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¿Qué son los materiales modificados?

December 16, 2024
Características del material, tipos, procesos y aplicaciones de materiales modificados
Descripción general de materiales modificados
Definición y clasificación
Los materiales modificados son materiales en los que el material base se trata por medios físicos o químicos para mejorar sus propiedades o darle nuevas funciones. La modificación de estos materiales puede ser un ajuste microestructural o un cambio en la composición química.
De acuerdo con los métodos de modificación, los materiales modificados se clasifican principalmente en materiales modificados físicamente y materiales modificados químicamente. La modificación física generalmente implica el llenado, la mezcla, la mejora compuesta y otros medios; La modificación química puede incluir copolimerización, injerto, reticulación y otros medios químicos.
Según el tipo de material, los materiales modificados se pueden clasificar en polímeros modificados, metales modificados, cerámica modificada, etc. Cada tipo de material modificado tiene sus áreas de aplicación específicas y requisitos de rendimiento.
Propósito de modificación y campo de aplicación
El propósito de los materiales modificados es satisfacer las necesidades de aplicaciones específicas y mejorar el rendimiento del material, incluidas, entre otros, propiedades mecánicas, propiedades térmicas, propiedades eléctricas, estabilidad química, etc.
Los materiales modificados por polímeros tienen las características de mejorar las propiedades mecánicas, mejorar las propiedades térmicas y mejorar la resistencia a la intemperie, y los procesos incluyen modificación de relleno, modificación de plastificación, modificación de combinación, modificación de injerto, etc., que se utilizan ampliamente en materiales de construcción, la industria automotriz , electrodomésticos y dispositivos médicos.
Materiales modificados en metal con propiedades mecánicas mejoradas, mejorar la resistencia a la corrosión, mejorar las características de conductividad eléctrica, el proceso de modificación de aleación, modificación de la superficie, modificación del tratamiento térmico, modificación de dopaje, etc., en la industria aeroespacial, automotriz, electrodomésticos, electrodomésticos, ingeniería de construcción se usa ampliamente.
Los materiales modificados de cerámica tienen las características de mejorar las propiedades mecánicas, mejorar las propiedades térmicas, mejorar las propiedades eléctricas y dar funcionalidad, y el proceso tiene modificación compuesta, modificación de la superficie, modificación de sinterización, modificación de dopaje, etc., que se usan ampliamente en componentes electrónicos, Dispositivos médicos, materiales refractarios y materiales de construcción.
A través de la modificación, los materiales pueden adaptarse mejor a su entorno de trabajo, mejorar la confiabilidad y la durabilidad de los productos, y también ayudar a promover el desarrollo de la tecnología de nuevos materiales.
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Tecnología y métodos de modificación
Tecnología de modificación física
La tecnología de modificación física es un método para mejorar las propiedades del material por medios físicos, que no implica cambios en la estructura molecular del material.
Las técnicas de modificación física comunes incluyen:
Modificación de llenado: ‍ Al agregar varios rellenos, como fibras de vidrio, fibras de carbono, polvo de talco, etc., al material de la matriz para mejorar la rigidez, la resistencia y la resistencia al calor del material. Por ejemplo, los plásticos con la adición de fibras de vidrio pueden mejorar significativamente su resistencia mecánica y resistencia a la temperatura.
Modificación de mezcla: ‍ Combinar dos o más materiales de polímero con la expectativa de obtener un nuevo material con mejores propiedades generales. Por ejemplo, la mezcla de polipropileno con cloruro de polivinilo puede mejorar las propiedades de resistencia química y procesamiento del material.
Refuerzo compuesto: ‍ La formación de compuestos con propiedades mecánicas más altas al agravar un material de refuerzo, como fibras de carbono o vidrio, con un material de matriz. Esta tecnología se usa ampliamente en la fabricación aeroespacial y automotriz.
Modificación de la superficie: ‍ Cambiar las propiedades químicas y físicas de la superficie del material a través del tratamiento con plasma, recubrimiento, etc., para mejorar la resistencia a la abrasión, la resistencia a la corrosión y la adhesión del material.
Tecnología de modificación química
La tecnología de modificación química implica el ajuste o alteración de la estructura molecular de un material para obtener propiedades nuevas o mejoradas.
Las principales técnicas de modificación química incluyen:
Modificación de copolimerización: ‍ Al someter diferentes monómeros a una reacción de copolimerización, se forman copolímeros con nuevas propiedades. Por ejemplo, los copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) tienen buenas propiedades mecánicas y de procesamiento.
Modificación del injerto: ‍ Introducción de nuevos grupos funcionales o cadenas cortas en una cadena de polímeros para mejorar la polaridad, compatibilidad o reactividad del material. La modificación del injerto a menudo se usa para mejorar las propiedades adhesivas de los polímeros o la compatibilidad con otros materiales.
Modificación de reticulación: ‍ La formación de enlaces químicos entre las cadenas de polímeros a través de reacciones de reticulación para mejorar la resistencia al calor, la resistencia mecánica y la estabilidad química del material. La vulcanización es un ejemplo típico de modificación de reticulación de caucho.
Modificación de cloración: ‍ La introducción de átomos de cloro en polímeros a través de reacciones de cloración mejora el retraso de la llama, la resistencia al aceite y la resistencia química del material. La modificación de cloración del cloruro de polivinilo (PVC) es una de las aplicaciones comunes.
Modificación de plasma: ‍ Utilizando partículas activas en plasma para reaccionar químicamente con la superficie del material, introduciendo nuevos grupos funcionales para cambiar la polaridad, la humectabilidad y la biocompatibilidad de la superficie del material. La tecnología de modificación de plasma tiene una amplia gama de aplicaciones en el campo de los materiales biomédicos.
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Tipos principales de materiales modificados
Los plásticos reforzados con plásticos reforzados mejoran las propiedades mecánicas y la resistencia al calor de los plásticos al agregar varios materiales de refuerzo.
Dependiendo de los materiales de refuerzo, se pueden clasificar de la siguiente manera:
Fibra de vidrio Plástico reforzado (GFRP): ‍ Con fibra de vidrio como material de refuerzo, tiene alta resistencia y rigidez, y se usa ampliamente en las industrias automotrices, electrónicas y de construcción.
Fibra de carbono Reforzada en plástico (CFRP): ‍ Uso de las fibras de carbono Como refuerzo, tiene excelentes propiedades mecánicas y características livianas y se usa comúnmente en artículos deportivos aeroespaciales y de alta gama.
Plastics reforzados con fibra de aramida (AFRP): ‍ Con una excelente resistencia al calor y al impacto, es adecuado para alta temperatura y áreas que requieren alta resistencia y alta módulo.
Los plásticos de plástico endurecidos se utilizan principalmente para mejorar la resistencia al impacto de los plásticos al agregar agentes de endurecimiento, los agentes de endurecimiento común incluyen:
Agente de endurecimiento de goma: ‍ como el caucho de etileno propilen dieneno (EPDM), dispersando en la matriz plástica para formar una estructura de isla, absorbiendo efectivamente la energía de impacto.
Entrenadores de copolímero de núcleo-cáscara: ‍ Copolímeros con una estructura de núcleo-caparazón, como ABS, para mejorar la tenacidad del material a través del papel interfacial entre el núcleo y la cubierta.
Entrenadores de nanopartículas: ‍ como nanoclay y nanotubos de carbono, a través de la interacción con la matriz plástica para mejorar la dispersión y la tenacidad del material.
Plastics-Retardant Flame-Retardant-Retardant se dividen principalmente en dos categorías: aditivo y reactivo, al agregar retardantes de llama para mejorar el rendimiento del fuego del material:
Retardantes de la llama aditiva: ‍ como hidróxido de aluminio (ATH) y trióxido de antimonio (ATO), dispersando físicamente en el plástico, cuando se calienta, produce una capa protectora de aislamiento térmico, ralentizando la quema del material.
Retardantes de la llama reactiva: ‍ acumulados a las cadenas moleculares de los plásticos a través de reacciones químicas, como los compuestos que contienen fósforo y nitrógeno, para mejorar la estabilidad térmica del material y la capacidad de formar una capa de carbón durante la combustión.
Retardantes de la llama de tipo expansión: ‍ Expandir cuando se calienta para formar una capa de carbón espumosa para aislar el oxígeno y la transferencia de calor, como el polifosfato de amonio (APP) y la melamina.
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Características de rendimiento de materiales modificados
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas de los materiales modificados a menudo se mejoran significativamente al reforzar fibras, rellenos o técnicas de mezcla. Por ejemplo, la resistencia a la tracción y la flexión del plástico reforzado con fibra de vidrio (GFRP) se puede aumentar varias veces en comparación con el plástico no modificado, lo que satisface las necesidades de los materiales estructurales.
Fibras de refuerzo: ‍ Las fibras de vidrio son el material de refuerzo más utilizado, y su adición suele ser entre el 10% y el 30%, lo que puede aumentar efectivamente la rigidez y la resistencia del material.
Modificación de llenado: ‍ Al agregar rellenos inorgánicos como carbonato de calcio y talco, no solo puede mejorar las propiedades mecánicas del material, sino también reducir el costo.
Nanomodificación: ‍ La adición de nanomateriales, como los nanotubos de carbono y la nanoclay, puede mejorar significativamente las propiedades mecánicas del material a una cantidad de adición más baja.
Propiedades térmicas
Las propiedades térmicas de los materiales modificados se pueden optimizar agregando aditivos específicos o cambiando la estructura del material para adaptarse a diferentes aplicaciones.
Estabilidad térmica: ‍ Mejore la estabilidad y la seguridad del material a altas temperaturas al agregar estabilizadores térmicos, como antioxidantes y retardantes de llama.
Conductividad térmica: ‍ Ciertos materiales modificados, como los polímeros llenos de nanotubos de carbono, tienen una alta conductividad térmica y son adecuados para aplicaciones de gestión térmica, como disipadores de calor. ‍
Resistencia térmica: ‍ La temperatura de servicio a largo plazo del material aumenta mediante la incorporación de fibras de refuerzo o aditivos resistentes al calor, como el plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) para aplicaciones aeroespaciales.
Resistencia química
La resistencia química de un material modificado se ve reforzada por la adición de aditivos resistentes a los químicos o cambiando la estructura química del material para que permanezca estable en entornos químicos hostiles.
Resistencia ácida y alcalina: ‍ La resistencia del material a los ácidos, álcalis y otros productos químicos se mejora agregando rellenos o recubrimientos resistentes al ácido y álcali.
Resistencia al solvente: ‍ Ciertos plásticos modificados permanecen estables en entornos de solventes mediante la adición de componentes resistentes al solvente, como el politetrafluoroetileno (PTFE), para aplicaciones como los sellos.
Resistencia a la oxidación: ‍ Mejora de la vida material en ambientes oxidantes mediante la adición de antioxidantes o el uso de sustratos resistentes a la oxidación
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