 |
Композиты вчера, сегодня и завтра
|
|
|
|
КОМПОЗИТЫ – ДРЕВНИЙ МАТЕРИАЛ БУДУЩЕГО,
ИЛИ 1+1=3
Реферативная работа
на Челябинский молодежный интеллектуальный форум
«Шаг в будущее – Созвездие – НТТМ»
(Секция № 1 «Мир техники (Техносфера настоящего и будущего)»)
Автор:
Волович Владимир Александрович,
МБОУ прогимназия №133, класс 2
Руководитель:
Веселовская Елена Евгеньевна,
учитель начальных классов
МБОУ прогимназии № 133
Челябинск – 2015г.
Содержание
Введение ………………………………………………………………………………………….3
1 Древний материал будущего
1.1. Композиционный материал: что это и в чём его преимущества?......................................3
1.2. Композиты: вчера, сегодня и завтра………………………………………………………. 5
2 Изготовление композита и экспериментальное исследование его прочностных свойств
2.1. Изготовление композиционного материала дома...………………………………………5
2.2. Сравнение прочности композитной трубки и трубки из бумаги...………………………6
Заключение ……………………………………………………………………………………….8
Список литературы ………………………………………………………………………………9
Приложение А. Журнал эксперимента “Испытание нагрузкой”……………………..………
Приложение Б. Исследование прочности бумажных трубочек ………………………………
Приложение В. Исследование прочности композитных трубочек ………………………….
Введение
Я люблю работать с бумагой, склеивать разные конструкции из неё. Делая фигурки из бумаги, я заметил, что две соединённые клеем полоски бумаги становятся намного прочнее, чем просто две полоски той же бумаги. Возник вопрос: почему так происходит, и насколько получившийся материал прочнее бумаги?
|
|
|
Поиски ответа на эти вопросы привели меня к знакомству с композиционными материалами (композитами), созданию такого материала и его испытанию.
Цель работы: познакомиться с композиционными материалами и экспериментально подтвердить предположение о большей прочности таких материалов.
Задачи проекта:
1. Найти определение композиционных материалов и выявить их преимущества.
2. Выяснить, где применялись композиты в прошлом, настоящем и каковы перспективы их использования в будущем.
3. Самостоятельно получить композит, сделав конструкцию из композитного материала в домашних условиях.
4. Экспериментально исследовать композитную конструкцию на прочность.
Методы исследования:
· Изучение литературных источников, Интернет-ресурсов;
· Сравнение;
· Эксперимент;
· Анализ полученных результатов.
Древний материал будущего
Композиционный материал: что это и в чём его преимущества?
Всё под луной открыто,
да многое спрятано
(Равиль Алеев)
Впервые слово “композиты” я услышал в телепередаче на канале “Наука 2.0” [3]. Изучив справочную и научно-популярную литературу, я выяснил, что композиционным называют искусственно созданный, сплошной материал, имеющий в своём составе два или более компонента [1; 7; 10]. Особенность композитного материала в том, что он состоит из связующего, склеивающего компонента (учёные называют его “матрица”) и усиливающего, армирующего. Таким армирующим наполнителем могут быть, например, волокна, нити и т.п.; а матрицей – среда, объединяющая и связующая частицы наполнителя в единое целое (например, смола, цемент и др.). Наполнитель, как правило, определяет прочность и жёсткость композита, а матрица фиксирует форму изделия, обеспечивает его монолитность и стойкость к различным внешним воздействиям.
В результате соединения этих двух компонентов получается совершенно новый материал, характеристики которого превосходят характеристики тех материалов, которые мы взяли для его создания. Условно это можно записать так: “1+1=3”.
|
|
|
Характерной особенностью композиционного материала является то, что изделие из него создаётся одновременно с созданием самого материала. Другими словами, при создании композитов одновременно конструируется материал и изделие.
Композит – от латинского compositio – значит “сочетание, складывание, составление”, и даже слова – названия композиционных материалов, как правило, составные: стеклопластик, углепластик, стеклотекстолит… Всё это очень интересные материалы с уникальными свойствами.
Изучив статьи в журналах [2; 5; 11] и различные Интернет-ресурсы [7; 8], я выделил некоторые основные преимущества композитов:
1. Прочность. Изделия из композитов получаются намного прочнее, чем изделия из его отдельных составляющих (и я постараюсь это доказать в практической части моей работы). О поразительной прочности композитов можно судить, например, потому, что они широко используются в бронежилетах.
2. Лёгкость (малый вес). Изделия из композитов намного легче изделий той же прочности, но сделанных из простых материалов. Например, лучшие рыболовные спиннинги, лёгкие и прочные, сделаны из композитов. Таким удилищем, длиной 6 метров и весом около одного килограмма, втаскивают крупную рыбу; и если перейти на любой другой материал, это удилище вместе с рыбой придётся поднимать лебёдкой [3].
3. Возможность создавать изделия с заранее заданными, уникальными свойствами, наиболее полно отвечающими характеру и условиям их работы. Меняя или по-разному располагая компоненты, составляющие композитный материал, можно менять его свойства в зависимости от задачи, стоящей перед проектировщиком изделия.
4. Надёжность и долговечность. Известно, например, что металл со временем ржавеет, дерево гниёт, а искусственный композиционный материал – нет, он обладает высокой износостойкостью.
Возможно проявление и многих других преимуществ композитов (например, устойчивость к высоким температурам, деформации, радиации и т.д.).
Композитные материалы создаются под выполнение конкретных задач, поэтому не могут обладать сразу всеми возможными преимуществами; но, проектируя новый композит, инженер волен задать ему нужные характеристики, значительно превосходящие возможности традиционных материалов при выполнении данной цели в данном механизме.
|
|
|
Композиты вчера, сегодня и завтра
То, что сегодня наука, – завтра техника.
(Эдвард Теллер, американский физик)
Оказывается, история применения композитов уходит в древние века. Ещё в Древнем Египте люди, строящие здания, укрепляли глину соломой при изготовлении кирпичей. А жители древнего города Вавилона, воздвигая стены жилищ, армировали глину тростником [7].
Композиционные материалы и сейчас широко используются в строительстве. Например, железобетон. Конструкцию из бетона, внутри которого проложена металлическая арматура, можно найти почти в каждом здании.
За последний век люди значительно расширили сферу применения композиционных материалов. Сейчас композиты используют при изготовлении спортинвентаря, корпусов и деталей ракет, самолетов и автомобилей, в стоматологии, в оборудовании атомных электростанций, а также во многих других областях высокотехнологичной промышленности. Например, истребитель Т-50 – рекордсмен среди российских истребителей по числу деталей из композитов: около 70% его площади сделано из углепластика. Другой пример – Боинг 787. Б о льшая часть его конструкции содержит композитные материалы, и благодаря лёгким материалам он потребляет на 20% меньше топлива по сравнению с самолётами такого же размера и грузоподъёмности [3].
При этом возможности использования композитов постоянно расширяются. Используя их удивительные свойства, инженеры и учёные получают всё новые, более сложные материалы, позволяющие реализовать конструкции, казавшиеся раньше невозможными. В “Росатоме” идёт разработка композиционных материалов для ядерных реакторов и ожидается, что они позволят обеспечить надёжную работу в самых экстремальных условиях [8, 111].
Благодаря их свойствам композиты уже называют материалом будущего [6]. “Завтра” для композитов – это дальнейшее совершенствование и внедрение в жизнь людей композиционных материалов с датчиками, сенсорами, с обратной связью, то есть интеллектуальных материалов.
Итак, можно сделать вывод, что использование композитов – очень перспективное направление в науке, которое будет иметь всё большее практическое значение в будущем. Поэтому исследования и разработки в этой области актуальны и совершенно необходимы.
|
|
|
