Gambaran Umum Bahan Modifikasi
Definisi dan Klasifikasi
Bahan yang dimodifikasi adalah bahan di mana bahan dasar dirawat dengan cara fisik atau kimia untuk meningkatkan sifatnya atau memberikannya fungsi baru. Modifikasi bahan -bahan ini dapat berupa penyesuaian mikrostruktur atau perubahan komposisi kimia.
Menurut metode modifikasi, bahan yang dimodifikasi terutama dikategorikan ke dalam bahan yang dimodifikasi secara fisik dan bahan yang dimodifikasi secara kimia. Modifikasi fisik biasanya melibatkan pengisian, pencampuran, peningkatan komposit dan cara lain; Modifikasi kimia dapat termasuk kopolimerisasi, pencangkokan, ikatan silang dan cara kimia lainnya.
Menurut jenis bahan, bahan yang dimodifikasi dapat dikategorikan ke dalam polimer yang dimodifikasi, logam yang dimodifikasi, keramik yang dimodifikasi, dan sebagainya. Setiap jenis bahan yang dimodifikasi memiliki area aplikasi spesifik dan persyaratan kinerja.
Tujuan Modifikasi dan Bidang Aplikasi
Tujuan bahan yang dimodifikasi adalah untuk memenuhi kebutuhan aplikasi spesifik dan untuk meningkatkan kinerja bahan, termasuk tetapi tidak terbatas pada sifat mekanik, sifat termal, sifat listrik, stabilitas kimia dan sebagainya.
Bahan yang dimodifikasi polimer memiliki karakteristik peningkatan sifat mekanik, meningkatkan sifat termal, dan meningkatkan ketahanan cuaca, dan prosesnya meliputi modifikasi pengisi, modifikasi plastisisasi, modifikasi pencampuran, modifikasi cangkok, dll., Yang banyak digunakan dalam bahan konstruksi, industri otomotif, industri otomotif, dll. , peralatan listrik dan elektronik, dan perangkat medis.
Bahan yang dimodifikasi logam dengan sifat mekanik yang ditingkatkan, meningkatkan resistensi korosi, meningkatkan karakteristik konduktivitas listrik, proses modifikasi paduan, modifikasi permukaan, modifikasi perlakuan panas, modifikasi doping, dll., Dalam kedirgantaraan, industri otomotif, peralatan listrik dan elektronik, rekayasa konstruksi banyak digunakan.
Bahan yang dimodifikasi keramik memiliki karakteristik peningkatan sifat mekanik, meningkatkan sifat termal, meningkatkan sifat listrik, dan memberikan fungsionalitas, dan prosesnya memiliki modifikasi komposit, modifikasi permukaan, modifikasi sintering, modifikasi doping, dll., Yang banyak digunakan dalam komponen elektronik, perangkat medis, bahan refraktori, dan bahan konstruksi.
Melalui modifikasi, bahan dapat disesuaikan dengan lebih baik untuk lingkungan kerja mereka, meningkatkan keandalan dan daya tahan produk, dan juga membantu mempromosikan pengembangan teknologi bahan baru.
Teknologi dan metode modifikasi
Teknologi Modifikasi Fisik
Teknologi modifikasi fisik adalah metode untuk meningkatkan sifat material dengan cara fisik, yang tidak melibatkan perubahan dalam struktur molekul material.
Teknik modifikasi fisik umum meliputi:
Modifikasi pengisian: Dengan menambahkan berbagai pengisi, seperti serat kaca, serat karbon, bubuk talkum, dll., Ke materi matriks untuk meningkatkan kekakuan, kekuatan, dan ketahanan panas bahan. Misalnya, plastik dengan penambahan serat kaca dapat secara signifikan meningkatkan kekuatan mekanik dan ketahanan suhu.
Modifikasi Campuran: Memadukan dua atau lebih bahan polimer dengan harapan mendapatkan bahan baru dengan sifat keseluruhan yang lebih baik. Misalnya, pencampuran polypropylene dengan polivinil klorida dapat meningkatkan resistensi kimia dan sifat pemrosesan material.
Penguatan Komposit: Pembentukan komposit dengan sifat mekanik yang lebih tinggi dengan menambah bahan penguat, seperti serat karbon atau kaca, dengan bahan matriks. Teknologi ini banyak digunakan dalam ruang angkasa dan manufaktur otomotif.
Modifikasi Permukaan: Mengubah sifat kimia dan fisik permukaan material melalui perlakuan plasma, lapisan, dll., Untuk meningkatkan resistensi abrasi, resistensi korosi, dan adhesi material.
Teknologi Modifikasi Kimia
Teknologi modifikasi kimia melibatkan penyesuaian atau perubahan struktur molekul suatu bahan untuk mendapatkan sifat baru atau yang lebih baik.
Teknik modifikasi kimia utama meliputi:
Modifikasi kopolimerisasi: Dengan membuat monomer yang berbeda terhadap reaksi kopolimerisasi, kopolimer dengan sifat baru terbentuk. Misalnya, kopolimer acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) memiliki sifat mekanik dan pemrosesan yang baik.
Modifikasi Graft: Memperkenalkan kelompok fungsional baru atau rantai pendek ke dalam rantai polimer untuk meningkatkan polaritas, kompatibilitas, atau reaktivitas material. Modifikasi graft sering digunakan untuk meningkatkan sifat perekat polimer atau kompatibilitas dengan bahan lain.
Modifikasi Cross-Linking: Pembentukan ikatan kimia antara rantai polimer melalui reaksi ikatan silang untuk meningkatkan ketahanan panas, kekuatan mekanik dan stabilitas kimia bahan. Vulkanisasi adalah contoh khas dari modifikasi karet cross-linking.
Modifikasi Klorinasi: Pengenalan atom klorin ke dalam polimer melalui reaksi klorinasi meningkatkan keterbelakangan nyala, resistensi minyak, dan ketahanan kimia bahan. Modifikasi klorinasi polivinil klorida (PVC) adalah salah satu aplikasi umum.
Modifikasi plasma: Memanfaatkan partikel aktif dalam plasma untuk bereaksi secara kimia dengan permukaan material, memperkenalkan kelompok fungsional baru untuk mengubah polaritas, keterbasahan dan biokompatibilitas permukaan material. Teknologi modifikasi plasma memiliki berbagai aplikasi di bidang bahan biomedis.
Jenis utama bahan yang dimodifikasi
Plastik yang diperkuat plastik yang diperkuat meningkatkan sifat mekanik dan ketahanan panas plastik dengan menambahkan berbagai bahan penguat.
Tergantung pada bahan penguat, mereka dapat dikategorikan sebagai berikut:
Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP): Dengan serat kaca sebagai bahan penguat, memiliki kekuatan dan kekakuan yang tinggi, dan banyak digunakan dalam industri otomotif, elektronik dan konstruksi.
Plastik Bertulang Serat Karbon (CFRP): "Menggunakan serat karbon sebagai tulangan, memiliki sifat mekanik yang sangat baik dan karakteristik ringan dan biasanya digunakan dalam ruang angkasa dan barang olahraga kelas atas.
Plastik Bertulang Serat Aramid (AFRP): Dengan panas yang sangat baik dan ketahanan benturan, cocok untuk suhu tinggi dan area yang membutuhkan kekuatan tinggi dan modulus tinggi.
Plastik plastik yang dikeraskan terutama digunakan untuk meningkatkan dampak ketahanan plastik dengan menambahkan agen pengerasan, agen pengerasan umum meliputi:
Agen pengurungan karet: seperti etilena propilen diena karet (EPDM), dengan menyebar dalam matriks plastik untuk membentuk struktur pulau, secara efektif menyerap energi dampak.
Penguat kopolimer core-shell: kopolimer dengan struktur core-shell, seperti ABS, untuk meningkatkan ketangguhan material melalui peran antarmuka antara inti dan cangkang.
Penguat nanopartikel: seperti nanoclay dan karbon nanotube, melalui interaksi dengan matriks plastik untuk meningkatkan dispersi dan ketangguhan material.
Plastik plastik penahan api-retardan terutama dibagi menjadi dua kategori: aditif dan reaktif, dengan menambahkan penghambat api untuk meningkatkan kinerja kebakaran material:
Retardants nyala aditif: shape sebagai aluminium hidroksida (ATH) dan antimon trioksida (ATO), dengan menyebar secara fisik dalam plastik, ketika dipanaskan, menghasilkan lapisan pelindung insulasi termal, memperlambat pembakaran bahan.
Retardan nyala reaktif: Bonded ke rantai molekuler plastik melalui reaksi kimia, seperti senyawa yang mengandung fosfor dan nitrogen, untuk meningkatkan stabilitas termal material dan kemampuan untuk membentuk lapisan arang selama pembakaran.
Retardants api tipe ekspansi: Eppand saat dipanaskan untuk membentuk lapisan arang berbusa untuk mengisolasi oksigen dan perpindahan panas, seperti amonium polifosfat (APP) dan melamin.
Karakteristik kinerja bahan yang dimodifikasi
Sifat mekanik
Sifat mekanik dari bahan yang dimodifikasi sering ditingkatkan secara signifikan dengan memperkuat serat, pengisi atau teknik pencampuran. Misalnya, kekuatan tarik dan lentur dari plastik bertulang serat kaca (GFRP) dapat ditingkatkan beberapa kali dibandingkan dengan plastik yang tidak dimodifikasi, sehingga memenuhi kebutuhan bahan struktural.
Serat penguat: Serat Glass adalah bahan penguat yang paling umum digunakan, dan penambahannya biasanya antara 10% dan 30%, yang secara efektif dapat meningkatkan kekakuan dan kekuatan material.
Modifikasi Mengisi: Dengan menambahkan pengisi anorganik seperti kalsium karbonat dan bedak, tidak hanya dapat meningkatkan sifat mekanik material, tetapi juga mengurangi biaya.
Nano-Modifikasi: Penambahan nanomaterial, seperti karbon nanotube dan nanoclay, dapat secara signifikan meningkatkan sifat mekanik material pada jumlah penambahan yang lebih rendah.
Sifat termal
Sifat termal dari bahan yang dimodifikasi dapat dioptimalkan dengan menambahkan aditif tertentu atau mengubah struktur material agar sesuai dengan aplikasi yang berbeda.
Stabilitas termal: Meningkatkan stabilitas dan keamanan material pada suhu tinggi dengan menambahkan penstabil termal, seperti antioksidan dan penghambat api.
Konduktivitas Termal: Bahan-bahan yang dimodifikasi tertentu seperti polimer yang diisi karbon nanotube memiliki konduktivitas termal yang tinggi dan cocok untuk aplikasi manajemen termal seperti heat sink.
Resistensi Termal: Suhu layanan jangka panjang dari bahan meningkat melalui penggabungan serat penguat atau aditif tahan panas, seperti serat karbon yang diperkuat plastik (CFRP) untuk aplikasi aerospace.
Resistensi kimia
Resistensi kimia dari bahan yang dimodifikasi ditingkatkan dengan penambahan aditif yang resistan terhadap bahan kimia atau dengan mengubah struktur kimia bahan sehingga tetap stabil di lingkungan kimia yang keras.
Resistensi asam dan alkali: Resistensi material terhadap asam, alkali dan bahan kimia lainnya ditingkatkan dengan menambahkan pengisi atau pelapis asam dan alkali yang tahan.
Resistensi pelarut: Plastik yang dimodifikasi tertentu tetap stabil di lingkungan pelarut dengan penambahan komponen yang tahan pelarut, seperti Polytetrafluoroethylene (PTFE), untuk aplikasi seperti segel.
Resistensi oksidasi: Peningkatan kehidupan material dalam lingkungan pengoksidasi melalui penambahan antioksidan atau penggunaan substrat yang resistan terhadap oksidasi
