan teknologi bahan baru.
Teknologi dan kaedah pengubahsuaian
Teknologi pengubahsuaian fizikal
Teknologi pengubahsuaian fizikal adalah kaedah untuk memperbaiki sifat bahan dengan cara fizikal, yang tidak melibatkan perubahan dalam struktur molekul bahan.
Teknik pengubahsuaian fizikal yang biasa termasuk:
Pengubahsuaian pengisian: Dengan menambahkan pelbagai pengisi, seperti serat kaca, serat karbon, serbuk talcum, dan lain -lain, ke bahan matriks untuk meningkatkan ketegaran, kekuatan, dan rintangan haba bahan. Sebagai contoh, plastik dengan penambahan gentian kaca dapat meningkatkan kekuatan mekanikal dan rintangan suhu mereka dengan ketara.
Pengubahsuaian Pengadunan: Menggabungkan dua atau lebih bahan polimer dalam jangkaan mendapatkan bahan baru dengan sifat keseluruhan yang lebih baik. Sebagai contoh, penggabungan polipropilena dengan polyvinyl chloride dapat meningkatkan sifat rintangan kimia dan pemprosesan bahan.
Pengukuhan Komposit: Pembentukan komposit dengan sifat mekanikal yang lebih tinggi dengan menggabungkan bahan pengukuhan, seperti gentian karbon atau kaca, dengan bahan matriks. Teknologi ini digunakan secara meluas dalam pembuatan aeroangkasa dan automotif.
Pengubahsuaian permukaan: Menukar sifat kimia dan fizikal permukaan bahan melalui rawatan plasma, salutan, dan lain -lain, untuk meningkatkan rintangan lelasan, rintangan kakisan, dan lekatan bahan.
Teknologi pengubahsuaian kimia
Teknologi pengubahsuaian kimia melibatkan pelarasan atau perubahan struktur molekul bahan untuk mendapatkan sifat baru atau lebih baik.
Teknik pengubahsuaian kimia utama termasuk:
Pengubahsuaian kopolimerisasi: Dengan menundukkan monomer yang berbeza kepada tindak balas kopolimerisasi, kopolimer dengan sifat baru dibentuk. Sebagai contoh, kopolimer acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) mempunyai sifat mekanikal dan pemprosesan yang baik.
Pengubahsuaian rasuah: Memperkenalkan kumpulan fungsional baru atau rantai pendek ke dalam rantai polimer untuk meningkatkan polariti, keserasian, atau kereaktifan bahan. Pengubahsuaian rasuah sering digunakan untuk memperbaiki sifat pelekat polimer atau keserasian dengan bahan lain.
Pengubahsuaian silang silang: Pembentukan ikatan kimia antara rantai polimer melalui tindak balas silang untuk meningkatkan rintangan haba, kekuatan mekanikal dan kestabilan kimia bahan. VULCANIZATION adalah contoh biasa pengubahsuaian silang getah.
Pengubahsuaian Klorinasi: Pengenalan atom klorin ke dalam polimer melalui tindak balas klorinasi meningkatkan ketahanan api, rintangan minyak, dan rintangan kimia bahan. Pengubahsuaian Klorinasi Polyvinyl Chloride (PVC) adalah salah satu aplikasi biasa.
Pengubahsuaian Plasma: Menggunakan zarah aktif dalam plasma untuk bertindak balas secara kimia dengan permukaan bahan, memperkenalkan kumpulan fungsional baru untuk mengubah polariti, kebolehpercayaan dan biokompatibiliti permukaan bahan. Teknologi pengubahsuaian plasma mempunyai pelbagai aplikasi dalam bidang bahan bioperubatan.
Jenis utama bahan yang diubah suai
Plastik yang diperkuatkan plastik yang diperkuat meningkatkan sifat mekanikal dan rintangan haba plastik dengan menambahkan pelbagai bahan pengukuhan.
Bergantung pada bahan pengukuhan, mereka boleh dikategorikan seperti berikut:
Plastik bertetulang serat kaca (GFRP): Dengan serat kaca sebagai bahan pengukuhan, ia mempunyai kekuatan dan ketegaran yang tinggi, dan digunakan secara meluas dalam industri automotif, elektronik dan pembinaan.
Plastik bertetulang serat karbon (CFRP): Menggunakan serat karbon sebagai tetulang, ia mempunyai ciri-ciri mekanikal yang sangat baik dan ciri-ciri ringan dan biasanya digunakan dalam barangan sukan aeroangkasa dan mewah.
Plastik bertetulang serat Aramid (AFRP): Dengan haba yang sangat baik dan rintangan impak, ia sesuai untuk suhu tinggi dan kawasan yang memerlukan kekuatan tinggi dan modulus yang tinggi.
Plastik Plastik yang Toughened digunakan terutamanya untuk meningkatkan rintangan impak plastik dengan menambahkan agen penguat, agen penguat yang sama termasuk:
Ejen pengukuhan getah: Seperti getah etilena propylene diene getah (EPDM), dengan menyebarkan matriks plastik untuk membentuk struktur pulau, dengan berkesan menyerap tenaga impak.
Tegar kopolimer teras-shell: kopolimer dengan struktur shell teras, seperti ABS, untuk meningkatkan ketangguhan bahan melalui peranan interfacial antara teras dan shell.
Nanoparticle tougheners: Seperti nanoclay dan nanotube karbon, melalui interaksi dengan matriks plastik untuk meningkatkan penyebaran dan ketangguhan bahan.
Plastik-plastik plasticsflame-retardan api dibahagikan kepada dua kategori: aditif dan reaktif, dengan menambahkan retardan api untuk meningkatkan prestasi kebakaran bahan:
Retardan api tambahan: such sebagai aluminium hidroksida (ATH) dan antimoni trioksida (ATO), dengan menyebarkan secara fizikal dalam plastik, apabila dipanaskan, menghasilkan lapisan pelindung penebat haba, melambatkan pembakaran bahan.
Retardan api reaktif: bonded ke rantai molekul plastik melalui tindak balas kimia, seperti sebatian yang mengandungi fosforus dan nitrogen, untuk meningkatkan kestabilan haba bahan dan keupayaan untuk membentuk lapisan arang semasa pembakaran.
Retardan api jenis pengembangan: expand apabila dipanaskan untuk membentuk lapisan arang berbuih untuk mengasingkan oksigen dan pemindahan haba, seperti ammonium polyphosphate (APP) dan melamin.
Ciri -ciri prestasi bahan yang diubah suai
Sifat mekanikal
Ciri -ciri mekanikal bahan -bahan yang diubahsuai sering dipertingkatkan dengan mengukuhkan serat, pengisi atau teknik pengadun. Sebagai contoh, kekuatan tegangan dan lentur plastik bertetulang serat kaca (GFRP) boleh ditingkatkan beberapa kali berbanding dengan plastik yang tidak diubahsuai, dengan itu memenuhi keperluan bahan -bahan struktur.
Serat pengukuhan: Serat kaca adalah bahan pengukuhan yang paling biasa digunakan, dan penambahannya biasanya antara 10% dan 30%, yang dapat meningkatkan kekakuan dan kekuatan bahan secara efektif.
Pengubahsuaian pengisian: Dengan menambah pengisi bukan organik seperti kalsium karbonat dan talc, bukan sahaja dapat memperbaiki sifat mekanik bahan, tetapi juga mengurangkan kos.
Pengubahsuaian Nano: Penambahan nanomaterials, seperti nanotube karbon dan nanoclay, dapat meningkatkan sifat mekanikal bahan pada jumlah tambahan yang lebih rendah.
Sifat terma
Ciri -ciri terma bahan yang diubahsuai boleh dioptimumkan dengan menambahkan bahan tambahan tertentu atau mengubah struktur bahan untuk memenuhi aplikasi yang berbeza.
Kestabilan terma: Meningkatkan kestabilan dan keselamatan bahan pada suhu tinggi dengan menambahkan penstabil haba, seperti antioksidan dan retardan api.
Kekonduksian terma: Bahan-bahan yang diubahsuai tertentu seperti polimer yang dipenuhi nanotube karbon mempunyai kekonduksian terma yang tinggi dan sesuai untuk aplikasi pengurusan haba seperti tenggelam haba.
Rintangan terma: Suhu perkhidmatan jangka panjang bahan meningkat melalui penggabungan serat pengukuhan atau bahan tambahan tahan panas, seperti plastik bertetulang serat karbon (CFRP) untuk aplikasi aeroangkasa.
Rintangan kimia
Rintangan kimia bahan yang diubahsuai dipertingkatkan dengan penambahan bahan tambahan bahan kimia atau dengan mengubah struktur kimia bahan supaya ia tetap stabil dalam persekitaran kimia yang keras.
Rintangan asid dan alkali: Rintangan bahan kepada asid, alkali dan bahan kimia lain diperbaiki dengan menambah asid dan pengisi tahan alkali atau salutan.
Rintangan pelarut: Plastik yang diubahsuai tertentu kekal stabil dalam persekitaran pelarut dengan penambahan komponen tahan pelarut, seperti polytetrafluoroethylene (PTFE), untuk aplikasi seperti anjing laut.
Rintangan Pengoksidaan: Penambahbaikan kehidupan material dalam persekitaran pengoksidaan melalui penambahan antioksidan atau penggunaan substrat tahan pengoksidaan
