วัสดุที่ได้รับการดัดแปลงเป็นวัสดุที่วัสดุพื้นฐานได้รับการรักษาด้วยวิธีการทางกายภาพหรือทางเคมีเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติหรือให้ฟังก์ชั่นใหม่ การปรับเปลี่ยนวัสดุเหล่านี้อาจเป็นการปรับโครงสร้างทางจุลภาคหรือการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี
ตามวิธีการปรับเปลี่ยนวัสดุที่ดัดแปลงส่วนใหญ่จะถูกจัดหมวดหมู่เป็นวัสดุที่ปรับเปลี่ยนทางร่างกายและวัสดุดัดแปลงทางเคมี การดัดแปลงทางกายภาพมักจะเกี่ยวข้องกับการเติมการผสมการปรับปรุงคอมโพสิตและวิธีการอื่น ๆ การปรับเปลี่ยนสารเคมีอาจรวมถึงการเกิดพอลิเมอไรเซชันการปลูกถ่ายอวัยวะการเชื่อมขวางและวิธีการทางเคมีอื่น ๆ
ตามประเภทของวัสดุวัสดุดัดแปลงสามารถแบ่งออกเป็นโพลีเมอร์ดัดแปลงโลหะดัดแปลงเซรามิกที่ดัดแปลงและอื่น ๆ วัสดุดัดแปลงแต่ละประเภทมีพื้นที่แอปพลิเคชันเฉพาะและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ
วัตถุประสงค์ของวัสดุดัดแปลงคือเพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานเฉพาะและเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุรวมถึง แต่ไม่ จำกัด เฉพาะคุณสมบัติเชิงกลคุณสมบัติความร้อนคุณสมบัติทางไฟฟ้าความเสถียรทางเคมีและอื่น ๆ
วัสดุดัดแปลงพอลิเมอร์มีลักษณะของการเพิ่มคุณสมบัติเชิงกลปรับปรุงคุณสมบัติความร้อนและการปรับปรุงความต้านทานต่อสภาพอากาศและกระบวนการรวมถึงการปรับเปลี่ยนฟิลเลอร์การปรับเปลี่ยนพลาสติกการปรับเปลี่ยนการดัดแปลงการปลูกถ่ายอวัยวะ ฯลฯ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุก่อสร้างอุตสาหกรรมยานยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์การแพทย์
วัสดุดัดแปลงโลหะที่มีคุณสมบัติเชิงกลเพิ่มขึ้นเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนปรับปรุงลักษณะการนำไฟฟ้ากระบวนการการปรับเปลี่ยนการปรับเปลี่ยนพื้นผิวการปรับเปลี่ยนการรักษาด้วยความร้อนการดัดแปลงยาสลบ ฯลฯ ในการบินและอวกาศอุตสาหกรรมยานยนต์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย
วัสดุดัดแปลงเซรามิกมีลักษณะของการเพิ่มคุณสมบัติเชิงกลปรับปรุงคุณสมบัติความร้อนการปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและการให้ฟังก์ชั่นและกระบวนการมีการปรับเปลี่ยนคอมโพสิตการปรับเปลี่ยนพื้นผิว อุปกรณ์การแพทย์วัสดุทนไฟและวัสดุก่อสร้าง
ผ่านการดัดแปลงวัสดุสามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการทำงานได้ดีขึ้นปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความทนทานของผลิตภัณฑ์และยังช่วยส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีวัสดุใหม่
เทคโนโลยีการดัดแปลงและวิธีการ
เทคโนโลยีการดัดแปลงทางกายภาพ
เทคโนโลยีการดัดแปลงทางกายภาพเป็นวิธีการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุด้วยวิธีการทางกายภาพซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุ
เทคนิคการปรับเปลี่ยนทางกายภาพทั่วไป ได้แก่ :
การปรับเปลี่ยนการเติม: โดยการเพิ่มฟิลเลอร์ต่าง ๆ เช่นเส้นใยแก้วเส้นใยคาร์บอนผงแป้งฝุ่น ฯลฯ ลงในวัสดุเมทริกซ์เพื่อปรับปรุงความแข็งแกร่งความแข็งแรงและความต้านทานความร้อนของวัสดุ ตัวอย่างเช่นพลาสติกที่มีการเพิ่มเส้นใยแก้วสามารถปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลและความต้านทานอุณหภูมิได้อย่างมีนัยสำคัญ
การดัดแปลงการผสม: ผสมวัสดุพอลิเมอร์สองชนิดขึ้นไปตามความคาดหวังของการได้รับวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติโดยรวมที่ดีขึ้น ตัวอย่างเช่นการผสมโพลีโพรพีลีนกับโพลีไวนิลคลอไรด์สามารถปรับปรุงความต้านทานทางเคมีและคุณสมบัติการประมวลผลของวัสดุ
การเสริมแรงแบบคอมโพสิต: การก่อตัวของคอมโพสิตที่มีคุณสมบัติเชิงกลสูงขึ้นโดยการผสมวัสดุเสริมเช่นคาร์บอนหรือเส้นใยแก้วด้วยวัสดุเมทริกซ์ เทคโนโลยีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศและการผลิตยานยนต์
การปรับเปลี่ยนพื้นผิว: การเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของพื้นผิวของวัสดุผ่านการรักษาด้วยพลาสมาการเคลือบ ฯลฯ เพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อการขัดถูความต้านทานการกัดกร่อนและการยึดเกาะของวัสดุ
เทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนสารเคมี
เทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนทางเคมีเกี่ยวข้องกับการปรับหรือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุเพื่อให้ได้คุณสมบัติใหม่หรือที่ได้รับการปรับปรุง
เทคนิคการปรับเปลี่ยนทางเคมีที่สำคัญ ได้แก่ :
การปรับเปลี่ยนโคพอลิเมอไรเซชัน: โดยการสร้างโมโนเมอร์ที่แตกต่างกันไปยังปฏิกิริยาโคพอลิเมอไรเซชันโคพอลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติใหม่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่นโคพอลิเมอร์ Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS) มีคุณสมบัติเชิงกลและการประมวลผลที่ดี
การดัดแปลงการปลูกถ่ายอวัยวะ: แนะนำกลุ่มการทำงานใหม่หรือโซ่สั้น ๆ ลงในห่วงโซ่พอลิเมอร์เพื่อปรับปรุงขั้วความเข้ากันได้หรือปฏิกิริยาของวัสดุ การดัดแปลงการปลูกถ่ายอวัยวะมักจะใช้เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของกาวของโพลีเมอร์หรือความเข้ากันได้กับวัสดุอื่น ๆ
การปรับเปลี่ยนการเชื่อมโยงข้าม: การก่อตัวของพันธะเคมีระหว่างโซ่พอลิเมอร์ผ่านปฏิกิริยาการเชื่อมโยงข้ามเพื่อปรับปรุงความต้านทานความร้อนความแข็งแรงเชิงกลและความเสถียรทางเคมีของวัสดุ Vulcanization เป็นตัวอย่างทั่วไปของการดัดแปลงการเชื่อมโยงข้ามของยาง
การดัดแปลงคลอรีน: การแนะนำอะตอมคลอรีนเข้าสู่โพลีเมอร์ผ่านปฏิกิริยาคลอรีนช่วยเพิ่มการหน่วงการทนไฟความต้านทานน้ำมันและความต้านทานทางเคมีของวัสดุ การดัดแปลงคลอรีนของโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) เป็นหนึ่งในแอปพลิเคชันทั่วไป
การปรับเปลี่ยนพลาสมา: ใช้อนุภาคที่ใช้งานอยู่ในพลาสมาเพื่อทำปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิววัสดุแนะนำกลุ่มการทำงานใหม่เพื่อเปลี่ยนขั้วความสามารถในการเปียกและความเข้ากันได้ทางชีวภาพของพื้นผิววัสดุ เทคโนโลยีการดัดแปลงพลาสมามีการใช้งานที่หลากหลายในด้านวัสดุชีวการแพทย์
ประเภทหลักของวัสดุดัดแปลง
พลาสติกเสริมพลาสติกเสริมกำลังปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและความต้านทานความร้อนของพลาสติกโดยการเพิ่มวัสดุเสริมแรงต่างๆ
ขึ้นอยู่กับวัสดุเสริมแรงสามารถจัดหมวดหมู่ดังนี้:
พลาสติกเสริมใยแก้ว (GFRP): พร้อมเส้นใยแก้วเป็นวัสดุเสริมแรงมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูงและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์อิเล็กทรอนิกส์และอุตสาหกรรมการก่อสร้าง
พลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP): การใช้เส้นใยคาร์บอนเป็นการเสริมแรงมีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมและลักษณะที่มีน้ำหนักเบาและใช้กันทั่วไปในการบินและอวกาศและสินค้ากีฬาระดับสูง
พลาสติกเสริมไฟเบอร์ไฟเบอร์ (AFRP): ด้วยความร้อนและความต้านทานต่อแรงกระแทกที่ยอดเยี่ยมเหมาะสำหรับอุณหภูมิสูงและพื้นที่ที่ต้องการความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูง
พลาสติกที่มีพลาสติกที่มีความทนทานส่วนใหญ่ใช้เพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อแรงกระแทกของพลาสติกโดยการเพิ่มตัวแทนที่แกร่ง, ตัวแทนที่แกร่งทั่วไปรวมถึง:
ตัวแทนการแกร่งยาง: เช่นยางเอทิลีนโพรพิลีนไดเมียน (EPDM) โดยการกระจายตัวในเมทริกซ์พลาสติกเพื่อสร้างโครงสร้างเกาะดูดซับพลังงานกระแทกได้อย่างมีประสิทธิภาพ
Core-Shell Copolymer Tougheners: copolymers ที่มีโครงสร้างแกนหลักเช่น ABS เพื่อปรับปรุงความเหนียวของวัสดุผ่านบทบาทการแทรกซึมระหว่างแกนและเปลือก
Nanoparticle Tougheners: เช่นนาโนและท่อนาโนคาร์บอนผ่านการมีปฏิสัมพันธ์กับเมทริกซ์พลาสติกเพื่อปรับปรุงการกระจายตัวและความทนทานของวัสดุ
พลาสติกพลาสติกที่มีเปลวไฟฟาสตาร์เดอร์ฟาสต์ฟาสต์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท: สารเติมแต่งและปฏิกิริยาโดยการเพิ่มสารหน่วงไฟเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของวัสดุ:
สารหน่วงไฟเสริม: such เป็นอลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (ATH) และพลวงทรีออกไซด์ (ATO) โดยการกระจายตัวทางร่างกายในพลาสติกเมื่อถูกความร้อนผลิตชั้นป้องกันของฉนวนกันความร้อนทำให้การเผาไหม้ของวัสดุช้าลง
สารหน่วงไฟที่มีปฏิกิริยา: บอนด์กับโซ่โมเลกุลของพลาสติกผ่านปฏิกิริยาทางเคมีเช่นสารประกอบที่มีฟอสฟอรัสและไนโตรเจนเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุและความสามารถในการสร้างชั้นถ่านในระหว่างการเผาไหม้
สารหน่วงการขยายตัวของเชื้อเพลิง: expand เมื่อถูกความร้อนเพื่อสร้างชั้นถ่านโฟมเพื่อแยกออกซิเจนและการถ่ายเทความร้อนเช่นแอมโมเนียมโพลีฟอสเฟต (APP) และเมลามีน
ลักษณะประสิทธิภาพของวัสดุดัดแปลง
คุณสมบัติเชิงกล
คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุดัดแปลงมักจะได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญโดยการเสริมเส้นใยฟิลเลอร์หรือเทคนิคการผสม ตัวอย่างเช่นแรงดึงและแรงดัดงอของพลาสติกเสริมใยแก้ว (GFRP) สามารถเพิ่มขึ้นได้หลายครั้งเมื่อเทียบกับพลาสติกที่ไม่ได้แก้ไขดังนั้นจึงตอบสนองความต้องการของวัสดุโครงสร้าง
เส้นใยเสริม: เส้นใยกลาสเป็นวัสดุเสริมแรงที่ใช้กันมากที่สุดและการเติมมักจะอยู่ระหว่าง 10% ถึง 30% ซึ่งสามารถเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การปรับเปลี่ยนการเติม: โดยการเพิ่มฟิลเลอร์อนินทรีย์เช่นแคลเซียมคาร์บอเนตและแป้งไม่เพียง แต่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ แต่ยังลดต้นทุน
การดัดแปลงนาโน: การเพิ่มวัสดุนาโนเช่นคาร์บอนนาโนทิวบ์และนาโนเทลสามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญในปริมาณที่ต่ำกว่า
คุณสมบัติทางความร้อน
คุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุดัดแปลงสามารถปรับให้เหมาะสมได้โดยการเพิ่มสารเติมแต่งเฉพาะหรือการเปลี่ยนโครงสร้างวัสดุเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน
ความเสถียรทางความร้อน: ปรับปรุงความเสถียรและความปลอดภัยของวัสดุที่อุณหภูมิสูงโดยการเพิ่มความคงตัวของความร้อนเช่นสารต้านอนุมูลอิสระและสารหน่วงไฟ
การนำความร้อน: วัสดุดัดแปลงบางอย่างเช่นพอลิเมอร์ที่เติมด้วยคาร์บอนนาโนทิวบ์มีค่าการนำความร้อนสูงและเหมาะสำหรับการใช้งานการจัดการความร้อนเช่นการระบายความร้อน
ความต้านทานความร้อน: อุณหภูมิการบริการระยะยาวของวัสดุเพิ่มขึ้นผ่านการรวมตัวกันของเส้นใยเสริมหรือสารเติมแต่งความร้อนเช่นพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) สำหรับการใช้การบินและอวกาศ
ความต้านทานสารเคมี
ความต้านทานทางเคมีของวัสดุดัดแปลงได้รับการปรับปรุงโดยการเติมสารเติมแต่งสารเคมีหรือการเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของวัสดุเพื่อให้มันยังคงมีเสถียรภาพในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง
ความต้านทานต่อกรดและอัลคาไล: ความต้านทานของวัสดุต่อกรดอัลคาลิสและสารเคมีอื่น ๆ ได้รับการปรับปรุงโดยการเพิ่มกรดและฟิลเลอร์ทนต่ออัลคาไลหรือสารเคลือบผิว
ความต้านทานของตัวทำละลาย: พลาสติกดัดแปลงบางอย่างยังคงมีเสถียรภาพในสภาพแวดล้อมของตัวทำละลายโดยการเพิ่มส่วนประกอบที่ทนต่อตัวทำละลายเช่น polytetrafluoroethylene (PTFE) สำหรับการใช้งานเช่นซีล
ความต้านทานออกซิเดชัน: การปรับปรุงอายุการใช้งานของวัสดุในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ผ่านการเติมสารต้านอนุมูลอิสระหรือการใช้สารตั้งต้นที่ดื้อต่อการออกซิเดชั่น
