Mgr inż. Bartłomiej Hrapkowicz

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Mgr inż. Bartłomiej Hrapkowicz"

Arkadiusz Kozieł
6 lat temu
Przeglądów:

1 Materiały funkcjonalne i ich zastosowanie w przemyśle jachtowym, przegląd materiałów i technologii ich wytwarzania pod kątem zastosowania w budowie statków. Mgr inż. Bartłomiej Hrapkowicz

Podział materiałów inżynierskich Materiał inżynierski to materiał niewystępujący w naturze, lecz wymagający zastosowania złożonych procesów wytwórczych do ich przystosowania do

2 Podział materiałów inżynierskich Materiał inżynierski to materiał niewystępujący w naturze, lecz wymagający zastosowania złożonych procesów wytwórczych do ich przystosowania do potrzeb technicznych po wykorzystaniu surowcow dostępnych w naturze. Metale Kompozyty Polimery Źródło: Leszek A. Dobrzański, Podstawy Nauki o Materiałach i Metaloznawstwo Ceramika

3 Materiały kompozytowe Wiele dzisiejszych rozwiązań technologicznych wymaga materiałów z nietypowym zestawem własności, które nie mogą zostać spełnione przez standardowe materiały inżynierskie. Zgodnie z zasadą działania połączonego, lepsze zestawy własności mogą zostać osiągnięte poprzez rozsądną kombinację dwóch lub więcej materiałów.

4 Materiały kompozytowe Kompozyt, w znaczeniu dzisiejszym, oznacza wielofazowy materiały, wytworzony sztucznie, niewystępujący naturalnie. Ponadto fazy składowe muszą być chemicznie różne oraz od siebie oddzielone. Z tego powodu stopy oraz ceramika nie spełniają tego warunku.

Materiały kompozytowe Wiele materiałów kompozytowych składa się tylko z dwóch faz; z których jedna nazywana jest osnową, natomiast druga wzmocnieniem.

5 Materiały kompozytowe Wiele materiałów kompozytowych składa się tylko z dwóch faz; z których jedna nazywana jest osnową, natomiast druga wzmocnieniem. Osnowa jest ciągła i otacza materiały wzmacniający. Krawędź Osnowa rdzenia Warstwy dwukierunkowe Warstwy jednokierunkowe Powłoka zewnętrzna Rdzeń Warstwa tłumiąca Ścianka boczna Warstwy jednokierunkowe Warstwa dwukierunkowa Ślizg Źródło: William D. Callister, Materials Science and Engineering

Utwardzane dyspersyjnie Tkaniny Włókna ciągłe Włókna nieciągłe

6 Podział kompozytów Kompozyty wzmacniane cząsteczkami Kompozyty wzmacniane włóknami Kompozyty strukturalne Duże cząstki Utwardzane dyspersyjnie Tkaniny Włókna ciągłe Włókna nieciągłe Warstwowe Z rdzeniem z materiałów lekkich Zorientowane Rozmieszczone przypadkowo

7 Kompozyty wzmacniane włóknami Technologicznie, najważniejszymi kompozytami są te, w których wzmocnienie przybiera postać włókien. Cele projektowania takich kompozytów zazwyczaj mają na celu uzyskanie materiału o wysokiej wytrzymałości oraz/lub sztywności, zachowując niską wagę materiału.

8 Włókna szklane Kompozyty z włókna szklanego są po prostu osnową polimerową zawierającą ciągłą, bądź nieciągłą tkaninę szklaną. Włókno szklane jest stosunkowo łatwo wytwarzane w wysokowytrzymałościowe włókna ze stanu ciekłego. Jest łatwo dostępne i może zostać przetworzone w kompozyt używając wielu technik wytwarzania kompozytów. Jako włókno jest względnie silne, a kiedy otoczone polimerową osnową, tworzy kompozyt posiadający dużą wytrzymałość. Zależnie od materiału osnowy, może cechować się brakiem reaktywności chemicznej, co może być użyteczne w środowiskach korozyjnych. Źródło:

9 Włókna szklane Włókna szklane bardzo łatwo uszkodzić podczas procesu wytwarzania kompozytu Włókna wystawione na działanie atmosfery charakteryzują się osłabioną warstwą wierzchnią, co osłabia proces wiązania z osnową. Mimo wysokich własności wytrzymałościowych nie są wystarczająco sztywne do niektórych rozwiązań. Poważny problem z utylizacją. Włókna szklane są łatwopalne.

10 Utylizacja włókna szklanego Spalanie jest niewydajne, ponieważ ok. 70% pozostaje popiołem idącym na wysypisko. Cięcie na kawałki i składowanie jest niewydajne, ponieważ włókno szklane nie rozkłada się przez długi czas. Recykling wydaje się być najpewniejszą opcją. Źródło:

Włókna węglowe Włókna węglowe, czyli tak zwany karbon, są wysoko-wydajnościowymi włóknami, które są używane zazwyczaj w zaawansowanych (nieszklanych) kompozytach o

Zachowują wysoką odporność na rozciąganie i wytrzymałość w podwyższonych temperaturach. Natomiast utleniają się w wysokich temperaturach.

11 Włókna węglowe Włókna węglowe, czyli tak zwany karbon, są wysoko-wydajnościowymi włóknami, które są używane zazwyczaj w zaawansowanych (nieszklanych) kompozytach o osnowie polimerowej. Włókna węglowe mają najwyższą wytrzymałość ze wszystkich wzmocnień włóknowych, oraz wyjątkową odporność na zmęczenie materiału. Zachowują wysoką odporność na rozciąganie i wytrzymałość w podwyższonych temperaturach. Natomiast utleniają się w wysokich temperaturach. W warunkach normalnych są chemicznie pasywne, oraz nie reagują na wilgoć. Włókna węglowe pozwalają na dowolne ustalenie wytrzymałości elementu w każdym z jego obszarów w dowolnych kierunkach. Źródło:

12 Paragon Super Sport 28 Źródło:

13 Metody wytwarzania Lay - up Metoda worka próżniowego Infuzja Prepreg

14 Metody wytwarzania Lay - up Metoda worka próżniowego Infuzja Prepreg

15 Metody wytwarzania Lay - up Metoda worka próżniowego Infuzja Prepreg

16 Włókna węglowe Lżejsze Współczynnik wytrzymałości do wagi ok. dwa razy lepszy niż włókna szklanego O podwyższonej wytrzymałości Włókna węglowe się nie odkształcają Sztywniejsze Współczynnik sztywności ok. sześć razy większy niż włókna szklane

17 Włókna węglowe Sztywność włókien węglowych jest też ich wadą, ponieważ nie są one tak giętkie jak włókna szklane, przez co są one lepsze tylko w zastosowaniach, gdzie jest potrzebna mała elastyczność. Włókna węglowe są o wiele droższe niż szklane. Przewodzą prąd. Pochłaniają fale radiowe. Wytwarzania produktów z włókien węglowych jest trudniejsze.

18 Materiały hybrydowe Stosunkowo nowym rodzajem kompozytu są materiały hybrydowe, są one uzyskiwane poprzez zastosowanie dwóch lub więcej rodzajów włókien w jednej osnowie. Przykładem może być kompozyt zawierający zarówno warstwy włókien węglowych jak i szklanych.

Warstwa adhezyjna Plastry miodu zazwyczaj wykonane są z aluminium bądź włókien aramidowych.

19 Kompozyty o strukturze plastra miodu Rdzeń służy przede wszystkim jako podpora warstw wierzchnich oraz zapewnia wytrzymałość na ścinanie. Warstwa adhezyjna Plastry miodu zazwyczaj wykonane są z aluminium bądź włókien aramidowych. Ich własności zależą od grubości ścianek oraz kształtu struktur w plastrze. Warstwa wierzchnia Warstwa wierzchnia Plaster miodu Gotowy kompozyt sandwiczowy Źródło: William D. Callister, Materials Science and Engineering

20 Mikrostruktura kompozytów sandwiczowych Mikrostruktura kompozytów zakładkowych, zwłaszcza tych z rdzeniem z materiałów lekkich, ma bardzo istotny wpływ na ich własności mechaniczne. W pewnym sensie, swoim uporządkowaniem i powtarzalnością przypominają struktury krystaliczne. Druk 3d zapewnił dostęp do nowych, bardziej skomplikowanych kształtów pojedynczych komórek sieci.

21 Mikrostruktura kompozytów sandwiczowych Źródło: Wanxin Li et al., A novel carbon fiber reinforced lattice truss sandwich cylinder: Fabrication and experiments, Composites Part A, 81, p , 2016

22 Zastosowanie materiałów hybrydowych

23 Biokompozyty Biokompozyty są ciekawym rozwiązaniem z uwagi na ich późniejszy recykling, znacznie łagodząc impakt środowiskowy. Podmiana standardowych kompozytów na biokompozyty powoli zachodzi w wielu gałęziach przemysłu. Biokompozyty cechują wysokie walory estetyczne. Źródło: Wikipedia, Creative Commons

24 Materiały fotowoltaiczne Żagle z wkomponowanymi panelami słonecznymi. Rozwiązania tego typu prowadzą do zerowej emisji CO 2. Źródło:

25 Dziękuję za uwagę

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