집계(복합)

Aggregate (composite)
시공 집합체 또는 집합체(지질학)와 혼동하지 마십시오.
그라인딩콘크리트는 골재석을 노출시킨다.

Aggregate는 압축 응력에 저항하는 복합 재료의 구성 요소로서 복합 재료에 대량으로 공급된다. 효율적인 충전을 위해 골재는 완제품보다 훨씬 작아야 하지만 크기가 다양하다. 예를 들어, 콘크리트를 만드는 데 사용되는 돌의 입자는 일반적으로 모래와 자갈 모두를 포함한다.

섬유 복합재와의 비교

골재 복합 재료는 섬유 복합 재료보다 제작이 훨씬 쉽고 완성된 특성에서 훨씬 더 예측 가능한 경향이 있다. 섬유 방향과 연속성은 압도적인 영향을 미칠 수 있지만 제어와 평가가 어려울 수 있다. 조립은 제쳐두고, 골재 그 자체도 덜 비싼 경향이 있다; 위에서 언급된 가장 일반적인 골재는 자연에서 발견되며 종종 최소한의 처리만으로 사용될 수 있다.

모든 복합 재료가 골재를 포함하는 것은 아니다. 골재 입자는 모든 방향(즉, 약 1의 가로 세로 비율)에서 거의 동일한 치수를 갖는 경향이 있으므로 골재 합성물이 섬유 합성물이 자주 하는 시너지 수준을 나타내지 않는다. 약한 매트릭스에 의해 함께 고정된 강한 골재는 장력이 약해지는 반면 섬유는 매트릭스 특성에 덜 민감할 수 있으며, 특히 부품의 전체 길이(즉 연속 필라멘트)를 적절하게 향하게 되면 더욱 그렇다.

대부분의 합성물은 가로 세로 비율이 방향 필라멘트와 구형 골재 사이에 있는 입자로 채워진다. 좋은 절충안은 잘게 썬 섬유로, 필라멘트나 천의 성능이 보다 골재와 같은 처리 기법에 유리하게 교환된다. 타원체 및 판형 골재도 사용된다.

집계 속성

대부분의 경우, 이상적인 완제품은 100% 골재일 것이다. 주어진 애플리케이션의 가장 바람직한 품질(높은 강도, 낮은 비용, 높은 유전 상수 또는 낮은 밀도 등)은 대개 골재 자체에서 가장 두드러진다. 골재가 부족한 모든 것은 작은 규모로 흐르며 입자 사이에 부착물을 형성하는 능력이다. 매트릭스는 특별히 이 역할을 하기 위해 선택되지만, 그 능력이 남용되어서는 안 된다.

애그리게이트 크기

실험과 수학적 모델을 통해 주어진 부피 중 더 많은 부피가 큰 구들로 채워지면, 그 다음에 (간격) 사이의 공간은 더 작은 구들로 채워지고, 새로운 틈새들은 가능한 한 더 작은 구들로 채워질 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 이유로, 입자 크기 분포의 통제는 골재를 선택하는 데 상당히 중요할 수 있다. 다른 크기의 입자의 최적 비율을 결정하기 위해 적절한 시뮬레이션이나 실험이 필요하다.

입자 크기에 대한 상한은 복합 재료 세트(포장 콘크리트의 자갈은 상당히 거칠 수 있지만 타일 모르타르에 미세 모래를 사용해야 함) 전에 필요한 흐름의 양에 따라 달라지는 반면, 하한은 성질이 변하는 매트릭스 재료의 두께에 기인한다(클레이는 "abso"하기 때문에 콘크리트에는 포함되지 않는다).rb" 매트릭스, 다른 골재 입자에 대한 강한 결합을 방지한다. 입자 크기 분포는 도자기와 분말 야금학 분야에서도 많은 연구 대상이다.

이 규칙의 일부 예외는 다음과 같다.

강해진 합성물

강인함은 강인함과 가소성의 (흔히 모순되는) 요구들 사이의 절충이다. 많은 경우에, 집계는 이러한 특성들 중 하나를 가질 것이고, 만약 행렬이 부족한 것을 추가할 수 있다면 이익을 얻을 것이다. 아마도 이것의 가장 접근하기 쉬운 예는 아스팔트 콘크리트("타맥")와 충전 플라스틱(즉, 분말 유리를 혼합한 나일론)과 같은 유기 매트릭스 및 세라믹 골재를 사용한 복합재일 것이다. 그러나 대부분의 금속 매트릭스 복합재도 이러한 효과로부터 이익을 얻는다. 이 경우 단단하고 부드러운 부품의 정확한 밸런스가 필요하거나 소재가 너무 약해지거나 너무 깨지기 쉽다.

나노콤포스이트

많은 재료 특성들이 작은 길이 눈금에서 급진적으로 변화한다(나노기술 참조 이러한 변경이 바람직한 경우, 좋은 성능을 보장하기 위해 일정 범위의 집계 크기가 필요하다. 이것은 자연스럽게 매트릭스 재료의 사용량에 대한 하한을 설정한다.

미세 또는 나노 복합체의 입자 방향을 정하기 위한 어떤 실용적인 방법이 구현되지 않는 한, 입자 매트릭스 결합에 상대적인 작은 크기와 (일반적으로) 높은 강도의 입자로부터 만들어진 모든 거시적 물체는 많은 측면에서 종합 복합체로 취급될 수 있다.

탄소 나노튜브와 같은 나노입자의 대량 합성은 현재 널리 사용하기에는 너무 비싸지만, 일부 극소량의 나노구조 재료는 전기 스핀과 분무 열분해를 포함한 전통적인 방법으로 합성될 수 있다. 분무 열분해로 만들어진 중요한 골재 중 하나는 유리 미세분무다. 종종 마이크로발롱이라고 불리는 그것들은 수십 나노미터 두께의 속이 빈 껍데기와 직경 약 1마이크로미터로 구성되어 있다. 그것들을 폴리머 매트릭스에 주조하면 낮은 밀도에 대한 매우 높은 압축 강도로 구문성 거품이 발생한다.

많은 전통적인 나노복합체들은 다음 두 가지 방법 중 하나로 골재 합성 문제를 면한다.

자연 집계: 지금까지 나노 복합체를 위해 가장 널리 사용되는 골재는 자연적으로 발생하고 있다. 보통 이것들은 결정 구조가 매우 방향성이 높은 세라믹 재료로, 조각이나 섬유로 쉽게 분리될 수 있다. 제너럴모터스(GM)가 자동차용으로 권장한 나노기술은 열가소성 플라스틱 올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 일반 플라스틱이 많이 포함된 등급)에 층 구조물을 매달아 미세 결로 처리한 점토다. 후자의 범주에는 섬유질 석면 복합 재료(20세기 중반에 유행)가 포함되며, 리놀륨과 포틀랜드 시멘트 같은 매트릭스 재료가 종종 포함되어 있다.

현장 집계 형성: 많은 마이크로 복합체들이 자체 조립의 과정에 의해 그들의 총체적인 입자들을 형성한다. 예를 들어, 높은 충격의 폴리스티렌에서는 고분자의 두 가지 불규칙한 단계(부스러지기 쉬운 폴리스티렌과 고무성 폴리부타디엔 포함)가 함께 혼합된다. 특수 분자(접착용 복합체)는 각 단계에서 용해되는 별도의 부분을 포함하며, 따라서 세제의 방식으로 이들 사이의 인터페이스에서만 안정적이다. 이러한 유형의 분자의 수가 계면적을 결정하며, 구들이 자연적으로 형성되어 표면 장력을 최소화하기 때문에 합성 화학자들은 용해된 혼합물에서 폴리부타디엔 물방울의 크기를 조절할 수 있으며, 이것은 단단한 매트릭스에서 고무 골재를 형성하도록 경화된다. 산포 강화는 야금 분야에서도 비슷한 예다. 유리세라믹스에서 골재는 열팽창 계수가 음수인 경우가 많고, 전체 팽창이 0에 매우 근접하도록 조정된 행렬에 대한 골재의 비율을 선택하는 경우가 많다. 골재 크기는 적외선 빛에 투명하도록 줄일 수 있다.

참고 항목