Composite material

Composite materials (or composites for short) are engineered materials made from two or more constituent materials with significantly different physical or chemical properties which remain separate and distinct on a macroscopic level within the finished structure.

History



The most primitive composite materials were straw and mud combined to form bricks for building construction; the Biblical Book of Exodus speaks of the Israelites being oppressed by Pharaoh, by being forced to make bricks without straw being provided. The ancient brick-making process can still be seen on Egyptian tomb paintings in the Metropolitan Museum of Art. The most advanced examples perform routinely on spacecraft in demanding environments. The most visible applications pave our roadways in the form of either steel and aggregate reinforced portland cement or asphalt concrete. Those composites closest to our personal hygiene form our shower stalls and bath tubs made of fiberglass. Solid surface, imitation granite and cultured marble sinks and counter tops are widely used to enhance our living experiences.
Composites are made up of individual materials referred to as constituent materials. There are two categories of constituent materials: matrix and reinforcement. At least one portion of each type is required. The matrix material surrounds and supports the reinforcement materials by maintaining their relative positions. The reinforcements impart their special mechanical and physical properties to enhance the matrix properties. A synergism produces material properties unavailable from the individual constituent materials, while the wide variety of matrix and strengthening materials allows the designer of the product or structure to choose an optimum combination.
Engineered composite materials must be formed to shape. The matrix material can be introduced to the reinforcement before or after the reinforcement material is placed into the mold cavity or onto the mold surface. The matrix material experiences a melding event, after which the part shape is essentially set. Depending upon the nature of the matrix material, this melding event can occur in various ways such as chemical polymerization or solidification from the melted state.
A variety of molding methods can be used according to the end-item design requirements. The principal factors impacting the methodology are the natures of the chosen matrix and reinforcement materials. Another important factor is the gross quantity of material to be produced. Large quantities can be used to justify high capital expenditures for rapid and automated manufacturing technology. Small production quantities are accommodated with lower capital expenditures but higher labor and tooling costs at a correspondingly slower rate.
Most commercially produced composites use a polymer matrix material often called a resin solution. There are many different polymers available depending upon the starting raw ingredients. There are several broad categories, each with numerous variations. The most common are known as polyester, vinyl ester, epoxy, phenolic, polyimide, polyamide, polypropylene, PEEK, and others. The reinforcement materials are often fibers but also commonly ground minerals. The various methods described below have been developed to reduce the resin content of the final product, or the fibre content is increased. As a rule of thumb, lay up results in a product containing 60% resin and 40% fibre, whereas vacuum infusion gives a final product with 40% resin and 60% fibre content. The strength of the product is greatly dependent on this ratio.

<H2>Moulding methods



In general, the reinforcing and matrix materials are combined, compacted and processed to undergo a melding event. After the melding event, the part shape is essentially set, although it can deform under certain process conditions. For a thermoset polymeric matrix material, the melding event is a curing reaction that is initiated by the application of additional heat or chemical reactivity such as an organic peroxide. For a thermoplastic polymeric matrix material, the melding event is a solidification from the melted state. For a metal matrix material such as titanium foil, the melding event is a fusing at high pressure and a temperature near the melt point.
For many molding methods, it is convenient to refer to one mold piece as a "lower" mold and another mold piece as an "upper" mold. Lower and upper refer to the different faces of the molded panel, not the mold's configuration in space. In this convention, there is always a lower mold, and sometimes an upper mold. Part construction begins by applying materials to the lower mold. Lower mold and upper mold are more generalized descriptors than more common and specific terms such as male side, female side, a-side, b-side, tool side, bowl, hat, mandrel, etc. Continuous manufacturing processes use a different nomenclature.
The molded product is often referred to as a panel. For certain geometries and material combinations, it can be referred to as a casting. For certain continuous processes, it can be referred to as a profile. Applied with a pressure roller, a spray device or manually. This process is generally done at ambient temperature and atmospheric pressure. Two variations of open moulding are Hand Layup and Spray-up.

<H3>Vacuum bag moulding</H3>
A process using a two-sided mould set that shapes both surfaces of the panel. On the lower side is a rigid mould and on the upper side is a flexible membrane or vacuum bag. The flexible membrane can be a reusable silicone material or an extruded polymer film. Then, vacuum is applied to the mould cavity. This process can be performed at either ambient or elevated temperature with ambient atmospheric pressure acting upon the vacuum bag. Most economical way is using a venturi vacuum and air compressor or a vacuum pump.

<H3>Pressure bag moulding</H3>
This process is related to vacuum bag moulding in exactly the same way as it sounds. A solid female mould is used along with a flexible male mould. The reinforcement is placed inside the female mould with just enough resin to allow the fabric to stick in place. A measured amount of resin is then liberally brushed indiscriminately into the mould and the mould is then clamped to a machine that contains the male flexible mould. The flexible male membrane is then inflated with heated compressed air or possibly steam. The female mould can also be heated. Excess resin is forced out along with trapped air. This process is extensively used in the production of composite helmets due to the lower cost of unskilled labor. Cycle times for a helmet bag moulding machine vary from 20 to 45 minutes, but the finished shells require no further curing if the moulds are heated.

to be conteniued

</H2>

Autoclave moulding


A process using a two-sided mold set that forms both surfaces of the panel. On the lower side is a rigid mold and on the upper side is a flexible membrane made from silicone or an extruded polymer film such as nylon. Reinforcement materials can be placed manually or robotically. They include continuous fiber forms fashioned into textile constructions. Most often, they are pre-impregnated with the resin in the form of prepreg fabrics or unidirectional tapes. In some instances, a resin film is placed upon the lower mold and dry reinforcement is placed above. The upper mold is installed and vacuum is applied to the mold cavity. The assembly is placed into an autoclave. This process is generally performed at both elevated pressure and elevated temperature. The use of elevated pressure facilitates a high fiber volume fraction and low void content for maximum structural efficiency.

Resin transfer moulding (RTM)


A process using a two-sided mold set that forms both surfaces of the panel. The lower side is a rigid mold. The upper side can be a rigid or flexible mold. Flexible molds can be made from composite materials, silicone or extruded polymer films such as nylon. The two sides fit together to produce a mold cavity. The distinguishing feature of resin transfer molding is that the reinforcement materials are placed into this cavity and the mold set is closed prior to the introduction of matrix material. Resin transfer molding includes numerous varieties which differ in the mechanics of how the resin is introduced to the reinforcement in the mold cavity. These variations include everything from vacuum infusion (for resin infusion see also Boat building) to vacuum assisted resin transfer moulding. This process can be performed at either ambient or elevated temperature.

Other


Other types of molding include press molding, transfer molding, pultrusion molding, filament winding, casting, centrifugal casting and continuous casting. There are also forming capabilities including CNC filament winding, vacuum infusion, wet lay-up, compression molding, and thermoplastic molding, to name a few. The use of curing ovens and paint booths is also needed for some projects

Tooling


Some types of tooling materials used in the manufacturing of composites structures include invar, steel, aluminum, reinforced silicone rubber, nickel, and carbon fiber. Selection of the tooling material is typically based on, but not limited to, the coefficient of thermal expansion, expected number of cycles, end item tolerance, desired or required surface condition, method of cure, glass transition temperature of the material being molded, molding method, matrix, cost and a variety of other considerations.






<H2>Properties



<H3>Mechanics</H3>
The physical properties of composite materials are generally not isotropic (independent of direction of applied force) in nature, but rather are typically orthotropic (different depending on the direction of the applied force or load). For instance, the stiffness of a composite panel will often depend upon the orientation of the applied forces and/or moments. Panel stiffness is also dependent on the design of the panel. For instance, the fiber reinforcement and matrix used, the method of panel build, thermoset versus thermoplastic, type of weave, and orientation of fiber axis to the primary force.
In contrast, isotropic materials (for example, aluminium or steel), in standard wrought forms, typically have the same stiffness regardless of the directional orientation of the applied forces and/or moments.
The relationship between forces/moments and strains/curvatures for an isotropic material can be described with the following material properties: Young's Modulus, the Shear Modulus and the Poisson's ratio, in relatively simple mathematical relationships. For the anisotropic material, it requires the mathematics of a second order tensor and up to 21 material property constants. For the special case of orthogonal isotropy, there are three different material property constants for each of Young's Modulus, Shear Modulus and Poisson's ratio—a total of 9 constants to describe the relationship between forces/moments and strains/curvatures.

<H3>Resins</H3>
Typically, most common composite materials, including fiberglass, carbon fiber, and Kevlar, include at least two parts, the substrate and the resin.
Polyester resin, tends to have yellowish tint, and is suitable for most backyard projects. Its weaknesses are that it is UV sensitive and can tend to degrade over time, and thus generally is also coated to help preserve it. It is often used in the making of surfboards and for marine applications. Its hardener is a MEKP, and is mixed at 14 drops per oz. MEKP is composed of methyl ethyl ketone peroxide, a catalyst. When MEKP is mixed with the resin, the resulting chemical reaction causes heat to build up and cure or harden the resin.
Vinylester resin, tends to have a purplish to bluish to greenish tint. This resin has lower viscosity than polyester resin, and is more transparent. This resin is often billed as being fuel resistant, but will melt in contact with gasoline. This resin tends to be more resistant over time to degradation than polyester resin, and is more flexible. It uses the same hardener as polyester resin (at the same mix ratio) and the cost is approximately the same.
Epoxy resin is almost totally transparent when cured. In the aerospace industry, epoxy is used as a structural matrix material or as a structural glue.
Shape memory polymer (SMP) resins have varying visual characteristics depending on their formulation. These resins may be epoxy-based, which can be used for auto body and outdoor equipment repairs; cyanate-ester-based, which are used in space applications; and acrylate-based, which can be used in very cold temperature applications, such as for sensors that indicate whether perishable goods have warmed above a certain maximum temperature.^[2] These resins are unique in that their shape can be repeatedly changed by heating above their glass transition temperature (T_g). When heated, they become flexible and elastic, allowing for easy configuration. Once they are cooled, they will maintain their new shape. The resins will return to their original shapes when they are reheated above their T_g.^[3] The advantage of shape memory polymer resins is that they can be shaped and reshaped repeatedly without losing their material properties, and these resins can be used in fabricating shape memory composites.

<H3>Categories of fiber-reinforced composite materials</H3>
Fiber-reinforced composite materials can be divided into two main categories normally referred to as short fiber-reinforced materials and continuous fiber-reinforced materials. Continuous reinforced materials will often constitute a layered or laminated structure. The woven and continuous fiber styles are typically available in a variety of forms, being pre-impregnated with the given matrix (resin), dry, uni-directional tapes of various widths, plain weave, harness satins, braided, and stitched.
The short and long fibers are typically employed in compression molding and sheet molding operations. These come in the form of flakes, chips, and random mate (which can also be made from a continuous fiber laid in random fashion until the desired thickness of the ply / laminate is achieved).

to be conteniued

</H2>

Failure



Shock, impact, or repeated cyclic stresses can cause the laminate to separate at the interface between two layers, a condition known as delamination. Individual fibers can separate from the matrix e.g. fiber pull-out.
Composites can fail on the microscopic or macroscopic scale. Compression failures can occur at both the macro scale or at each individual reinforcing fiber in compression buckling. Tension failures can be net section failures of the part or degradation of the composite at a microscopic scale where one or more of the layers in the composite fail in tension of the matrix or failure the bond between the matrix and fibers.
Some composites are brittle and have little reserve strength beyond the initial onset of failure while others may have large deformations and have reserve energy absorbing capacity past the onset of damage. The variations in fibers and matrices that are available and the mixtures that can be made with blends leave a very broad range of properties that can be designed into a composite structure. The best known failure of a brittle ceramic matrix composite occurred when the carbon-carbon composite tile on the leading edge of the wing of the Space Shuttle Columbia fractured when impacted during take-off. It led to catastrophic break-up of the vehicle when it re-entered the earth's atmosphere on February 1, 2003.
Compared to metals, composites have relatively poor bearing strength.

<H3>Testing


To aid in predicting and preventing failures, composites are tested before and after construction. Pre-construction testing uses computer aided engineering tools such as NEi Software Nastran FEA (finite element analysis) for ply-by-ply analysis of curved surfaces and predicting wrinkling, crimping and dimpling of composites.^[5] Materials may be tested after construction through several nondestructive methods including ultrasonics, thermography, shearography and X-ray radiography

<sup>Examples


Materials


Fiber-reinforced polymers or FRPs include wood (comprising cellulose fibers in a lignin and hemicellulose matrix), carbon-fiber reinforced plastic or CFRP, and glass-reinforced plastic or GRP. If classified by matrix then there are thermoplastic composites, short fiber thermoplastics, long fiber thermoplastics or long fiber-reinforced thermoplastics. There are numerous thermoset composites, but advanced systems usually incorporate aramid fibre and carbon fibre in an epoxy resin matrix.
Shape memory polymer composites are high-performance composites, formulated using fiber or fabric reinforcement and shape memory polymer resin as the matrix. Since a shape memory polymer resin is used as the matrix, these composites have the ability to be easily manipulated into various configurations when they are heated above their activation temperatures and will exhibit high strength and stiffness at lower temperatures. They can also be reheated and reshaped repeatedly without losing their material properties. These composites are ideal for applications such as lightweight, rigid, deployable structures; rapid manufacturing; and dynamic reinforcement[sup][7]</sup>.
Composites can also use metal fibres reinforcing other metals, as in metal matrix composites or MMC. Magnesium is often used in MMCs because it has similar mechanical properties as epoxy. The benefit of magnesium is that it does not degrade in outer space. Ceramic matrix composites include bone (hydroxyapatite reinforced with collagen fibers), Cermet (ceramic and metal) and concrete. Ceramic matrix composites are built primarily for toughness, not for strength. Organic matrix/ceramic aggregate composites include asphalt concrete, mastic asphalt, mastic roller hybrid, dental composite, syntactic foam and mother of pearl. Chobham armour is a special composite used in military applications.
Additionally, thermoplastic composite materials can be formulated with specific metal powders resulting in materials with a density range from 2 g/cm³ to 11 g/cm³ (same density as lead). These materials can be used in place of traditional materials such as aluminum, stainless steel, brass, bronze, copper, lead, and even tungsten in weighting, balancing, vibration dampening, and radiation shielding applications. High density composites are an economically viable option when certain materials are deemed hazardous and are banned (such as lead) or when secondary operations costs (such as machining, finishing, or coating) are a factor.
Engineered wood includes a wide variety of different products such as plywood, oriented strand board, wood plastic composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix), Pykrete (sawdust in ice matrix), Plastic-impregnated or laminated paper or textiles, Arborite, Formica (plastic) and Micarta. Other engineered laminate composites, such as Mallite, use a central core of end grain balsa wood, bonded to surface skins of light alloy or GRP. These generate low-weight, high rigidity materials.
Products


Composite materials have gained popularity (despite their generally high cost) in high-performance products that need to be lightweight, yet strong enough to take harsh loading conditions such as aerospace components (tails, wings, fuselages, propellers), boat and scull hulls, bicycle frames and racing car bodies^[8]. Other uses include fishing rods and storage tanks. The new Boeing 787 structure including the wings and fuselage is composed largely of composites.
Carbon composite is a key material in today's launch vehicles and spacecraft. It is widely used in solar panel substrates, antenna reflectors and yokes of spacecraft. It is also used in payload adapters, inter-stage structures and heat shields of launch vehicles.
In 2007 an all-composite military High Mobility Multi-purpose Wheeled Vehicle (HMMWV or Hummvee) was introduced by TPI Composites Inc and Armor Holdings Inc, the first all-composite military vehicle. By using composites the vehicle is lighter, allowing higher payloads. In 2008 carbon fiber and DuPont Kevlar (five times stronger than steel) were combined with enhanced thermoset resins to make military transit cases by ECS Composites creating 30-percent lighter cases with high strength.[/sup]</H3>

المواضيع دى بالنسبة لطلبة الإعدادى محتاجة ترجمة .

والله يا بشمهندس ده اصله تقرير مطلوب مننا و كدة
فهو مطلوب بالانجلش مننا

و شكرا لمرورك

هذه ترجمة للموضوع وسأترجم الباقى أيضا باذن الله .
المواد المركّبة (أو مركّبات لقصيرة) تهندس المواد جعلت من إثنان أو مواد أكثر تأسيسية بطبيعية مختلفة جدا أو الخواص الكيمياوية الذي يبقيان منفصلة ومتميّز على a مستوى عياني ضمن التركيب المنهى.

التأريخ



المواد المركّبة البدائية الأكثر كانت قشّة وطين جمعا لتشكيل الطابوق لبناء البناء؛ الكتاب التوراتي للنزوح الجماعي يتكلّم عن الإسرائيليين أن يضطهدوا من قبل الفرعون، من قبل أن يجبر لجعل الطابوق بدون قشّة أن يكون مجهّزة. العملية صنع الطابوقة القديمة يمكن أن ما زالت تكون رأت على صور القبر المصرية في المتحف الحضري للفنّ. تؤدّي الأمثلة الأكثر تقدما بشكل دوري على المركبة الفضائية في طلب البيئات. تمهّد التطبيقات الأكثر مرئية طرقنا على شكل أمّا خرسانة أو إسمنت قير بورتلند فولاذية وكلية مدعومة. تلك مركّبات الأقرب إلى نظافتنا الشخصية تشكّل الأكشاك وأحواض الحمامات دشنا صنعنا من الألياف الزجاجية. السطح الصلب، صوان تقليد ومغاسل رخام مثقّفة وقمم مضادة كثيرة الإستعمال لتحسين تجاربنا الحيّة.
المركّبات تكوّن من مواد فردية مدعوّة باسم مواد تأسيسية. هناك إثنان من أصناف المواد التأسيسية: المصفوفة والتعزيز. على الأقل واحد من جزء كلّ نوع مطلوب. مادّة المصفوفة تحيط وتدعم مواد التعزيز بإبقاء مواقعهم النسبية. تمنح التعزيزات ملكياتهم الميكانيكية والطبيعية الخاصّة لتحسين ملكيات المصفوفة. A synergism ينتج ملكيات مادية غير متوفرة من المواد التأسيسية الفردية، بينما النوع المختلف من مصفوفة ويقوّي المواد يسمح لمصمم المنتج أو تنظّم لإختيار مجموعة قصوية.
المواد المركّبة المهندسة يجب أن تشكّل للتشكيل. مادّة المصفوفة يمكن أن تقدّم إلى التعزيز قبل ذلك أو بعد مادّة التعزيز موضوعة إلى تجويف القالب أو في سطح القالب. مادّة المصفوفة تواجه a يخلط حدثا، التي بعدها شكل الجزء يوضع جوهريا. إعتماد على طبيعة مادّة المصفوفة، هذا حدث الخلط يمكن أن يحدث في الطرق المختلفة مثل polymerization كيميائية أو تجمّد من ذابا حالة.
A تشكيلة صبّ طرق يمكن أن تستعمل طبقا لمتطلبات تصميم المادة طرف. العوامل الرئيسية التي تؤثّر على علم المنهج طبيعة المصفوفة المختارة ومواد التعزيز. العامل الأوّل المهم الآخر الذي الكمية الإجمالية للمادّة الّتي ستنتج. الكميات الكبيرة يمكن أن تستعمل لتبرير مصروفات رأس المال العالية لتقنية التصنيع السريعة والآلية. كميات الإنتاج الصغيرة مسكنة بمصروفات رأس المال الأوطأ لكن العمل الأعلى وtooling يكلّفان في a نسبة أبطأ تماثليا.
أنتجت المركّبات تستعمل بشكل تجاري جدا a polymer مادّة مصفوفة في أغلب الأحيان مسمّاة a حلّ راتنج. هناك العديد من إعتماد المركبات الكيميائية مختلفة المتوفر على المكونات الخام البادئة. هناك عدّة أصناف واسعة، كلّ بالإختلافات العديدة. الأكثر شيوعا المعروف بالبولستر، ملح إستر فينيل , epoxy, phenolic, polyimide, polyamide, polypropylene، نظرة خاطفة، وآخرون. إنّ مواد التعزيز في أغلب الأحيان ألياف لكن تقعد المعادن أيضا عموما. الطرق المختلفة وصفت تحت طوّرت لتخفيض محتوى راتنج المنتج النهائي، أو محتوى الليف متزايد. كقاعدة من الإبهام، يتأخّر النتائج في a منتج تحتوي 60 % راتنج و40 % ليف، بينما صبّ فراغ يعطي a منتج نهائي مع 40 % راتنج و60 % محتوى ليف. إنّ قوّة المنتج كثيرا معتمدة على هذه النسبة.

<H 2> صياغة طرق



عموما، مواد المصفوفة والتعزيز مشترك، ضغط وعالج للمرور بa خلط حدث. بعد حدث الخلط، شكل الجزء يوضع جوهريا، بالرغم من أنّه يمكن أن يشوّه تحت بعض شروط العملية. لa thermoset polymeric مادّة مصفوفة، حدث الخلط a يعالج ردّ فعل الذي مبدوء بتطبيق الحرارة الإضافية أو التفاعلية الكيميائية مثل بيروكسيد عضوي. لa thermoplastic polymeric مادّة مصفوفة، حدث الخلط a تجمّد من ذاب حالة. لa مادّة مصفوفة معدنية مثل ورق قصدير التيتانيوم، حدث الخلط a دمج في الضغط العالي وa درجة حرارة قرب يذوبان نقطة.
للكثير يصبّون الطرق، هو سهل للإشارة إلى قطعة القالب واحدة بينما a "ينزّل" قالبا وقطعة قالب أخرى كقالب "أعلى". الأوطأ والعليا تحيل إلى الوجوه المختلفة للجنة المصبوبة، ليس ترتيب القالب في الفضاء. في هذه الإتفاقية، هناك دائما a ينزّل قالبا، وأحيانا قالب أعلى. يبدأ بناء جزء بإنطباق مواد إلى القالب الأوطأ. القالب الأوطأ والقالب الأعلى descriptors أكثر تعميما من الشروط الأكثر شيوعا والمعيّنة مثل الجانب الذكر، جانبي نسائي , a جانبي , b جانب، جانب أداة، طاسة، قبعة، مغزل، الخ. عمليات التصنيع المستمرة تستعمل a أسماء تعريفية مختلفة.
إنّ المنتج المصبوب في أغلب الأحيان مدعو باسم a لجنة. لgeometries متأكّد ومجموعات مادية، هو يمكن أن يكون مدعو باسم a اختيار. لبعض العمليات المستمرة، هو يمكن أن يكون مدعو باسم a لمحة حياة. تطبيقي مع a دحروجة ضغط , a أداة رذاذ أو يدويا. هذه العملية تعمل عموما في درجة الحرارة البيئية والضغط الجوّي. إثنان من إختلافات الصياغة المفتوحة لايب يدوي ورذاذ أعلى.

<H 3> صياغة حقيبة فراغ </ H 3>
A إستعمال عملية a قالب ذو وجهين وضع تلك الأشكال كلتا سطوح اللجنة. على الجانب الأوطأ a قالب صارم وعلى الجانب الأعلى a غشاء مرن أو حقيبة فراغ. الغشاء المرن يمكن أن يكون a silicone قابل للإستعمال ثانية مادي أو فلم polymer مقذوف. ثمّ، فراغ يقدّم إلى تجويف القالب. هذه العملية يمكن أن تؤدّي في أمّا درجة حرارة بيئية أو مرتفعة بالضغط الجوّي البيئي يتصرّف بناء على حقيبة الفراغ. أكثر الطريق الإقتصادي يستعمل a venturi فراغ وضاغط جوي أو a مضخة مفرغة.

<H 3> صياغة حقيبة ضغط </ H 3>
هذه العملية تتعلّق بصياغة حقيبة الفراغ في بالضبط نفس الطريق كما يبدو. A قالب نسائي صلب مستعمل سويّة مع a قالب ذكر مرن. إنّ التعزيز موضوع داخل القالب النسائي مع فقط بما فيه الكفاية راتنج للسماح للنسيج للإلتصاق طبّق. A قاس كمية الراتنج ثمّ نظّفت بشكل تحرّري عشوائيا إلى القالب والقالب ثمّ ثبّتا إلى a ماكنة التي تحتوي القالب المرن الذكر. إنّ الغشاء الذكر المرن ثمّ نفخ بالهواء المضغوط الساخن أو من المحتمل بخار. القالب النسائي يمكن أيضا أن يسخّن. الراتنج الفائض يخرج بالقوة سويّة مع الهواء المحصور. هذه العملية تستعمل على نطاق واسع في إنتاج الخوذ المركّبة بسبب الكلفة الأوطأ للعمل الغير ماهر. أوقات دورة لa ماكنة صياغة حقيبة خوذة تتفاوت من 20 إلى 45 دقيقة، لكن القذائف المنهية تتطلّب لا أبعد معالجة إذا القوالب ساخنة.

يتبع

عقّم الصياغة


A إستعمال عملية a قالب ذو وجهين وضع تلك الأشكال كلتا سطوح اللجنة. على الجانب الأوطأ a قالب صارم وعلى الجانب الأعلى a غشاء مرن جعل من silicone أو فلم polymer مقذوف مثل النايلون. مواد تعزيز يمكن أن توضع يدويا أو آليا. يتضمّنون أشكال الليف المستمرة صمّمت إلى إنشاءات المنسوج. في أغلب الأحيان جدا، هم قبل ملقّحون بالراتنج على شكل أنسجة prepreg أو أشرطة unidirectional. في بعض الحالات , a فلم راتنج موضوع على القالب الأوطأ والتعزيز الجاف موضوع فوق. إنّ القالب الأعلى يركّب وفراغ يقدّم إلى تجويف القالب. إنّ الجمعية موضوعة إلى تعقّم. هذه العملية تؤدّي عموما في كلا الضغط المرتفع ودرجة الحرارة المرتفعة. إستعمال الضغط المرتفع يسهّل a كسر حجم عالي الألياف ومحتوى باطل منخفض للكفاءة الهيكلية القصوى.

صياغة نقل الراتنج (RTM)


A إستعمال عملية a قالب ذو وجهين وضع تلك الأشكال كلتا سطوح اللجنة. إنّ الجانب الأوطأ a قالب صارم. الجانب الأعلى يمكن أن يكون a قالب صارم أو مرن. المرنة تصبّ يمكن أن تجعل من المواد المركّبة , silicone أو قذفت أفلام polymer مثل النايلون. تطابق الجانبان لإنتاج a تجويف قالب. إنّ الميزّة المميّزة لصبّ نقل الراتنج بأنّ مواد التعزيز موضوعة إلى هذا التجويف ومجموعة القالب مغلق قبل مقدمة مادّة المصفوفة. نقل راتنج يصبّ يتضمّن تنويعات عديدة التي تختلف في ميكانيكا كم الراتنج يقدّم إلى التعزيز في تجويف القالب. تتضمّن هذه الإختلافات كلّ شيء من صبّ الفراغ (لصبّ الراتنج يرى أيضا صنع زوارق) إلى الفراغ ساعد صياغة نقل راتنج. هذه العملية يمكن أن تؤدّي في أمّا درجة حرارة بيئية أو مرتفعة.

آخر


تتضمّن الأنواع الأخرى لصبّ صحافة تصبّ، نقل يصبّ , pultrusion يصبّ، لفّ شعيرة، اختيار، اختيار طارد مركزي واختيار مستمر. هناك أيضا تشكيل قابليات بضمن ذلك لفّ شعيرة CNC، صبّ فراغ، بلّل يتأخّر، صبّ ضغط، وthermoplastic يصبّ، لتسمية بضعة. إنّ إستعمال معالجة أفران وأكشاك طلاء يحتاجان أيضا لبعض المشاريع

تولنج


بعض أنواع مواد tooling إستعملت في تصنيع تراكيب المركّبات تتضمّن invar، فولاذ، ألمنيوم، عزّز مطاط silicone، نيكل، وليف كاربون. إختيار مادّة tooling نموذجيا مستندة على، ولكن غير محصور ب، معامل التوسّع الحراري، توقّع عدد الدراجات، تحمّل مادة نهاية، رغب أو تطلّب شرطا سطحيا، طريقة العلاج، درجة حرارة إنتقال زجاجية من المادّة أن تصبّ، يصبّ طريقة، مصفوفة، كلفة وa تشكيلة الإعتبارات الأخرى.






<H 2> ملكيات



<H 3> ميكانيكا </ H 3>
إنّ الملكيات الطبيعية للمواد المركّبة عموما ليست isotropic (مستقلة من إتّجاه القوة التطبيقية) في الطبيعة، لكن بالأحرى نموذجيا orthotropic (إعتماد مختلف على إتّجاه القوة أو الحمل التطبيقي). على سبيل المثال، تصلّب a لجنة مركّبة ستعتمد في أغلب الأحيان على توجيه القوات التطبيقية و/ أو لحظات. تصلّب اللجنة أيضا معتمد على تصميم اللجنة. على سبيل المثال، تعزيز ومصفوفة الليف إستعملا، طريقة بنية اللجنة , thermoset مقابل thermoplastic، نوع الحياكة، وتوجيه محور الليف إلى القوة الأساسية.
على النقيض من ذلك , isotropic مواد (على سبيل المثال، ألمنيوم أو فولاذ)، في الأشكال المعمولة القياسية، له نفس تصلّب بغض النظر عن التوجيه الإتجاهي نموذجيا القوات التطبيقية و/ أو لحظات.
العلاقة بين القوات / لحظات وإجهاد / تقوسات لمادّة isotropic يمكن أن توصف بالملكيات المادية التالية: المعامل الصغير، معامل القصّ ونسبة بويسسون، في العلاقات الرياضية البسيطة نسبيا. لمادّة anisotropic، يتطلّب رياضيات a طلب ثانية tensor وبحدود 21 ثابت ملكية مادية. للحالة الخاصّة لisotropy متعامدة، هناك ثوابت ملكية مادية مختلفة ثلاثة لكلّ من المعامل الصغير، معامل قصّ ونسبة بويسسون — ما مجموعه 9 ثوابت لوصف العلاقة بين القوات / لحظات وإجهاد / تقوسات.

<H 3> راتنج </ H 3>
نموذجيا، مواد مركّبة الأكثر شيوعا، بضمن ذلك الألياف الزجاجية، ليف كاربون، وكيفلار، يتضمّن على الأقل جزءين، الركيزة والراتنج.
راتنج بولستر، يميل إلى إمتلاك الصبغة المصفّرة، ومناسب لأكثر مشاريع الفناء الخلفي. ضعفه بأنّه UV حسّاس ويمكن أن يميل إلى تخفيض بمرور الوقت، وهكذا عموما يكسى أيضا للمساعدة على إبقائه. هو يستعمل في أغلب الأحيان في عمل ألواح التزلج وللتطبيقات البحرية. hardenerه a MEKP، ومختلط في 14 قطرة لكلّ oz. MEKP متكوّن من بيروكسيد كيتون أثيل الميثيل , a محفّز. عندما MEKP مختلط بالراتنج، يسبّب التفاعل الكيمياوي الناتج حرارة لتعزيز ومعالجة أو تصلّب الراتنج.
راتنج فينيليستر، يميل إلى إمتلاك a إرجواني إلى مزرق إلى الصبغة المخضوضرة. هذا الراتنج له لزوجة أوطأ من راتنج البولستر، وأكثر شفافية. هذا الراتنج في أغلب الأحيان وصف بأنه أن يكون وقود مقاوم، لكن سيذوب باتصال بالغازولين. هذا الراتنج يميل إلى أن يكون مقاومة أكثر بمرور الوقت إلى المهانة من راتنج البولستر، وأكثر مرونة. يستعمل نفس hardener كراتنج بولستر (في نفس نسبة المزيج) والكلفة تقريبا نفس.
راتنج إبوز شفّاف كليا تقريبا عندما عالج. في صناعة المركبات الفضائية , epoxy مستعمل كa مصفوفة هيكلية مادية أو كa صمغ هيكلي.
ذاكرة شكل polymer (SMP) راتنج له خصائص بصرية مختلفة تعتمد على صياغتهم. هذه الراتنج قد يكون أساسه epoxy، الذي يمكن أن يستعمل للجسم الآلي وتصليحات الأجهزة في الهواء الطلق؛ cyanate أساسه ملح إستر، الذي مستعمل في تطبيقات الفضاء؛ وأساسه acrylate، الذي يمكن أن يستعمل في تطبيقات درجة الحرارة الباردة جدا، مثل للمحسّسات التي تشير إلى سواء السلع سريعة العطب دفّأت فوق a درجة حرارة قصوى متأكّدة [2] هذه الراتنج فريد في بأنّ شكلهم يمكن أن يغيّر مرارا وتكرارا بالتدفئة فوق درجة حرارة إنتقالهم الزجاجية (تج). عندما ساخن، يصبحون مرنين ومطاطيين، يسمح للترتيب السهل. عندما هم مبرّدون، هم سيبقون شكلهم الجديد. الراتنج سيعود إلى أشكالهم الأصلية متى هم معادون تسخين فوق تجهم] 3 [فائدة ذاكرة شكل polymer الراتنج بأنّهم يمكن أن يشكّلوا ويشكّلوا ثانية مرارا وتكرارا بدون خسران ملكياتهم المادية، وهذه الراتنج يمكن أن يستعمل في صناعة مركّبات ذاكرة الشكل.

<H 3> أصناف المواد المركّبة المدعومة ليف </ H 3>
المواد المركّبة المدعومة ليف يمكن أن يقسّم إلى صنفين رئيسيين عادة مدعوّة باسم المواد المدعومة ليف القصيرة ومواد المدعومة الليف المستمرة. المواد المدعومة المستمرة ستشكّل في أغلب الأحيان a صفّف أو رقّق تركيبا. أساليب الليف المحاكة والمستمرة متوفرة نموذجيا في a تشكيلة الأشكال، أن يكون قبل ملقّح بالمصفوفة المعطية (راتنج)، يجفّف , uni أشرطة إتجاهية من الأعراض المختلفة، حياكة بسيطة، أقمشة ساتان لجام، ضافرة، وخيّط.
الألياف القصيرة والطويلة تستخدم نموذجيا في صبّ الضغط وعمليات صبّ الصفحة. هذه يجيء على شكل رقائق، رقائق، وصاحب عشوائي (الذي يمكن أيضا أن يجعل من a إحتفظ ليف مستمر بأزياء عشوائية حتى السمك المطلوب للطيّة / يرقّق منجز).

الفشل



الصدمة، تأثير، أو إجهاد دوري متكرّر يمكن أن يسبّب يرقّق للفصل في الوصلة بين طبقتين , a يكيّف المعروفة بdelamination. الألياف الفردية يمكن أن منفصلة عن المصفوفة ومثال على ذلك: - إنسحاب ليف.
المركّبات يمكن أن تفشل على المقياس المجهري أو العياني. حالات فشل ضغط يمكن أن تحدث في كلا المقياس الكبير أو في كلّ فرد يعزّز ليفا في تشبيك الضغط. حالات فشل توتّر يمكن أن تكون حالات فشل قسم صافية من الجزء أو مهانة المركّبين في a مقياس مجهري حيث واحد أو أكثر من الطبقات في الفشل المركّب في توتّر المصفوفة أو الفشل، الرابطة بين المصفوفة والألياف.
بعض المركّبات هشّة ولها قوّة إحتياطي صغيرة ما بعد البداية الأولية للفشل بينما الآخرين لربّما عندهم تشويهات كبيرة ولها ماضي طاقة إحتياطي يشدّ الإنتباه قدرة بداية الضرر. إنّ الإختلافات في الألياف والمصفوفات التي متوفرة والخلطات التي يمكن أن تجعل بإجازة المزيجات a تشكيلة واسعة جدا الملكيات التي يمكن أن تصمّم إلى a تركيب مركّب. أفضل فشل معروف a مصفوفة هشّة مركّب خزفية حدثت عندما بلاطة كاربون الكاربون المركّبة على المرحلة الأكثر تقدّما جناح المكوك الفضائي كولومبيا كسرت متى أثّرت عليها أثناء إقلاع. أدّى إلى التقسيم الهائل من العربة عندما أعاد إدخال جوّ الأرض في فبراير/شباط 1, 2003.
قارنت إلى المعادن، مركّبات لها قوّة صلة سيّئة نسبيا.

<H 3> إختبار


للمساعدة في توقّع ومنع حالات الفشل، مركّبات مجرّبة قبل وبعد البناء. ساعد حاسوب إستعمالات إختبار قبل بناء هندسة أدوات مثل برامج NEi ناستران FEA (تحليل عنصر محدود) للطيّة بالتحليل ذو الطيات من السطوح المقوّسة ويتوقّع التجعيد والعقص وتنقير المركّبات [5] مواد قد تختبر بعد البناء خلال عدّة طرق غير تدميرية التي تتضمّن ultrasonics , thermography, shearography وعلم أشعة اشعة سينية

الأمثلة


المواد


تتضمّن المركبات الكيميائية المدعومة ليف أو FRPs خشبا (يشمل ألياف سليلوزية في a lignin ومصفوفة hemicellulose)، ليف كاربون عزّز بلاستيكيا أو CFRP، وبلاستيك مدعوم زجاج أو GRP. إذا إعلان مبوّب بالمصفوفة ثمّ هناك مركّبات thermoplastic، ليف قصير thermoplastics، لمدة طويلة ليف thermoplastics أو thermoplastics مدعوم ليف لمدة طويلة. هناك مركّبات thermoset عديدة، لكن أنظمة المتقدّمة aramid ليف متّحد عادة ونسيج كاربوني في مصفوفة راتنج epoxy.
ذاكرة شكل polymer مركّبات مركّبات عالية الأداء، صاغ إستعمال الليف أو تعزيز النسيج وذاكرة الشكل polymer راتنج كالمصفوفة. منذ a ذاكرة شكل polymer راتنج مستعمل كالمصفوفة، هذه المركّبات لها القدرة لكي تعالج بسهولة إلى الترتيبات المختلفة متى هم ساخنون فوق درجات حرارة تنشيطهم وستعرض قوّة وتصلّب عالي في درجات الحرارة الأوطأ. هم يمكن أيضا أن يعادوا تسخين ويشكّلوا ثانية مرارا وتكرارا بدون خسران ملكياتهم المادية. هذه المركّبات مثالية للتطبيقات مثل الوزن الخفيف، صارمة , deployable تراكيب؛ التصنيع السريع؛ وتعزيز دينامي 7].
المركّبات يمكن أن تستعمل ألياف معدنية أيضا تعزّز معادن أخرى، كما في مركّبات المصفوفة المعدنية أو MMC. المغنيسيوم يستعمل في أغلب الأحيان في MMCs لأن له ملكيات ميكانيكية مماثلة كepoxy. إنّ منفعة المغنيسيوم بأنّه لا يخفّض في الفضاء الخارجي. تتضمّن مركّبات المصفوفة الخزفية عظما (hydroxyapatite عزّز بألياف الكولاجين)، سيرميت (خزف ومعدن) وخرسانة. مركّبات المصفوفة الخزفية تبني أوليا للصلابة، ليس للقوّة. المصفوفة العضوية / تتضمّن مركّبات كلية خزفية خرسانة قير , mastic قير , mastic دحروجة هجينة، رغوة أسنان المركّبة النحوية وأمّ اللؤلؤة. درع تشوبهام a مستعمل مركّبة خاصّة في التطبيقات العسكرية.
إضافة إلى ذلك , thermoplastic مواد مركّبة يمكن أن تصاغ بالمساحيق المعدنية المعيّنة تؤدّي إلى المواد مع a مدى كثافة من 2 g /cm³ إلى 11 g /cm³ (كثافة نفسها كتقدّم). هذه المواد يمكن أن تستعمل بدلا من المواد التقليدية مثل الألمنيوم، حديد مقاوم للصدأ، نحاسي، نحاسي برونزي، تقدّم، وتنجستن مستوي في علاوة، الموازنة، تبليل إهتزاز، وإشعاع الذي يحمي التطبيقات. مركّبات الكثافة العالية خيار فعّال إقتصاديا متى بعض المواد تعتبر خطرة وممنوع (مثل التقدّم) أو متى عمليات ثانوية تكلّف (مثل machining، إنهاء، أو طلاء) a عامل.
الخشب المهندس يتضمّن a نوع مختلف من منتجات مختلفة مثل الخشب المعاكس، وجّه لوحة ساحل، مركّب خشب البلاستيكي (كرّر ليف خشب في مصفوفة polyethylene)، بيكريت (نشارة خشب في مصفوفة الثلج)، ورقة ملقّحة بلاستيك أو مرقّقة أو منسوجات، آربوريت، فورميكا (بلاستيك) وميكارتا. المهندسة الأخرى ترقّق المركّبات، مثل ماليت، إستعمال a صميم مركزي من خشب بلزا حبوب النهاية، إلتصق لإكساء جلود السبيكة الخفيفة أو GRP. هذه يولّد وزنا منخفضا، مواد صلابة عالية.
المنتجات


كسبت المواد المركّبة شعبية (على الرغم من كلفتهم العالية عموما) في المنتجات العالية الأداء التي من الضروري أن تكون وزن خفيف، قوي بما فيه الكفاية رغم ذلك لأخذ شروط التحميل القاسية مثل المكوّنات الفضائية (ذيول، أجنحة، هياكل طائرات، مراوح)، هياكل المجذاف والمركب وإطارات ودراجة وأجسام سيارة سباق 8]. تتضمّن الإستعمالات الأخرى قضبان وخزانات صيد سمك. البوينغ الجديدة 787 تركيب بضمن ذلك الأجنحة وهيكل الطائرة مركّب بشكل كبير من المركّبات.
كاربون مركّب a مادّة رئيسية في عربات إنطلاق اليوم والمركبة الفضائية. هي كثير الإستعمال في ركائز اللوحة الشمسية وعاكسات ولامس وقران المركبة الفضائية. هو يستعمل أيضا في وصلات الحمولة، تراكيب بين مرحلة ودروع حرارة عربات الإنطلاق.
في 2007 قابلية حركة عالية عربة متعددة غرض ذات عجلات عسكرية مركّبة جدا (HMMWV أو هومفي) قدّمت من قبل TPI كومبوسيتيس المحدودة وآرمور هولدنجس المحدودة، العربة العسكرية المركّبة جدا الأولى. بإستعمال المركّبات، العربة أخف، يسمح للحمولات الأعلى. في ليف كاربون 2008 ودوبونت كيفلار (خمس مرات أقوى من الفولاذ) إندمجا مع راتنج thermoset محسّن لتقديم قضايا العبور العسكرية بمركّبات ECS تخلق 30 بالمائة حالات أخف بالقوّة العالية [/ جرعة </ H 3>