MATERIAŁY KOMPOZYTOWE

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "MATERIAŁY KOMPOZYTOWE"

Adrian Piasecki
8 lat temu
Przeglądów:

1 MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 1

2 DEFINICJA KOMPOZYTU KOMPOZYTEM NAZYWA SIĘ MATERIAL BĘDĄCY KOMBINACJA DWÓCH LUB WIĘCEJ ROŻNYCH MATERIAŁÓW 2

3 Kompozyt: Włókna węglowe ciągłe (preforma 3D) Osnowa : Al-Si METALE I ICH STOPY KOMPOZYTY POLIMERY CERAMIKA I SZKŁA 3

ZBROJENIE: włókna : - szklane, węglowe, polimerowe, borowe..., -cząstki np.

4 PODZIAŁ MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH OSNOWA: - metalowa, -polimerowa, -ceramiczna + Kompozyty o osnowie: metalowej polimerowej ceramicznej ZBROJENIE: włókna : - szklane, węglowe, polimerowe, borowe..., -cząstki np. SiC Przykłady Silumin wzmocniony Al 4 FeSi Kompozyt epoksydowy 4 zbrojony włóknami Kevlar

5 RODZAJE FAZY WZMACNIAJĄCEJ (ZBROJĄCEJ) proszek duże cząstki krótkie włókna włókniste tkaniny jednokierunkowe i ortogonalne (włókna ciągłe) Kompozyty strukturalne Z rdzeniem komórkowym (sandwicz) Warstwowe: laminaty, np. narta 5

6 Własności kompozytu determinują: własności osnowy doskonałość powiązania osnowy i włókien Ilość włókien (proszku) własności i geometria fazy wzmacniającej (wielkość cząstek, długość i orientacja włókien) Włókna Kompozyt Osnowa 6

7 Efektywność zbrojenia włóknistego i ziarnistego Moduł Young a włókna ziarna % napełniacza (zbrojenia) Wpływ rodzaju i ilości napełniacza na moduł sprężystości (sztywność) kompozytu 7

8 Wpływ ilości włókien na na przebieg wykresu naprężenie-odkształcenie dla kompozytu polimerowego 30% 20% 10% naprężenie 0% odkształcenie 8

9 Wpływ orientacji włókien na wytrzymałość kompozytu Wytrzymałość na rozciąganie jednokierunkowy Ortogonalny (tkanina dwukierunkowa) chaotyczny % włókien szklanych 9

10 1. Kompozyty umacniane cząstkami (particles) (ziarniste) Mechanizm umocnienia 1. Cząstki nanometryczne nm µm Ograniczenie ruchu dyslokacji Ograniczenie ruchliwości makrocząsteczek 2. cząstki duże (0,1µm mm) umocnienie przez przejmowanie obciążenia z osnowy, hamowanie odkształcania osnowy Efekt zależy od jakości połączenia ziaren i osnowy 10

Przykłady kompozytów ziarnistych (particulates) Polimery: + napełniacze ziarniste: talk, kreda, piasek, zmielone laminaty (Obniżenie ceny, wzrost sztywnosci i odporności cieplnej np.

11 Przykłady kompozytów ziarnistych (particulates) Polimery: + napełniacze ziarniste: talk, kreda, piasek, zmielone laminaty (Obniżenie ceny, wzrost sztywnosci i odporności cieplnej np. opony-elastomery (np. poliizopren, SBR) % sadza (20-30nm) Spalanie gazu lub ropy przy małym dopływie powietrza Odporność na zużycie ścierne 11 Wytrzymałość na rozciąganie, rozerwanie

12 Metale np. osnowa :stopy Al + wzmocnienie SiC, grafit poprawa odporności na ścieranie, zmniejszenie współczynnika tarcia Silumin + SiC 12

13 Stopy żarowytrzymałe stop Ni +wzmocnienie 3% ThO 2 Odpornośc na pełzanie, mniejszy spadek wytrzymałości z temperaturą SAP (sintered Aluminum powder) Al +Al 2 O 3 13

14 Cermetale, np. Węgliki spiekane Osnowa: Ni lub Co ciągliwa, duża odporność na pękanie + TiC, 90% lub WC (twardy, kruchy) 14

15 Ceramika: Wzrost odporności na pękanie Beton: cementowy, asfaltowy Osnowa: + Napełniacz: piasek + żwir cement, woda 60-80% lub asfalt Kruchy, mała R m duża R c Beton zbrojony: pręty stalowe, siatka, włókna syntetyczne Beton sprężony (pręty naprężone, po utwardzeniu beton się kurczy (wstępne naprężenie ściskające) pęka (pory, mróz) 15

16 Określanie własności kompozytów w funkcji ilości zbrojenia A. Gęstość d c =d m V m +d f V f d c -gęstość kompozytu (composite) d m - osnowy (matrix) d f -włókien (fibres) 16

17 B. Sztywność kompozytów (moduł E) Przykład osnowa Cu, Wolfram faza zdyspergowana E c E = E V + c m m górna granica (w przypadku włókien jednokierunkowychwzdłuż ułożenia Włókien) E p V p E c -moduł kompozytu E m -osnowy E p -cząstek zbrojenia E f -włókien V m - udział objętościowy osnowy E c = V m E E p m E p + V p E m dolna granica (w przypadku włókien jednokierunkowychprostop. do ułożenia włókien) Cu 100% W 100% 17

18 Wytrzymałość kompozytów Wytrzymałość a/na ściskanie- rośnie b/na rozciąganie- silnie zależy od adhezji zbrojenia i osnowy słaba adhezja to wytrzymałość kompozytów jest mniejsza niż osnowy σ c * σ m * Optymalna ilość zbrojenia ziarnistego % dobra adhezja słaba adhezja V p 18

19 σ f * σ c * włókna kompozyt Wytrzymałość kompozytu włóknistego Przebieg rozciągania kompozytu wzdłuż włókien dla przypadku: ε f* <ε m*, ( np. włókno węglowe ciągłe ε f * = 1,5% ż. epoksydowa ε m * = 5%), kompozyt pęka gdy pękają włókna osnowa Wytrzymałość kompozytu w kierunku wzdłuż włókien ε mpl 1,5% 5% ε* f σ * = σ *V c f f Warunek: ε* m Idealne powiązanie włókien i osnowy Początek odkszt. plastycznego osnowy 19

20 Kadłuby okrętów Odporność udarowa Tłoki silników narzędzia skrawające z dużą prędkością 20

21 WZMOCNIENIA WŁÓKNISTEW Dlaczego włókna są takie wytrzymałe? Włókna średnica µm mniejsza średnica Wytrzymałość, MPa mniejszy rozmiar wad (mechanika pękania) 21 średnica włókien SiC

22 Rodzaje włókien wzmacniających Szklane Węglowe (wysokomodułowe lub wysokowytrzymałościowe) Polimerowe aramidowe (Kevlar), polietylenowe Boru Węglika krzemu SiC Tlenku Al 22

23 Najpowszechniejsze: WŁÓKNA SZKLANE do łączenia z żywicami poliestrowymi (budowa lodzi ) SiO 2 + Na O Si budowa amorficzna Inne tlenki: Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, Al 2 O 3, 23

24 WŁÓKNA WĘGLOWE w kompozytach o osnowie epoksydowej w lotnictwie 1967 początek zastosowań włókien węglowych jako wzmocnienia kompozytów dla lotnictwa (zamiast metali) Struktura i wady pasm krystalitów we włóknie grafitowym z PAN 24

25 Temperatury pracy kompozytów 25

Podobne dokumenty

Kompozyty. Czym jest kompozyt

Kompozyty. Czym jest kompozyt Kompozyty Czym jest kompozyt Kompozyt jest to materiał utworzony z co najmniej dwóch komponentów mający właściwości nowe (lepsze) w stosunku do komponentów. MSE 27X Unit 18 1 Material Elastic Modulus GPa