Visão geral dos materiais modificados
Definição e classificação
Os materiais modificados são materiais nos quais o material base é tratado por meios físicos ou químicos, a fim de melhorar suas propriedades ou fornecer novas funções. A modificação desses materiais pode ser um ajuste microestrutural ou uma alteração na composição química.
De acordo com os métodos de modificação, os materiais modificados são categorizados principalmente em materiais fisicamente modificados e materiais quimicamente modificados. A modificação física geralmente envolve preenchimento, mistura, aprimoramento composto e outros meios; A modificação química pode incluir copolimerização, enxerto, reticulação e outros meios químicos.
De acordo com o tipo de material, os materiais modificados podem ser categorizados em polímeros modificados, metais modificados, cerâmica modificada e assim por diante. Cada tipo de material modificado possui suas áreas de aplicação específicas e requisitos de desempenho.
Objetivo
O objetivo dos materiais modificados é atender às necessidades de aplicações específicas e melhorar o desempenho do material, incluindo, entre outros, propriedades mecânicas, propriedades térmicas, propriedades elétricas, estabilidade química e assim por diante.
Os materiais modificados com polímeros têm as características de aprimorar as propriedades mecânicas, melhorar as propriedades térmicas e melhorar a resistência ao clima, e os processos incluem modificação de enchimento, modificação de plastificação, modificação de mistura, modificação de enxerto etc., que são amplamente utilizados em materiais de construção, a indústria automotiva , aparelhos elétricos e eletrônicos e dispositivos médicos.
Materiais modificados por metal com propriedades mecânicas aprimoradas, aprimoram a resistência à corrosão, melhoram as características de condutividade elétrica, o processo de modificação de liga, modificação da superfície, modificação de tratamento térmico, modificação de doping etc., na aeroespacial, indústria automotiva, aparelhos elétricos e eletrônicos, engenharia de construção, engenharia é amplamente utilizado.
Os materiais modificados cerâmicos têm as características de aprimorar as propriedades mecânicas, melhorar as propriedades térmicas, melhorar as propriedades elétricas e dar funcionalidade, e o processo possui modificação composta, modificação de superfície, modificação de sinterização, modificação de doping etc., que são amplamente utilizadas em componentes eletrônicos, Dispositivos médicos, materiais refratários e materiais de construção.
Através da modificação, os materiais podem ser melhor adaptados ao seu ambiente de trabalho, melhorar a confiabilidade e a durabilidade dos produtos e também ajudar a promover o desenvolvimento da tecnologia de novos materiais.
Tecnologia e métodos de modificação
Tecnologia de modificação física
A tecnologia de modificação física é um método de melhorar as propriedades do material por meios físicos, que não envolve alterações na estrutura molecular do material.
Técnicas de modificação física comuns incluem:
Modificação de enchimento: Adicionando vários preenchimentos, como fibras de vidro, fibras de carbono, pó de talco, etc., ao material da matriz para melhorar a rigidez, a força e a resistência ao calor do material. Por exemplo, plásticos com a adição de fibras de vidro podem melhorar significativamente sua resistência mecânica e resistência à temperatura.
Modificação de mistura: Misturando dois ou mais materiais de polímero na expectativa de obter um novo material com melhores propriedades gerais. Por exemplo, a mistura de polipropileno com cloreto de polivinil pode melhorar as propriedades de resistência e processamento químicas do material.
Reforço composto: A formação de compósitos com propriedades mecânicas mais altas, compondo um material de reforço, como fibras de carbono ou vidro, com um material da matriz. Essa tecnologia é amplamente utilizada na fabricação aeroespacial e automotiva.
Modificação da superfície: Alteração das propriedades químicas e físicas da superfície do material através do tratamento com plasma, revestimento etc., para melhorar a resistência à abrasão, resistência à corrosão e adesão ao material.
Tecnologia de modificação química
A tecnologia de modificação química envolve o ajuste ou alteração da estrutura molecular de um material para obter propriedades novas ou aprimoradas.
As principais técnicas de modificação química incluem:
Modificação de copolimerização: Subindo diferentes monômeros a uma reação de copolimerização, são formados copolímeros com novas propriedades. Por exemplo, os copolímeros de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) têm boas propriedades mecânicas e de processamento.
Modificação do enxerto: Introdução de novos grupos funcionais ou cadeias curtas em uma cadeia de polímeros para melhorar a polaridade, compatibilidade ou reatividade do material. A modificação do enxerto é frequentemente usada para melhorar as propriedades adesivas de polímeros ou compatibilidade com outros materiais.
Modificação de reticulação: A formação de ligações químicas entre cadeias poliméricas através de reações cruzadas para melhorar a resistência ao calor, a resistência mecânica e a estabilidade química do material. A vulcanização é um exemplo típico de modificação cruzada de borracha.
Modificação da cloração: A introdução de átomos de cloro nos polímeros através das reações de cloração melhora a retardância da chama, a resistência ao óleo e a resistência química do material. A modificação da cloração do cloreto de polivinil (PVC) é uma das aplicações comuns.
Modificação do plasma: Utilizando partículas ativas no plasma para reagir quimicamente com a superfície do material, introduzindo novos grupos funcionais para alterar a polaridade, a molhabilidade e a biocompatibilidade da superfície do material. A tecnologia de modificação de plasma possui uma ampla gama de aplicações no campo de materiais biomédicos.
Principais tipos de materiais modificados
Plastics reforçados plásticos reforçados plásticos melhoram as propriedades mecânicas e a resistência ao calor dos plásticos, adicionando vários materiais de reforço.
Dependendo dos materiais de reforço, eles podem ser categorizados da seguinte forma:
Plástico reforçado com fibra de vidro (GFRP): Com fibra de vidro como material de reforço, possui alta resistência e rigidez e é amplamente utilizado nas indústrias automotivas, eletrônicas e de construção.
Plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP): Usando fibras de carbono como reforço, possui excelentes propriedades mecânicas e características leves e é comumente usada em artigos esportivos aeroespacial e de ponta.
PLÁSTICOS ARAMÍDOS DE FIBRA (AFRP): Com excelente resistência ao calor e impacto, é adequado para alta temperatura e áreas que requerem alta resistência e alto módulo.
Os plásticos de plástico endurecidos são usados principalmente para melhorar a resistência ao impacto dos plásticos, adicionando agentes de endurecimento, os agentes comuns de endurecimento incluem:
Agente de endurecimento de borracha: Como a borracha de etileno propileno dieno (EPDM), dispersando a matriz plástica para formar uma estrutura da ilha, absorvendo efetivamente a energia de impacto.
Toço de copolímero de casca de núcleo: copolímeros com uma estrutura de casca de núcleo, como ABS, para melhorar a tenacidade do material através do papel interfacial entre o núcleo e a concha.
Endurecedores de nanopartículas: Como nanoclay e nanotubos de carbono, através da interação com a matriz plástica para melhorar a dispersão e a tenacidade do material.
Plastics -flame-retardadores de chamas-retarda são divididos principalmente em duas categorias: aditivo e reativo, adicionando retardadores de chama para melhorar o desempenho do fogo do material:
Retardadores de chama aditiva: SO como hidróxido de alumínio (ATH) e trióxido de antimônio (ATO), dispersando fisicamente no plástico, quando aquecido, produzem uma camada protetora de isolamento térmico, diminuindo a queima do material.
Retardadores de chama reativos: denominados cadeias moleculares de plásticos através de reações químicas, como compostos contendo fósforo e nitrogênio, para melhorar a estabilidade térmica do material e a capacidade de formar uma camada de carvão durante a combustão.
Retardadores de chama do tipo expansão: expand quando aquecido para formar uma camada de carvão espumoso para isolar oxigênio e transferência de calor, como polifosfato de amônio (APP) e melamina.
Características de desempenho de materiais modificados
Propriedades mecânicas
As propriedades mecânicas dos materiais modificadas geralmente são significativamente aprimoradas pelo reforço de fibras, enchimentos ou técnicas de mistura. Por exemplo, a resistência à tração e na flexão do plástico reforçado com fibra de vidro (GFRP) pode ser aumentado várias vezes em comparação com o plástico não modificado, atendendo assim às necessidades dos materiais estruturais.
Fibras de reforço: ‘fibras são o material de reforço mais comumente usado, e sua adição geralmente está entre 10% e 30%, o que pode efetivamente aumentar a rigidez e a força do material.
Modificação de preenchimento: Ao adicionar preenchimentos inorgânicos, como carbonato de cálcio e talco, não apenas pode melhorar as propriedades mecânicas do material, mas também reduzir o custo.
Nano-modificação: A adição de nanomateriais, como nanotubos de carbono e nanoclay, pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas do material em uma quantidade de adição mais baixa.
Propriedades térmicas
As propriedades térmicas dos materiais modificadas podem ser otimizadas adicionando aditivos específicos ou alterando a estrutura do material para se adequar a diferentes aplicações.
Estabilidade térmica: Melhore a estabilidade e a segurança do material em altas temperaturas, adicionando estabilizadores térmicos, como antioxidantes e retardadores de chama.
Condutividade térmica: Certos materiais modificados, como polímeros cheios de nanotubos de carbono, têm alta condutividade térmica e são adequados para aplicações de gerenciamento térmico, como dissipadores de calor.
Resistência térmica: A temperatura de serviço de longo prazo do material é aumentada através da incorporação de fibras de reforço ou aditivos resistentes ao calor, como plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) para aplicações aeroespaciais.
Resistência química
A resistência química de um material modificada é aprimorada pela adição de aditivos resistentes a produtos químicos ou alterando a estrutura química do material, para que permaneça estável em ambientes químicos adversos.
Resistência ao ácido e alcalino: O resistência do material a ácidos, álcalis e outros produtos químicos é melhorada adicionando preenchimentos ou revestimentos ou revestimentos resistentes a ácidos e álcalis.
Resistência ao solvente: Certos plásticos modificados permanecem estáveis em ambientes de solvente pela adição de componentes resistentes ao solvente, como o politetrafluoroetileno (PTFE), para aplicações como selos.
Resistência a oxidação: Melhoria da vida material em ambientes oxidantes através da adição de antioxidantes ou o uso de substratos resistentes a oxidação
