Überblick über modifizierte Materialien
Definition und Klassifizierung
Modifizierte Materialien sind Materialien, in denen das Grundmaterial mit physikalischen oder chemischen Mitteln behandelt wird, um seine Eigenschaften zu verbessern oder ihm neue Funktionen zu verleihen. Die Modifikation dieser Materialien kann entweder eine mikrostrukturelle Anpassung oder eine Änderung der chemischen Zusammensetzung sein.
Gemäß den Modifikationsmethoden werden modifizierte Materialien hauptsächlich in physikalisch modifizierte Materialien und chemisch modifizierte Materialien eingeteilt. Die physische Modifikation beinhaltet normalerweise das Füllen, Mischen, Verbundverbesserungen und andere Mittel. Die chemische Modifikation kann eine Kopolymerisation, Transplantation, Vernetzung und andere chemische Mittel umfassen.
Gemäß der Art des Materials können modifizierte Materialien in modifizierte Polymere, modifizierte Metalle, modifizierte Keramik usw. kategorisiert werden. Jeder Art von modifiziertem Material verfügt über spezifische Anwendungsbereiche und Leistungsanforderungen.
Zweck der Änderung und des Anwendungsbereichs
Der Zweck modifizierter Materialien besteht darin, die Bedürfnisse bestimmter Anwendungen zu erfüllen und die Leistung des Materials zu verbessern, einschließlich, aber nicht beschränkt auf mechanische Eigenschaften, thermische Eigenschaften, elektrische Eigenschaften, chemische Stabilität usw.
Polymermodifizierte Materialien haben die Eigenschaften der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, der Verbesserung der thermischen Eigenschaften und der Verbesserung der Wetterwiderstand. Zu den Prozessen gehören Füllstoffmodifikation, Kunststoffmodifikation, Änderung des Mischens, Verpfroptenmodifikation usw., die in Baumaterialien weit verbreitet sind, die Automobilindustrie , elektrische und elektronische Geräte und medizinische Geräte.
Metallmodifizierte Materialien mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften, dem Prozess der Legierungsmodifikation, der Oberflächenmodifikation, der Wärmebehandlungsmodifikation, der Doping -Modifikation usw. im Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der elektrischen und elektronischen Geräte, der Bauingenieurwesen, der Bauingenieurwesen wird weit verbreitet.
Mit Keramik modifizierte Materialien haben die Eigenschaften der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, der Verbesserung der thermischen Eigenschaften, der Verbesserung der elektrischen Eigenschaften und der Funktionalität, und der Prozess hat zusammengesetzte Modifikationen, Oberflächenmodifikation, Sintermodifikation, Doping -Modifikation usw., die in elektronischen Komponenten häufig verwendet werden, die häufig in elektronischen Komponenten, usw. verwendet werden, usw. Medizinprodukte, feuerfeste Materialien und Baumaterialien.
Durch Modifikation können Materialien besser an ihre Arbeitsumgebung angepasst werden, die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Produkten verbessern und auch die Entwicklung neuer Materialtechnologie fördern.
Änderungstechnologie und Methoden
Physikalische Modifikationstechnologie
Die Technologie zur physikalischen Modifikation ist eine Methode zur Verbesserung der Materialeigenschaften mit physikalischen Mitteln, bei der keine Änderungen der molekularen Struktur des Materials beinhaltet.
Häufige Techniken zur physikalischen Modifikation umfassen:
Füllungsmodifikation: Durch Hinzufügen verschiedener Füllstoffe wie Glasfasern, Kohlenstofffasern, Talkumpulver usw. zum Matrixmaterial, um die Starrheit, Festigkeit und Wärmefestigkeit des Materials zu verbessern. Beispielsweise können Kunststoffe mit Glasfasern ihre mechanische Festigkeit und Temperaturbeständigkeit erheblich verbessern.
Mischmodifikation: Mischung von zwei oder mehr Polymermaterial, um ein neues Material mit besseren Gesamteigenschaften zu erhalten. Beispielsweise kann das Mischen von Polypropylen mit Polyvinylchlorid die chemischen Resistenz- und Verarbeitungseigenschaften des Materials verbessern.
Verbundverstärkung: Die Bildung von Verbundwerkstoffen mit höheren mechanischen Eigenschaften durch Verbesserung eines Verstärkungsmaterials wie Kohlenstoff- oder Glasfasern mit einem Matrixmaterial. Diese Technologie wird in der Luft- und Raumfahrt- und Automobilherstellung häufig eingesetzt.
Oberflächenmodifikation: Ändern der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Oberfläche des Materials durch Plasmabehandlung, Beschichtung usw., um die Abriebfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die Adhäsion des Materials zu verbessern.
Chemische Modifikationstechnologie
Die chemische Modifikationstechnologie umfasst die Anpassung oder Veränderung der molekularen Struktur eines Materials, um neue oder verbesserte Eigenschaften zu erhalten.
Die wichtigsten chemischen Modifikationstechniken umfassen:
Copolymerisationsmodifikation: Durch die Unterlegung verschiedener Monomere einer Copolymerisationsreaktion werden Copolymere mit neuen Eigenschaften gebildet. Zum Beispiel haben Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) -Copolymere gute mechanische und verarbeitende Eigenschaften.
Transplantatmodifikation: Einführung neuer funktioneller oder kurzer Ketten in eine Polymerkette, um die Polarität, Kompatibilität oder Reaktivität des Materials zu verbessern. Die Transplantatmodifikation wird häufig verwendet, um die adhäsiven Eigenschaften von Polymeren oder die Kompatibilität mit anderen Materialien zu verbessern.
Vernetzungsmodifikation: Die Bildung chemischer Bindungen zwischen Polymerketten durch Vernetzungsreaktionen zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit, der mechanischen Festigkeit und der chemischen Stabilität des Materials. Die Vulkanisierung ist ein typisches Beispiel für die Vernetzungsmodifikation von Gummi.
Chlorierungsmodifikation: Die Einführung von Chloratomen in Polymere durch Chlorierungsreaktionen verbessert die Flammenhemmung, die Ölresistenz und die chemische Resistenz des Materials. Die Chlorierungsmodifikation von Polyvinylchlorid (PVC) ist eine der gängigen Anwendungen.
Plasma -Modifikation: Verwendung aktiver Partikel im Plasma, um chemisch mit der Materialoberfläche zu reagieren und neue funktionelle Gruppen einzuführen, um die Polarität, Benetzbarkeit und Biokompatibilität der materiellen Oberfläche zu ändern. Die Plasma -Modifikationstechnologie verfügt über eine breite Palette von Anwendungen im Bereich biomedizinischer Materialien.
Haupttypen modifizierter Materialien
Verstärkte Kunststoffe verbessern die mechanischen Eigenschaften und die Wärmebeständigkeit von Kunststoffen durch Zugabe verschiedener Verstärkungsmaterialien.
Abhängig von den Verstärkungsmaterialien können sie wie folgt kategorisiert werden:
Glasfaserverstärkte Kunststoff (GFRP): mit Glasfaser als Verstärkungsmaterial hat eine hohe Festigkeit und Steifheit und wird in der Automobil-, Elektronik- und Bauindustrie weit verbreitet.
Carbon Faserverstärkte Kunststoff (CFRP): mit Kohlenstofffasern als Verstärkung hat hervorragende mechanische Eigenschaften und leichte Eigenschaften und wird üblicherweise in Luft- und Raumfahrt- und High-End-Sportartikeln verwendet.
Aramidfaserverstärkte Kunststoffe (AFRP): mit ausgezeichneter Wärme- und Schlagfestigkeit ist es für hohe Temperatur und Bereiche geeignet, die hohe Festigkeit und hohe Modul erfordern.
Zu den härteten Kunststoffkunststoffen werden hauptsächlich verwendet, um die Aufprallfestigkeit von Kunststoffen durch Hinzufügen von Härtungsmitteln zu verbessern. Zu den häufigen Härtungsmitteln gehören:
Gummi -Härtungserscheinung: wie Ethylenpropylen -Dien -Gummi (EPDM) durch Verbreitung in der Kunststoffmatrix, um eine Inselstruktur zu bilden, wodurch wirksame Auswirkungsenergie effektiv absorbiert.
Core-Shell-Copolymer-Härter: Copolymere mit einer Kernschalenstruktur wie ABS, um die Zähigkeit des Materials durch die Grenzflächenrolle zwischen Kern und Hülle zu verbessern.
Nanopartikel -Härter: wie Nanoklay- und Kohlenstoffnanoröhren durch die Wechselwirkung mit der Kunststoffmatrix, um die Dispersion und Zähigkeit des Materials zu verbessern.
Flame-Retardant Plasticsflame-Retardant Plastics sind hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: additiv und reaktiv, indem Flammschutzmittel hinzugefügt werden, um die Brandleistung des Materials zu verbessern:
Additive Flammschutzmittel: Such als Aluminiumhydroxid (ATH) und Antimon Trioxid (ATO) durch physisch dispergiertes Verbreiten im Kunststoff erzeugen beim Erhitzen eine Schutzschicht der thermischen Isolierung und verlangsamen das Verbrennen des Materials.
Reaktive Flammschutzmittel: Bonded an die molekularen Ketten von Kunststoffen durch chemische Reaktionen, wie beispielsweise Verbindungen, die Phosphor und Stickstoff enthalten, zur Verbesserung der thermischen Stabilität des Materials und der Fähigkeit, während der Verbrennung eine Kohleschicht zu bilden.
Flammschutzmittel vom Expansionstyp: Expand, wenn er erhitzt wird, um eine schaumige Holzkohleschicht zu bilden, um Sauerstoff- und Wärmeübertragung wie Ammoniumpolyphosphat (APP) und Melamin zu isolieren.
Leistungseigenschaften von modifizierten Materialien
Mechanische Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften modifizierter Materialien werden häufig durch Verstärkung von Fasern, Füllstoffen oder Mischtechniken erheblich verbessert. Beispielsweise kann die Zug- und Biegefestigkeit von Glasfaser -Verstärkungsstoff (GFRP) im Vergleich zu nicht modifiziertem Kunststoff mehrmals erhöht werden, wodurch die Bedürfnisse struktureller Materialien gerecht werden.
Verstärkungsfasern: glasfasern sind das am häufigsten verwendete Verstärkungsmaterial, und ihre Zugabe liegt normalerweise zwischen 10% und 30%, was die Steifheit und Stärke des Materials wirksam erhöhen kann.
Füllmodifikation: Durch Zugabe anorganischer Füllstoffe wie Calciumcarbonat und Talk können nicht nur die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessert, sondern auch die Kosten senken.
Nanomodifikation: Die Zugabe von Nanomaterialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Nanoklay kann die mechanischen Eigenschaften des Materials in einer niedrigeren Additionsmenge erheblich verbessern.
Wärmeeigenschaften
Die thermischen Eigenschaften modifizierter Materialien können optimiert werden, indem bestimmte Additive oder die Materialstruktur an verschiedene Anwendungen geändert werden.
Wärmestabilität: Verbesserung der Stabilität und Sicherheit des Materials bei hohen Temperaturen durch Zugabe von thermischen Stabilisatoren wie Antioxidantien und Flammschutzmitteln.
Wärme Leitfähigkeit: Bestimmte modifizierte Materialien wie mit Kohlenstoff-Nanoröhren gefüllte Polymere haben eine hohe thermische Leitfähigkeit und eignen sich für Anwendungen für thermische Bewirtschaftung wie Kühlkörper.
Wärmewiderstand: Die langfristige Servicetemperatur des Materials wird durch den Einbau von Verstärkungsfasern oder wärmeresistenten Additiven wie z. B. Carbon-Stahl-Kunststoff (CFRP) für Luft- und Raumfahrtanwendungen erhöht.
Chemischer Widerstand
Die chemische Resistenz eines modifizierten Materials wird durch die Zugabe von chemischresistenten Additüssen oder durch Änderung der chemischen Struktur des Materials verbessert, so dass es in rauen chemischen Umgebungen stabil bleibt.
Säure- und Alkali -Resistenz: Der Widerstand des Materials gegen Säuren, Alkalien und andere Chemikalien wird durch Zugabe von Säure- und Alkali -resistenten Füllstoffen oder Beschichtungen verbessert.
Lösungsmittelresistenz: Bestimmte modifizierte Kunststoffe bleiben in Lösungsmittelumgebungen durch Zugabe von lösungsmittelresistenten Komponenten wie Polytetrafluorethylen (PTFE) für Anwendungen wie Dichtungen stabil.
Oxidationsresistenz: Verbesserung der materiellen Lebensdauer in oxidierenden Umgebungen durch Zugabe von Antioxidantien oder die Verwendung von oxidationsresistenten Substraten
