कंपोझिट आणि कंपोझिट मटेरियल मॅन्युफॅक्चरिंग

सोप्या भाषेत, संमिश्र किंवा संमिश्र साहित्य हे भिन्न भौतिक किंवा रासायनिक गुणधर्म असलेल्या दोन किंवा अनेक पदार्थांचा समावेश असलेले साहित्य आहेत, परंतु एकत्र केल्यावर ते घटक सामग्रीपेक्षा भिन्न सामग्री बनतात. आम्हाला हे निदर्शनास आणणे आवश्यक आहे की घटक पदार्थ रचनामध्ये वेगळे आणि वेगळे राहतात. संमिश्र सामग्रीच्या निर्मितीचे उद्दिष्ट हे असे उत्पादन मिळवणे आहे जे त्याच्या घटकांपेक्षा श्रेष्ठ आहे आणि प्रत्येक घटकाची इच्छित वैशिष्ट्ये एकत्रित करते. उदाहरणार्थ; सामर्थ्य, कमी वजन किंवा कमी किंमत हे संमिश्र डिझाइन आणि उत्पादनामागे प्रेरक असू शकते. आम्ही ऑफर करत असलेल्या कंपोझिटचे प्रकार म्हणजे कण-प्रबलित कंपोझिट, फायबर-प्रबलित कंपोझिट्स ज्यात सिरॅमिक-मॅट्रिक्स / पॉलिमर-मॅट्रिक्स / मेटल-मॅट्रिक्स / कार्बन-कार्बन / हायब्रीड कंपोजिट्स, स्ट्रक्चरल आणि लॅमिनेटेड आणि सँडविच-स्ट्रक्चर्ड कंपोजिट्स आणि नॅनोकॉम्पोजिट्स यांचा समावेश आहे.

 

कंपोझिट मटेरियल मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये आम्ही उपयोजित केलेली फॅब्रिकेशन तंत्रे आहेत: पल्ट्र्यूजन, प्रीप्रेग उत्पादन प्रक्रिया, प्रगत फायबर प्लेसमेंट, फिलामेंट विंडिंग, टेलरर्ड फायबर प्लेसमेंट, फायबरग्लास स्प्रे ले-अप प्रक्रिया, टफटिंग, लॅनक्साइड प्रक्रिया, झेड-पिनिंग.
पुष्कळ संमिश्र पदार्थ हे दोन टप्प्यांपासून बनलेले असतात, मॅट्रिक्स, जो सतत असतो आणि दुसऱ्या टप्प्याभोवती असतो; आणि विखुरलेला टप्पा जो मॅट्रिक्सने वेढलेला आहे.
आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही येथे क्लिक कराAGS-TECH Inc द्वारे कंपोझिट आणि कंपोझिट मटेरिअल्स मॅन्युफॅक्चरिंगची आमची योजनाबद्ध चित्रे डाउनलोड करा.
हे तुम्हाला आम्ही खाली देत असलेली माहिती अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यास मदत करेल. 

 

• कण-प्रबलित संमिश्र: या श्रेणीमध्ये दोन प्रकारचे असतात: मोठे-कण संमिश्र आणि फैलाव-मजबूत कंपोजिट. पूर्वीच्या प्रकारात, कण-मॅट्रिक्स परस्परसंवादाचा अणू किंवा आण्विक स्तरावर उपचार केला जाऊ शकत नाही. त्याऐवजी सातत्य यांत्रिकी वैध आहे. दुसरीकडे, फैलाव-मजबूत कंपोझिटमध्ये कण सामान्यतः दहापट नॅनोमीटर श्रेणींमध्ये खूपच लहान असतात. मोठ्या कणांच्या संमिश्राचे उदाहरण म्हणजे पॉलिमर ज्यामध्ये फिलर जोडले गेले आहेत. फिलर सामग्रीचे गुणधर्म सुधारतात आणि काही पॉलिमर व्हॉल्यूम अधिक किफायतशीर सामग्रीसह बदलू शकतात. दोन टप्प्यांचे खंड अपूर्णांक संमिश्राच्या वर्तनावर प्रभाव टाकतात. धातू, पॉलिमर आणि सिरॅमिक्ससह मोठ्या कण संमिश्रांचा वापर केला जातो. CERMETS ही सिरेमिक/मेटल कंपोझिटची उदाहरणे आहेत. आमचे सर्वात सामान्य cermet सिमेंट कार्बाइड आहे. यात कोबाल्ट किंवा निकेलसारख्या धातूच्या मॅट्रिक्समधील टंगस्टन कार्बाइड कणांसारख्या रीफ्रॅक्टरी कार्बाइड सिरॅमिकचा समावेश असतो. हे कार्बाइड कंपोझिट कठोर स्टीलसाठी कटिंग टूल्स म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. कठोर कार्बाइडचे कण कटिंग क्रियेसाठी जबाबदार असतात आणि त्यांचा कणखरपणा डक्टाइल मेटल मॅट्रिक्सद्वारे वाढविला जातो. अशा प्रकारे आम्ही दोन्ही सामग्रीचे फायदे एकाच कंपोझिटमध्ये मिळवतो. आम्ही वापरत असलेल्या मोठ्या कणांच्या संमिश्राचे आणखी एक सामान्य उदाहरण म्हणजे कार्बन ब्लॅक पार्टिक्युलेट्स व्हल्कनाइज्ड रबरमध्ये मिसळून उच्च तन्य शक्ती, कडकपणा, झीज आणि घर्षण प्रतिरोधक संमिश्र प्राप्त करण्यासाठी. डिस्पर्शन-स्ट्रेंथन कंपोझिटचे उदाहरण म्हणजे धातू आणि धातूंचे मिश्र धातु हे अत्यंत कठोर आणि जड पदार्थाच्या सूक्ष्म कणांच्या एकसमान फैलावने मजबूत आणि कडक होतात. जेव्हा अॅल्युमिनियम मेटल मॅट्रिक्समध्ये खूप लहान अॅल्युमिनियम ऑक्साईड फ्लेक्स जोडले जातात तेव्हा आम्हाला सिंटर्ड अॅल्युमिनियम पावडर मिळते ज्यामध्ये उच्च-तापमान शक्ती वाढते. 

 

• फायबर-रीइन्फोर्स्ड कंपोजिट्स : कंपोझिटचा हा वर्ग खरं तर सर्वात महत्त्वाचा आहे. प्रति युनिट वजन उच्च सामर्थ्य आणि कडकपणा हे साध्य करण्याचे ध्येय आहे. या सामग्रीचे गुणधर्म आणि उपयुक्तता ठरवण्यासाठी या कंपोझिटमधील फायबर रचना, लांबी, अभिमुखता आणि एकाग्रता महत्त्वपूर्ण आहे. आम्ही वापरत असलेल्या फायबरचे तीन गट आहेत: व्हिस्कर्स, फायबर आणि वायर. व्हिस्कर्स खूप पातळ आणि लांब सिंगल क्रिस्टल्स असतात. ते सर्वात मजबूत सामग्रीपैकी आहेत. ग्रेफाइट, सिलिकॉन नायट्राइड, अॅल्युमिनियम ऑक्साईड ही काही उदाहरणे व्हिस्कर सामग्री आहेत. दुसरीकडे  FIBERS हे बहुतेक पॉलिमर किंवा सिरॅमिक असतात आणि ते पॉलीक्रिस्टलाइन किंवा आकारहीन अवस्थेत असतात. तिसरा गट बारीक तारांचा आहे ज्यांचा व्यास तुलनेने मोठा असतो आणि त्यात वारंवार स्टील किंवा टंगस्टन असतात. वायर प्रबलित कंपोझिटचे उदाहरण म्हणजे कार टायर्स ज्यामध्ये रबरच्या आत स्टील वायर समाविष्ट असते. मॅट्रिक्स सामग्रीवर अवलंबून, आमच्याकडे खालील संमिश्र आहेत:
पॉलिमर-मॅट्रिक्स कंपोझिट्स : हे पॉलिमर राळ आणि मजबुतीकरण घटक म्हणून तंतूंनी बनलेले असतात. ग्लास फायबर-रिइन्फोर्स्ड पॉलिमर (GFRP) कंपोझिट नावाच्या या उपसमूहात पॉलिमर मॅट्रिक्समध्ये सतत किंवा खंडित ग्लास तंतू असतात. काच उच्च सामर्थ्य देते, ते किफायतशीर, तंतू बनवण्यास सोपे आणि रासायनिकदृष्ट्या निष्क्रिय आहे. तोटे म्हणजे त्यांची मर्यादित कडकपणा आणि कडकपणा, सेवा तापमान केवळ 200 - 300 सेंटीग्रेड पर्यंत आहे. फायबरग्लास ऑटोमोटिव्ह बॉडी आणि वाहतूक उपकरणे, सागरी वाहन संस्था, स्टोरेज कंटेनरसाठी योग्य आहे. मर्यादित कडकपणामुळे ते एरोस्पेस किंवा पूल बनवण्यासाठी योग्य नाहीत. इतर उपसमूहाला कार्बन फायबर-रिइन्फोर्स्ड पॉलिमर (CFRP) कंपोझिट म्हणतात. येथे, पॉलिमर मॅट्रिक्समध्ये कार्बन हे आपले फायबर पदार्थ आहे. कार्बन त्याच्या उच्च विशिष्ट मापांक आणि सामर्थ्य आणि उच्च तापमानात हे राखण्यासाठी त्याच्या क्षमतेसाठी ओळखले जाते. कार्बन फायबर आम्हाला मानक, मध्यवर्ती, उच्च आणि अतिउच्च तन्य मोड्युली देऊ शकतात. शिवाय, कार्बन फायबर विविध भौतिक आणि यांत्रिक वैशिष्ट्ये देतात आणि म्हणून विविध सानुकूल तयार केलेल्या अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांसाठी योग्य आहेत. CFRP कंपोझिटचा विचार क्रीडा आणि मनोरंजनाची उपकरणे, प्रेशर वेसल्स आणि एरोस्पेस स्ट्रक्चरल घटक तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. तरीही, आणखी एक उपसमूह, अरामिड फायबर-रीइन्फोर्स्ड पॉलिमर कंपोझिट देखील उच्च-शक्ती आणि मॉड्यूलस सामग्री आहेत. त्यांची ताकद ते वजन गुणोत्तर कमालीचे उच्च आहे. अरामिड तंतू केव्हलर आणि नोमेक्स या व्यापारिक नावांनीही ओळखले जातात. तणावाखाली ते इतर पॉलिमरिक फायबर सामग्रीपेक्षा चांगले कार्य करतात, परंतु ते कॉम्प्रेशनमध्ये कमकुवत असतात. अरामिड तंतू कठीण, आघात प्रतिरोधक, रेंगाळणे आणि थकवा प्रतिरोधक, उच्च तापमानात स्थिर, मजबूत आम्ल आणि तळांशिवाय रासायनिकदृष्ट्या निष्क्रिय असतात. अरामिड फायबरचा वापर क्रीडासाहित्य, बुलेटप्रूफ वेस्ट, टायर, दोरी, फायबर ऑप्टिक केबल शीटमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. इतर फायबर मजबुतीकरण सामग्री अस्तित्वात आहे परंतु कमी प्रमाणात वापरली जाते. हे प्रामुख्याने बोरॉन, सिलिकॉन कार्बाइड, अॅल्युमिनियम ऑक्साईड आहेत. दुसरीकडे पॉलिमर मॅट्रिक्स सामग्री देखील गंभीर आहे. हे कंपोझिटचे कमाल सेवा तापमान निर्धारित करते कारण पॉलिमरमध्ये सामान्यतः कमी वितळणे आणि ऱ्हास तापमान असते. पॉलिस्टर आणि विनाइल एस्टर मोठ्या प्रमाणावर पॉलिमर मॅट्रिक्स म्हणून वापरले जातात. रेजिन देखील वापरले जातात आणि त्यांच्याकडे उत्कृष्ट ओलावा प्रतिरोध आणि यांत्रिक गुणधर्म आहेत. उदाहरणार्थ पॉलिमाइड राळ सुमारे 230 अंश सेल्सिअस पर्यंत वापरले जाऊ शकते. 
मेटल-मॅट्रिक्स कंपोजिट्स : या मटेरिअल्समध्ये आपण डक्टाइल मेटल मॅट्रिक्स वापरतो आणि सर्व्हिसचे तापमान सामान्यतः त्यांच्या घटक घटकांपेक्षा जास्त असते. पॉलिमर-मॅट्रिक्स कंपोझिटशी तुलना केल्यास, त्यांचे ऑपरेटिंग तापमान जास्त असू शकते, ते ज्वलनशील नसतात आणि सेंद्रिय द्रवपदार्थांविरूद्ध खराब होण्याचे प्रतिरोधक असू शकतात. तथापि, ते अधिक महाग आहेत. सुदृढीकरण सामग्री जसे की मूंछ, कण, सतत आणि खंडित तंतू; आणि तांबे, अॅल्युमिनियम, मॅग्नेशियम, टायटॅनियम, सुपरऑलॉय यासारख्या मॅट्रिक्स सामग्रीचा वापर सामान्यतः केला जात आहे. अॅल्युमिनियम ऑक्साईड आणि कार्बन फायबरसह प्रबलित अॅल्युमिनियम मिश्र धातु मॅट्रिक्सचे बनलेले इंजिन घटक आहेत. 
सिरेमिक-मॅट्रिक्स कंपोजिट्स : सिरॅमिक मटेरिअल्स त्यांच्या उत्कृष्ट उच्च तापमान विश्वासार्हतेसाठी ओळखले जातात. तथापि, ते अतिशय ठिसूळ आहेत आणि फ्रॅक्चर कडकपणासाठी कमी मूल्ये आहेत. एका सिरॅमिकचे कण, फायबर किंवा व्हिस्कर्स दुसर्‍याच्या मॅट्रिक्समध्ये एम्बेड करून आम्ही उच्च फ्रॅक्चर टफनेससह कंपोझिट प्राप्त करू शकतो. हे एम्बेड केलेले साहित्य मुळात क्रॅकच्या टिपांना विचलित करणे किंवा क्रॅकच्या चेहऱ्यावर पूल तयार करणे यासारख्या काही यंत्रणेद्वारे मॅट्रिक्सच्या आत क्रॅकचा प्रसार रोखतात. उदाहरण म्हणून, एसआयसी व्हिस्कर्ससह प्रबलित अॅल्युमिनास हार्ड मेटल मिश्र धातुंच्या मशीनिंगसाठी कटिंग टूल इन्सर्ट म्हणून वापरले जातात. सिमेंट कार्बाइड्सच्या तुलनेत हे चांगले कार्यप्रदर्शन प्रकट करू शकतात.  
कार्बन-कार्बन कंपोजिट्स : मजबुतीकरण आणि मॅट्रिक्स दोन्ही कार्बन आहेत. त्यांच्याकडे 2000 सेंटीग्रेडपेक्षा जास्त तापमानात उच्च तन्य मोड्युली आणि सामर्थ्य, रेंगाळण्याची क्षमता, उच्च फ्रॅक्चर कडकपणा, कमी थर्मल विस्तार गुणांक, उच्च थर्मल चालकता आहे. हे गुणधर्म त्यांना थर्मल शॉक प्रतिरोध आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी आदर्श बनवतात. तथापि, कार्बन-कार्बन संमिश्रांची कमकुवतता ही उच्च तापमानात ऑक्सिडेशन विरुद्धची असुरक्षा आहे. वापराची विशिष्ट उदाहरणे म्हणजे हॉट-प्रेसिंग मोल्ड, प्रगत टर्बाइन इंजिन घटकांचे उत्पादन. 
हायब्रिड कंपोझिट्स : एकाच मॅट्रिक्समध्ये दोन किंवा अधिक वेगवेगळ्या प्रकारचे तंतू मिसळले जातात. अशा प्रकारे गुणधर्मांच्या संयोजनासह एक नवीन सामग्री तयार करू शकते. एक उदाहरण म्हणजे जेव्हा कार्बन आणि ग्लास फायबर दोन्ही पॉलिमरिक राळमध्ये समाविष्ट केले जातात. कार्बन फायबर कमी घनतेचा कडकपणा आणि ताकद देतात परंतु ते महाग असतात. दुसरीकडे काच स्वस्त आहे परंतु कार्बन फायबरच्या कडकपणाचा अभाव आहे. ग्लास-कार्बन हायब्रीड कंपोझिट अधिक मजबूत आणि कठीण आहे आणि कमी खर्चात तयार केले जाऊ शकते.
फायबर-रिइन्फोर्स्ड कंपोझिट्सची प्रक्रिया: एकाच दिशेने एकसमान वितरित तंतू असलेल्या सतत फायबर-प्रबलित प्लास्टिकसाठी आम्ही खालील तंत्रांचा वापर करतो.
पल्ट्र्यूशन: रॉड्स, बीम आणि सतत लांबीच्या नळ्या आणि सतत क्रॉस-सेक्शन तयार केले जातात. अखंड फायबर रोव्हिंग्स थर्मोसेटिंग रेझिनने गर्भित केले जातात आणि त्यांना इच्छित आकार देण्यासाठी स्टील डायद्वारे खेचले जातात. पुढे, अंतिम आकार प्राप्त करण्यासाठी ते अचूक मशीन केलेल्या क्युरिंग डायमधून जातात. क्युरिंग डाय गरम केल्यामुळे, ते रेझिन मॅट्रिक्स बरे करते. खेचणारे मटेरियल डायजमधून काढतात. घातलेल्या पोकळ कोर वापरून, आम्ही नळ्या आणि पोकळ भूमिती प्राप्त करण्यास सक्षम आहोत. पल्ट्रुजन पद्धत स्वयंचलित आहे आणि आम्हाला उच्च उत्पादन दर देते. उत्पादनाच्या कोणत्याही लांबीचे उत्पादन करणे शक्य आहे. 
प्रीप्रेग उत्पादन प्रक्रिया : प्रीप्रेग ही एक सतत-फायबर मजबुतीकरण आहे जी अर्धवट बरे झालेल्या पॉलिमर रेझिनसह प्रीप्रेग्नेटेड असते. हे स्ट्रक्चरल ऍप्लिकेशन्ससाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. सामग्री टेप स्वरूपात येते आणि टेप म्हणून पाठविली जाते. निर्माता ते थेट मोल्ड करतो आणि कोणतेही राळ न घालता ते पूर्णपणे बरे करतो. खोलीच्या तपमानावर प्रीप्रेग्स ब्युरिंग रिअॅक्शनमधून जात असल्याने, ते 0 सेंटीग्रेड किंवा कमी तापमानात साठवले जातात. वापरल्यानंतर उर्वरित टेप कमी तापमानात परत साठवले जातात. थर्मोप्लास्टिक आणि थर्मोसेटिंग रेजिन वापरले जातात आणि कार्बन, अरामिड आणि काचेचे मजबुतीकरण तंतू सामान्य आहेत. प्रीप्रेग्स वापरण्यासाठी, वाहक बॅकिंग पेपर प्रथम काढून टाकला जातो आणि नंतर प्रीप्रेग टेपला टूल केलेल्या पृष्ठभागावर (ले-अप प्रक्रिया) ठेवून फॅब्रिकेशन केले जाते. इच्छित जाडी मिळविण्यासाठी अनेक प्लीज घातल्या जाऊ शकतात. क्रॉस-प्लाय किंवा अँगल-प्लाय लॅमिनेट तयार करण्यासाठी फायबर ओरिएंटेशन वैकल्पिक करणे हा वारंवार सराव आहे. शेवटी उष्णता आणि दाब बरे करण्यासाठी लागू केले जातात. प्रीप्रेग्स कापण्यासाठी आणि ले-अप करण्यासाठी दोन्ही हात प्रक्रिया तसेच स्वयंचलित प्रक्रिया वापरल्या जातात.
फिलामेंट विंडिंग : पोकळ   आणि सामान्यतः चक्राकार आकाराचे अनुसरण करण्यासाठी सतत रीइन्फोर्सिंग फायबर पूर्वनिर्धारित पॅटर्नमध्ये अचूकपणे स्थित असतात. तंतू प्रथम रेझिन बाथमधून जातात आणि नंतर स्वयंचलित प्रणालीद्वारे मॅन्डरेलवर जखमेच्या असतात. वळणाच्या अनेक पुनरावृत्तीनंतर इच्छित जाडी मिळते आणि क्युरींग खोलीच्या तापमानावर किंवा ओव्हनच्या आत केले जाते. आता मँडरेल काढून टाकले आहे आणि उत्पादन पाडले आहे. फिलामेंट वाइंडिंग तंतूंना परिघीय, हेलिकल आणि ध्रुवीय नमुन्यांमध्ये वाइंड करून खूप उच्च शक्ती-ते-वजन गुणोत्तर देऊ शकते. या तंत्राचा वापर करून पाईप्स, टाक्या, आवरण तयार केले जातात. 

 

• स्ट्रक्चरल कंपोजिट : साधारणपणे हे एकसंध आणि संमिश्र अशा दोन्ही पदार्थांनी बनलेले असतात. म्हणून यातील गुणधर्म घटक सामग्री आणि त्यातील घटकांच्या भूमितीय रचनेद्वारे निर्धारित केले जातात. येथे प्रमुख प्रकार आहेत:
लॅमिनार कंपोजिट्स : हे स्ट्रक्चरल साहित्य द्विमितीय पत्रके किंवा पॅनेलने बनवलेले असतात ज्यात उच्च-शक्तीच्या दिशानिर्देश असतात. स्तर स्टॅक केलेले आणि एकत्र सिमेंट केलेले आहेत. दोन लंब अक्षांमध्ये उच्च-शक्तीच्या दिशा बदलून, आम्ही द्विमितीय समतलामध्ये दोन्ही दिशांना उच्च-शक्ती असलेले संमिश्र प्राप्त करतो. स्तरांचे कोन समायोजित करून आपण पसंतीच्या दिशानिर्देशांमध्ये सामर्थ्याने संमिश्र तयार करू शकता. आधुनिक स्की अशा प्रकारे तयार केली जाते. 
सँडविच पॅनल्स : हे स्ट्रक्चरल कंपोझिट वजनाने हलके असले तरी त्यात कडकपणा आणि ताकद जास्त असते. सँडविच पॅनल्समध्ये अॅल्युमिनियम मिश्र धातु, फायबर प्रबलित प्लास्टिक किंवा स्टील आणि बाहेरील शीट्समध्ये एक कोर सारख्या कडक आणि मजबूत सामग्रीपासून बनवलेल्या दोन बाह्य पत्रके असतात. कोर हलके असणे आवश्यक आहे आणि बहुतेक वेळा लवचिकता कमी मॉड्यूलस असते. लोकप्रिय मुख्य सामग्री म्हणजे कठोर पॉलिमरिक फोम्स, लाकूड आणि हनीकॉम्ब्स. सँडविच पॅनेल बांधकाम उद्योगात छप्पर सामग्री, मजला किंवा भिंत सामग्री म्हणून आणि एरोस्पेस उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.  

 

• NANOCOMPOSITS : या नवीन सामग्रीमध्ये मॅट्रिक्समध्ये एम्बेड केलेले नॅनोसाइज्ड कण कण असतात. नॅनोकॉम्पोजिट्सचा वापर करून आम्ही रबर मटेरियल तयार करू शकतो जे हवेच्या प्रवेशासाठी खूप चांगले अडथळे आहेत आणि त्यांचे रबर गुणधर्म अपरिवर्तित ठेवतात.