Kompozitni materijali

VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA „NOVI BEOGRAD“

Seminarski rad- Bakar -

Student: Profesor:

br. indeksa:

Maj, 2011.

Sadržaj:

Opšta svojstva bakra ......................................................................................................................3

Rude bakra i postupci njihove prerade ..........................................................................................4

Flotaciono obogaćivanje ruda ………………………………………….………………………...7

Dobijanje bakarnog kamena …...………………………………………………………………...9

Dobijanje sirovog bakra ...............................................................................................................11

Pirometaluška rafinacia bakra ......................................................................................................13

Elektrolitička rafinacija bakra ………..........................................................................................15

Legure bakra ……………………………….................................................................................17

Upotreba bakra ………………….................................................................................................16

Literatura........................................................................................................................................21

Kompozitni materijali

Uradio-la:

Slobodan Radovanović

VTŠNovi Beograd Strana 3

Uvod

Još uvek ne postoje opšte prihvaćene definicije kompozitnog materijala, ipak se, sa stanovišta nauke i inžinjerstva, može definisati kao sistem materijala koji se sastoji od smeše, ili kombinacije dva ili više makro ili mikrokonstituenata, koji se razlikuju po obliku i hemijskom sastavu i koji su, u suštini, nerastvorljivi jedan u drugom. Sa druge strane, na atomarnom nivou, materijali, kao što je većina metalnih legura i polimemih materijala, mogli bi se takođe nazvati kompozitnim materijalima, jer sesastoje od različitih i posebnih atomskih grupa. Naime, na mikroskopskom nivou legura kao što je obični ugljenični čelik koji sadrži ferit i perlit, mogla bi se nazvati kompozitnim materijalom, jer su perlit i ferit posebno vidljivi konstituenti, koji se uočavaju pomoću optičkog mikroskopa. Na makroskopskom nivou, plastika ojačana staklenim vlaknima, u kojoj se staklena vlakna mogu jasno raspoznati vizuelno, moglo bi se takođe smatrati kompozitnim materijalom. Pri inžinjerskom projektovanju, pod kompozitivnim materijalom se podrazumeva materijal koji se sastoji od konstituenata u opsegu mikro-makro veličina, s tim da znatno preovlada opseg makro veličina. Inžinjerski značaj kompozitnog materijala je u tome da se dva, ili više posebnih, različitih materijala međusobno kombinuju radi obrazovanja materijala koji poseduju svojstva, koja su bolja u odnosu na svojstva pojedinačnih komponenata.U užem smislu, držeći se strože definicije, pod kompozitnim materijalima se podrazumeva spektar materijala koji moraju zadovoljiti sledeće kriterijume:

-Kompozitni materijali moraju da budu proizvod čovečijeg rada, pa prema tome, nikakvi prirodni materijali kao na primer, drvo, ne mogu da se smatraju kompozitom;

-Kompozitni materijali moraju biti sastavljeni od najmanje 2 hemijski raznorodna materijala sa jasnom granicom razdvajanja među njima;

-Konstituenti kompozita moraju svojim zapreminskim sadržajem da obrazuju kompoziciju, te se prema tome, u ovu grupu materijala ne mogu svrstati nikakve slojaste kompozicije, ili sendvič-materijali;

-Kompozitni materijali moraju imati svojstva koja ne ispoljava ni jedna komponenta pojedinačno.


Uradio-la:



Kompozitni materijali, kao što su : karbo-kompoziti, kompoziti sa keramičkom i visokotemperaturnom polimernom osnovom, ispunjavaju veoma visoke zahteve koje postavlja dalji razvoj savremene tehnologije u : vazduhoplovnoj , raketnoj, procesnoj industriji i energetici.Uove zahteve posebno spadaju : velika otpornost prema mehaničkim naponima, postojanost na visokim temperaturama, mala gustina i visoka otpornost prema jakim korozivnim i erozionim dejstvima.Kompoziti se mogu klasifikovati na više načina.Prema jednom načinu zasnovanom na mikrostrukturnim aspektima građe kompozita, kompozitni materijali, na osnovu oblika ojačavajuće faze dele se na :

- kompozite, ojačane disperznim česticama,- kompozite ojačane vlaknima i- kompozite, ojačane lamelama.

Disperzno ojačani kompoziti sadrže sekundarne faze u obliku finih čestica, koje sustatistički (slučajno) ravnomerno raspoređene u osnovi. Poreklo čestica može bitiendogeno; na primer, čestice, nastale oksidacijom reaktivnog elementa u metalnoj osnovi (ojačani kompoziti).U vlaknastim kompozitima sekundarna faza je u obliku vlakana koja mogu biti neprekidna i isto usmerena, ili prekidna (kratka) i diskretno raspoređena u osnovi.U slojastim (lamelarnim) kompozitima sekundarne komponente, ili faze, su dvodimenzionalne i one mogu biti: neprekidne ili prekidne.Navedeni tipovi struktura se mogu dobiti na: submikroskopskom, mikroskopskom imakroskopskom nivou razdvajanja granica faza.U submikrokompozite spadaju materijali kod kojih je prečnik čestica, vlakana: d < lum,kao što su disperzno ojačane legure i kompoziti sa monokristalnim vlaknima-viskersima.Kod mikrokompozita je veličina čestica, prečnika vlakana, odnosno debljina lamela od 1 do 100 um.U makrokompozite se ubrajaju materijali armirani komponentama, koji imaju makrodimenzije (veće od lOOum), kao što su na primer, legure aluminijurna i bakra, armirane volframovom i čeličnom žicom.


Uradio-la:



KOMPOZITNI MATERIJALI

Razvoj novih materijala je, uz biotehnologiju i informatiku, oblast u koju se danas najviše ulaže. Kompozitni materijali postoje i koriste se već hiljadama godina. Malo je poznato da drvo predstavlja prirodni kompozit u kome lignin povezuje duga vlakna celuloze. U ovu vrstu materijala spadaju i svima dobro poznati i široko korišćeni cigla i beton, sastavljen od čestica peska ili šljunka sjedinjenih pomoću cementa. Prvi savremeni kompozitni materijali su oni sa staklenim vlaknima, proizvedeni kasnih četrdesetih godina prošlog veka. Oni su još uvek najčešće korišćeni i čine 65 % svih kompozita koji se danas proizvode.

Kompozitni materijali nastaju sjedinjavanjem dva ili više raznolika materijala. Polazni materijali imaju međusobno različite osobine a njihov spoj daje potpuno nov materijal. On ima jedinstvena, sasvim nova i drugačija svojstva u odnosu na sastavne komponente. Cilj je da se poboljšaju strukturne, termičke, hemijske ili neke druge karakteristike pojedinačnih materijala. Komponente se međusobno ne mešaju niti rastvaraju tako da se unutar kompozita jasno razlikuju dve ili više faza. Jedna faza nazvana ojačivačem, daje jačinu i tvrdoću. Druga se naziva matricom ili vezivom i ona okružuje i drži zajedno grupe vlakana ili fragmente ojačivača.

Konstituenti kompozita mogu biti raznorodni materijali: nemetali, keramike, metali, polimeri. Od njihovih osobina, zastupljenosti, raspodele i vezivanja zavisiće svojstva novonastalog materijala. Sve kompozite karakterišu neke zajedničke odlike koje ih čine posebnim i izdvajaju od drugih materijala: velika jačina i krutost - mogu biti jači od čelika, mala gustina i masa, otpornost na koroziju i visoke temperature, hemijska inertnost, mogućnost obrade i oblikovanja u raznovrsne oblike, izdržljivost i postojanost.

Poboljšane osobine kompozitnih materijala pružaju mogućnost njihove široke primene. U poslednjim decenijama napravljeno je mnoštvo novih sa nekim izuzetno korisnim osobinama. Pažljivim izborom materijala ojačivača i matrice i proizvodnog procesa kojim se oni spajaju, mogu se dobiti kompoziti sa svojstvima potrebnim za specijalne primene. Koriste se u avionskoj, automobilskoj i elektronskoj industriji, medicini, građevinarstvu itd.


Uradio-la:



Kompoziti metal - keramika, ili metal - karbon, su pogodni za primenu u medicini jer su biokompatibilni, otporni na koroziju, hemijski inertni i dobro podnose naprezanje na istezanje. Oni se koriste za izradu veštačkih implanta, poput srčanih zalizaka, kukova, implanta kolena i dr. Srčani zalisci se prave od pirolitičkog karbona, a kukovi od karbon -polimer ili karbon - karbon kompozita. Dodatna prednost je što pri ugradnji karbon -karbon kukova nije potrebna upotreba cementnog veziva. Karbon - polimer kompozitni materijali služe i za ploče za tzv. osteosintezu, kojima se delovi kosti pričvršćuju jedan za drugi. Mehaničke osobine kompozita moraju odgovarati kostima, čime se sprečava degradacija kostiju do koje često dolazi kada se koriste metalne ploče. Osim toga, kompozitna ploča može trajno da ostane u organizmu, jer posle nekog vremena tkivo obrasta oko nje.Kompozitni materijali su našli primenu i u avioindustriji za izradu spoljašnjih delova aviona, komponenti motora kao i delova koji su izloženi visokim temperaturama. Spoljašnji delovi aviona se prave od aramid - aluminij um kompozita koji poseduje neobičnu kombinaciju jačine, krutosti, otpornosti na koroziju i male težine. Uz to je poboljšana i otpornost na zamor. Za izradu komponenti avionskih motora koriste se kompoziti sa metalnom matricom. Oni su otporni na visoke temperature koje se razvijaju pri radu motora, ali su, na žalost, mnogo teži od onih sa polimernom osnovom. Za delove izložene visokim temperaturama, upotrebljavaju se karbon - karbon kompoziti. Oni mogu da izdrže temperature do 3000§C i zapravo su jači na visokim nego na niskim temperaturama. Elise helikoptera se takode izrađuju od kompozita.Kompoziti imaju široku primenu i za izradu delova automobila. Jedna od primena je ojačanje automobilskih guma. Gume ojačane najlon, aramid ili čeličnim vlaknima imaju veću jačinu, izdržljivost i postojanost. Sigurnosno staklo je kompozit kod kog plastično vezivo sjedinjuje deliće stakla. Vezivo sprečava letenje parčića stakla kada se ono slomi.

Električni kontakti u prekidačima se prave od kompozitnih materijala. Materijali koji se koriste za električne kontakte moraju istovremeno imati veliku električnu provodljivost i otpornost na habanje. Kompoziti sa čestičnim ojačanjem poput volfram - srebro kompozita zadovoljavaju ove usiove.Kompozitni materijali se koriste i za izradu slojeva za zaštitu od interferencije elektromagnetnih talasa. Elektromagnetno zračenje, posebno visokih frekvencija, može se mešati sa elektronskim aparatima kao što su kompjuteri, uređaji u avionima itd. Stoga je potrebna zaštita i izvora zračenja i elektronskih urađaja. Zaštitni slojevi mogu odbijati ili adsorbovati zračenje.


Uradio-la:



Kompozitni materijali štite uređaje od mešanja elektromagnetnih talasa po principu višestruke refleksije. U ove svrhe se koriste kompoziti sa polimernim, cementnim ili karbonskim matricama. Karbonske matrice imaju najveću efikasnost u zaštiti ali su najskuplje. Jedan od najpoznatijih i najčešće korišćenih kompozita je beton sa česticama peska ili šljunka povezanih cementom. Koristi se i ojačan beton, tj. beton ojačan čeličnim šipkama koje poboljšavaju jačinu i sprečavaju rušenje konstrukcije ukoliko dođe do pucanja samog betona.Kompoziti sa aramid ili karbonskim vlaknima se zbog velike krutosti i male težine koriste se za izradu sportske opreme, tj. rekvizita, kao što su skije, štapovi za golf, štapovi za pecanje, teniski reketi, vesla itd. Ovakvi rekviziti omogućavaju postizanje najboljih sportskih rezultata, pa se koriste dosta bez obzira na visoku cenu. Glavni ograničavajući faktor masovnije primene kompozitnih materijala je njihova relativno visoka cena.Sa druge strane, sa stanovišta prirodne osnove, kompozitni materijali se mogu klasifikovati na tri osnovne grupe :

- kompozitni materijali sa polimemom osnovom ( KPO ). Materijali iz ove grupe sa poliamidnom osnovom mogu se koristiti na temperaturi i do 300°C;

- kompozitni materijali sa metalnom osnovom ( KMO ). Oblast njihove primene je do oko 450°C ( za metale sa niskom tačkom topljenja ) i do oko 1000°C - za metale sa višom tačkom topljenja ( Ni super legure ) ;

- kompozitni materijali sa keramičkom osnovom ( KKO ). Njihova temperatura primene može biti više od 1600°C.

Kao što se iz navedenog može zapaziti, veliki broj materijala svrstava se u ovu klasu i mi ćemo prikazati neke od najznačajnijih kompozitnih materijala koji se upotrebljavaju u inženjerskim konstrukcijama visoke tehnologije.Osnovni pravci razvoja kompozita, i uopšte novih materijala su usmereni ka smanjenju njihove upotrebne mase, povećanju njihove postojanosti na povišenim temperaturama, povećanju izdržljivosti prema statičkim i dinamičkim naprezanjima i povećanju njihove korozione postojanosti. U visoko razvijenim transportnim sistemima vazduhoplovstva posebna se pažnja , pri razvoju novih materijala, poklanja : bezbednosti, pouzdanosti, performansama i uštedi goriva.Intenzivni rast cene energije u svetu nameće, kao imperativ, smanjenje potrošnje goriva u transportnim sistemima, a time i potrebu za uvođenjem novih, lakih konstrukcionih materijala, koji bi mogli što potpunije da ispune navedene zahteve.U takve materijale spadaju, npr. višekomponentne Al - Li legure i fiber ( vlaknasti )kompoziti, od kojih se očekuje 25 - 26 % u supersomčnim avionima.U tabeli 1. date su prednosti i nedostaci Al - Li legura i fiber kompozita, u odnosu na komercijalne Al - legure.


Uradio-la:



Materijali Prednosti Nedostaci

Al-Li legure - niska gustina(oko2,5 g/cm3)

- visoka specifičnasvojstva- dizajniranja i obradakonvencionalnimmetodama i alatima-automatizacija irecikliranje mogući

- niska plastičnost (oko6%)- cene proizvodnje okotri puta veća nego zakonvencionalne legure

Fiber kompoziti - niska gustina(<2g/cm3)- vrlo visoka specifičnasvojstva-visoka korozivna otpornost- niža cena startnihkomponenata

- niska plastičnost (<3%)- visoka cena proizvodnje za5-20 puta- mogućnost štete i nesrećepri dobij aj u- automatizacija,recikliranjenemoguće

1.1.Vlakna za ojačavanje kompozitnih materijala na osnovu plastike

U razvijenim zapadnim zemljama upotrebljavaju se 3 osnovne vrste sintetičkih vlakana radi ojačavanja plastičnih materijala : staklena aramidna i ugljenična. Staklena vlakna se najviše upotrebljavaju jer imaju najnižu cenu.

1.2.Staklena vlakna za ojačavanje plastike

Staklena vlakna se upotrebljavaju za ojačavanje plastičnih osnova radi dobijanjakonstrukcionih kompozita, koji imaju sledeće pogodne karakteristike : visok odnos čvrstoće prema masi, dobru dimenzionu stabilnost i dobru otpornost prema zagrevanju, hlađenju, vlazi i koroziji kao i laku izradu i niske cene. Dve najznačajnije vrste stakla koje se koriste za proizvodnju staklenih vlakana za kompozite su staklo E - tipa ( električno ) i S tipa ( visoke čvstoće ). Pored Si02 ( kao osnove ), u sastav navedenih stakala ulazi još A1203, MgO, CaO i B203. Staklena vlakna se proizvode izvlačenjem tankih niti stakla, tzv. monofilamenta iz peći koja sadrži rastopljeno staklo, i sakupljenjem velikog broja ovih filamenata, radi obrazovanja strukova vlakana, koji se, zatim, upotrebljavaju za izradu konaca ili labavo uvijenih snopova. Strukovi se, obično, zajedno drže pomoću smolastog vezivnog sredstva. U tabeli 2. data su, uporedo, neka svojstva za vlaknaste ojačivače.


Uradio-la:



Svojstva Zatezna čvrstoća,(Mpa)

Modul elastičnosti

pri zatezanju (Gpa)

Prekidno Izduženje(%)

Gustina(g/cm3)

E-staklo 2410 69 3,5 2,54

Ugljenik(HT) 3100 220 1,4 1,75

Tabela 2. Uporedna svojstva konačnih (vlaknastih) ojačivača plastike

1.3.Ugljenična vlakna za ojačavanje plastike

Kompozitni materijali koji se izrađuju upotrebom ugljeničnih vlakana za ojačavanje plastičnih osnova, kao što je epoksidna smola, karakterišu se kombinacijom : male mase, veoma velike čvrtoće i visoke krutosti ( modula elastičnosti )međutim, relativno visoka cena ugljeničnih vlakana ograničava njihovu masovnu upotrebu ( koristi se pretežno za vazdušno - kosmičke primene ). Ugljenična vlakna za ove kompozite proizvode se, uglavnom od prekusora ( poliakril nitrila (PAN) i polučvrstog ostatka frakcione destilacije kamenog ulja ), odnosno, katrana iz nafte.Na šemi broj 1. dat je prikaz osnovnih operacija dobijanja ugljeničnih vlakana iz PAN prekusora. U fazi stabilizacije, PAN vlakna se prvo razvlače, a zatim oksidišu na 200 do 220°C , dok se drže u zategnutom stanju. U operaciji karbonizacije, stabilizovana vlakna se pirolizuju u inertnoj atmosferi , u intervalu 1000 do 1500°C, dok se ne transformišu u ugljenična vlakna, uklanjanjem : kiseonika, vodonika i azota iz prekusorskog vlakna.


Uradio-la:



PAN -> Stabilizacija -* Karbonizacija -* Grafitizacijavlakno na 200-220°C na 1000- 1500°C na 1800°C

I i

visokočvrsto visokomodulnougljenično ugljeničnovlakno vlakno

Šema 1. osnovne operacije u proizvodnji ugljeničnih vlakana iz PAN prekusora

U operaciji grafitizacije, koja se izvodi iznad 1800°C, postiže se povećanje modula elastičnosti, obrazovanjem teksture grafitiziranih kristala unutar svakog vlakna. Ugljenična vlakna od PAN pekusorskog materijala ( prečnika 7-10 um ) imaju zateznu čvrsoću od oko 3100 - 4450 MPa i modul elastičnosti od oko 193-241 GPa, dok imaju gustinuoko 1.7-2.1 g/cm3.

1.4.Aramidna vlakna za ojačavanje plastike

Aramidno vlakno ( trgovački naziv : kevlar ) je opšti naziv za aromatična, poliamidna vlakna. Udanašnje vreme postoje dve komercijalne vrste : kevlar 29 ( primenjuje se za balističku zaštitu, užad i kablove ) i kevlar 49 ( primenjuje se za vazdušno-kosmičke, brodske, automobilske i druge svrhe ). Prema tome, kevlar - aramidna vlakna se upotrebljavaju za primene gde je značajna : mala masa, visoka Čvrstoća i krutost, otpornost prema oštećenju, otpornost prema zamaranju i visoka vremenska čvrstoća.


Uradio-la:



1.5. Plastike kao osnove za ojačavanje vlaknima

Dve najznačajnije osnove od plastičnih smola su nezasićene poliestarske i epoksidne smole. Neka od svojstava livenih poliesterskih i epoksidnih smola, navedeni su u tabeli 3.

Tabela 3. Nekoliko svojstava livenih poliesterskih i epoksidnih smola bez ojačivača

Svojstva Zatezna čvrstoća( MPa)

Modulelastičnosti pri zatezanju( GPa)

Napon tečenja pri savijanju (MPa)

Relativna gustina

Poliestar 40-90 2.0-4.4 60 - 160 1.10-1.46

Epoksid 55-130 2.8-4.2 125 1.2-1.3

Relativna gustina predstavlja gustinu datog materijala, npr. plastike prema gustim vode.

1.6.. Poliesterske smole ojačane staklenim vlaknima

Poliesterske smole imaju nižu cenu, ali imaju i niža svojstva čvrstoće u odnosu na epoksidne smole. Čvrstoća plastika ojačanih staklenim vlaknima, uglavnom zavisi od sadržaja stakla u materijalu, kao i od rasporeda staklenih vlakana. Uopšteno, što je veći procenat stakla u kompozitu, to je plastika više ojačana. Kad postoje paralelni streukovi stakla, kao što može biti slučaj pri izradi kompozita, postupkom namotavanja filamenata, sadržaj vlakana može biti od 80% što dovodi do vrlo visokih čvrstoća kompozita. Plastični kompoziti , ojačanih staklenim vlaknima, se primenjuje za izradu : trupova čamaca, građevinskih ploča i konstrukcionih ploča za automobile, avione i elektrouređaje za domaćinstvo.


Uradio-la:



1.7 Epoksidne smole ojačane ugljeničnim vlaknima

Epoksidne smole se obično koriste kao osnove za izradu kompozita sa ugljeničnim i aramidnim vlaknima. U kompozitima sa ugljeničnim vlaknima, vlakna obezbeđuju visoka zatezna svojstva ( krutost, Čvrsoća ), dok je osnova ta koja treba da primi udar i da obezbedi poravnatost vlakana. Pored epoksidnih smola koje se najviše koriste kao osnove za ojačavanje ugljeničnim vlaknima, i druge smole ( poliamidi, polisulfoni i dr. ) se mogu upotrebiti za određene namena.Glavna prednost ugljeničnih vlakana je u tome što imaju visoku čvrstoću i module elastičnosti uz nisku gustinu. Iz ovog razloga, kompoziti sa ugljeničnim vlaknima zamenjuju metale za neke vazdušno- kosmičke primene, gde je izuzetno značajna ušteda na masi.

U tabeli 4. dato je nekoliko tipičnih mehaničkih svojstava kompozitnog materijala: epoksi-ugljenična vlakna, koji sadrži 62% (po zapremini) ugijeničnih (grafitnih) vlakana. Na osnovu datog se može zapaziti da se, u zavisnosti od načina pakovanja slojeva, tj. U zavisnosti od inženjerskog projektovanja kompozita, mogu ostvariti različiti nivoi čvrstoće.

Svojstva Uzdužno, 0° Poprečno, 90°

Zatezna čvrsoća ( MPa) 1860 65

Modul elastičnosti prizatezanju ( GPa)

1456 9.4

Prekidno izduženje ( % ) 1.2 0.7


Uradio-la:



1.9. Postupci oblikovanja kompozita ojačanih vlaknima

Postoje mnoge metode za proizvodnju plastike ojačanih vlaknima.Postupak ručnog oblikovanja je najprostiji metod. Izvodi se u kalupu tako što se preko ojačivača od staklenih vlakana ( u obliku tekstila ili prostirke ) nanosi ( livenjem ) smola osnove, izmešane sa katalizatorima. Postupak prskanjem je sličan prethodnom metodu pri čemu se u kalup pištoljem za prskanje (kombinacija sekač i pištolja ), unosi : sečeni, labavo usukani snop staklenih vlakana i katalizirana smola ).Postupak namotavanja filamenata se koristi za proizvodnju visoko čvrstih šupljina cilindara. U

ovom postupku, vlaknasti pojačivač, predhodno inpregniran plastičnom smolom, se kontinuirano namotava na obrtno vreteno. Kad se nanese dovoljan broj smola,oblik dobijen namotavanjem očvrsne, a vreteno se ukloni.

Postupak oblikovanja tečenjem pločastog kompaunda je jedan od novijih postupaka.Pločasti kompaund, oblikovan tečenjem, se izrađuje automatizovanim kontinuiranim postupkom, tako što se libavo usukani snop od kratkih strukova staklenih vlakana nanosi na sloj paste od smole - punioca, koji se kreće na polietilenskoj foliji. Zatim se nanosi drugi sloj paste od smole-ponioca preko prvog sloja, pri čemu se obrazuje kontinuirani sendvič od staklenih vlakana i smole-punioca.Postupak kontinuiranog izvlačenja se primenjuje za proizvodnju plastika, ojačanih vlaknima, konstantnog poprečnog preseka, pri čemu se vlakna neprekidnih strukova,impregnirana smolom uvode u zagrejani kalup, a zatim polako izvlače, kao očvrslikompozitni materijal. Oblik završnog proizvoda određuje čelični kalup, kroz koji sekompozitni polufabrikat izvlači.Za kompozite na bazi vlaknastih ojačivača treba napomenuti da je osnovni koncept kod njihove proizvodnje da osnova prenese opterećenje na ojačivač, ali tako da ne dozvoli prenošenje krutosti ojačivača na kompozitnu strukturu kao celinu. Naime, teotija ojačavanja vlaknima pokazuje daše značaj efekta ojačavanja očekuje samo ako je modul elastičnosti vlakana (E) veći od modula osnove, iako se pri tome naprezanje može preneti na vlakna. Osnova kompozita ima nekoliko funkcija:

- Posrednik je putem koga se prenosi napon, obično smicanjem, na ojačavajuća vlakna, odupire se smicanjem ili pritisnim silama, što omogućava kompozitu da izdrži idruge napone, osim zateznih,


Uradio-la:



Zaštićuje vlakna od oštećenja abrazijom, ili hemijskim dejstvom sredine, - Održava vlakna rastavljenim, tako da pukotina od bilo kojeg vlakna ne može da se brzo rasprostre kroz druga vlakna pri dodiru sa njima.

Prema tome, žilavi metali, ili polimemi film osnove, koji se nalazi između krtih ojačavajućih filamenata, menja način loma, odnosno žilavost materijala. Značajna karakteristika mnogih kompozita visokih svojstava je ta, da su oni mnogo žilaviji nego oba konstituenta pojedinačno.

2. DrvoDrvo je jedan od najviše upotrebljavanih inženjerskih građevinskih materijala i približava se proizvodnji cementa i čelika. Pored upotrebe drveta, kao drvena građa za gradnju kuća, građevina i mostova, ono se , takođe se, koristi i za izradu kompozita, kao što su: šperploče, iverice i papir.Drvo je prirodno stvoren materijal koji se sastoji, uglavnom, od složeno raspoređenih celuloznih ćelija, ojačanih polimemom supstancom, koja se naziva lignin, i drugim organskim jedinjenjima. Drvo je prirodni proizvod složene strukture, te se od njega ne mogu očekivati homogeni proizvodi za inženjerske konstrukcije, kao sa proizvodima na metalnoj osnovi. Makrostruktura drveta se sastoji od beljike, koja je izrađena pretežno od živih ćelija i prenosi hranljive sastojke, i srčike, koji se sastoji od mrtvih ćelija.Dve glavne vrste drveta su: meko i tvrdo.Meko drvo (jela, bor, omorika itd.) ima neprekriveno seme i usko (igličasto) lišće, dok tvrdo drvo (hrast, javor, jasen itd.) ima pokriveno seme i široko lišće.Sveže oboreno drvo sadrži veliku količinu vlage. Na primer, kod jasena jedna trećina ukupne mase-drvo. Sušenje drveta na vazduhu, posebno u obliku građe, dobar deo vlage ispari, a drvena građa postaje lakša, jača i trajnija, bolje se konzervira (boji, lakira) i lakše se obrađuje.Prema načinu upotrebe, drvo se deli na drvo za: inženjersku upotrebu (tehničko drvo),ogrev i hemijsko iskorišćavanje.Drvo je vrlo anizotropno i njegova svojstva čvrstoće u pravcu vlakana su mnogo veća,nego poprečno na njihov pravac.Na kraju treba napomenuti da drvo, kao konstrukcioni materijal, ima prednosti kojeobuhvataju: čvrstoću, ekonomičnost, laku obradu, i trajnost (ako se pravilno zaštiti).


Uradio-la:



ZAKLJUČAK

Savremeni kompozitni materijali, postaju sve značajniji za namene gde se zahtevaju visoke karakteristike i kritična struktura. Za nove vrste kompozitnih materijala koje se koriste u industriji, nauci, tehnologiji, medicini itd., očekuje se rast proizvodnje od oko 5% na godišnjem nivou, što je dovoljni pokazatelj koliko je razvoj kompozitnih materijala značajan za razvoj čovečanstva u tehničko - tehnološkom smislu, sa akcentom na razvoj avio- i kosmičke industrije.

3.VRSTE DIREKTNIH KOMPOZITNIH MATERIJALA

Postoji nekoliko klasifikacija kompozitnih materijala. Najviše se koristi klasifikacija kompozitnih materijala temeljenih na veličini čestica punioca. Postoje 3 tipa:

1. Tradicionalni (konvencionalni) kompozitni materijali (makropunjeni)2. Mikropunjeni kompozitni materijali3. Hibridni kompozitni materijali.

3.1. Tradicionalni ili konvencionalni kompozitni materijali (makropunjeni)

- 70-80% težine anorganskog punioca- veličina čestica 20-50 mikrona- nedostaci: hrapavost, diskoloracijaDiskoloracija nastaje zbog sposobnosti tercijarnih amina koji se pod uticajem UV svetlapretvaraju u žuto, i to obično u intervalu od 18 do 24 meseca.Površinska hrapavost se povećava sa starošću materijala zbog trošenja ili gubitkapovršinskih čestica matriksa.Danas se retko koriste zbog lošeg poliranja, nestabilnosti idiskoloracije.


Uradio-la:



3.2. Mikropunjeni kompozitni materijali

- čestice veličine 0,02-0,04 mikrona- visoka poliranost i estetski izgled- ne preporučuje se upotreba u područjima s visokim pritiskom- često je marginalno puzanje- niska otpornost na pritisak pa se ne preporučuje upotreba kod kvaliteta IV razreda- fizička svojstva lošija zbog niskog udela neorganskog punioca- visok koeficijent toplotne ekspanzije u odnosu na ostale kompozitne materijale- veća apsorpcija vode- veće polimerizaciono skupljanje- niži modul elastičnosti- niža pritisna snaga- niža otpornost na lom- niži modul elastičnosti pa zbog toga niža fleksibilnost nego mikropunioca

3.3. Hibridni kompozitni materijali

- 70-80% težinskog udela punioca- čestice veličine 0,04-5 mikrona- prosečna veličina čestica veća ili jednaka 1 mikron- mikrohibridi: prosečna veličina čestica manja od 1 mikron

- obično su radioaktivni- fizička svojstva su između konvencionalnih i makropunjenih sa sitnim česticama punioca- rezistentni na frakture

Translucencija kompozitnih materijala zavisi o dva faktora:

indeksu refrakcije^ ako indeks refrakcije matriksa prelazi indeks refrakcije punioca, kompozitni materijal će biti translucentan. U suprotnom, svetio će se raspršavati i kompozitni materijal će biti u redu.indeks refrakcije matriksa > indeksa refrakcije punioca = translucencija

talasna dužina (veličina čestica punioca): Ako je talasna dužina čestica blizu talasnoj dužini svetla, čestice će apsorbovati svetio i kompozitni materijal će biti u redu.


Uradio-la:



4.POSTUPCI POLIM ERIZACIJE

4.1. Hemijski aktivirana

Smole koje polimerizuju na ovakav način su dvokomponentne od kojih jedna pasta sadrži tercijalni amin kao aktivator, a druga benzoil peroksid kao inicijator. Budući da se mešaju ručno, porozni su zbog inkorporacije merhurića vazduha.

4.2. Aktivirana vidljivim (plavim) svetlom

Ove smole sadrže kamforkinon (0,25%) kao fotoinicijator i tercijarni amin u jednoj tubi. Kamforkinon ima apsorpcioni spektar od 390 - 510 nm, s maksimumom apsorpcije na 470 nm. Pri ekspoziciji svetlu, kamforkinon prelazi u pobuđeno stanje. Uzima elektron od amina i dolazi do stvaranja slobodnih radikala koji zatim iniciraju proces polimerizacije. Tercijarni amin je poznat kao koinicijator, odnosno ne apsorbuje svetio, ali reaguje s aktiviranim fotoinicijatorom da bi došlo do stvaranja slobodnih radikala. Vidljivi su i inhibitori kako bi održali stabilnost na svjetlu.Konvencionalni uređaji koriste halogene sijalice kako bi proizveli belo svetio koje filtracijom daje plavo svetio talasne dužine 400 - 540 nm. Zadnjih nekoliko godina proizvedene su halogene sijalice koje emituju plavo svetio početnog nižeg intenziteta nakon čega sledi veći intenzitet tzv. soft-start uređaja. Svrha im je osigurati spoljni integritet ispuna jer se smola polimerizuje sporije u početnoj fazi stvrdnjavanja nego kao što je to kod klasičnih halogenih uređaja.

Ovo omogućuje oticanje kompozitnog materijala tokom početne faze polimerizacije, minimizirajući stres koji nastaje na vezujućim površinama.

Tri su vrste soft-start halogenih uređaja:

dvo-delna polimerizacija eksponencijalna polimerizacija pulsno odložena polimerizacija.


Uradio-la:



Dvo-delna polimerizacija - razdoblje niskog početnog intenziteta (obično 100-200 mW/cm2) nakon čega sledi period visokog intenziteta (600-800 mW/cm2). Eksponencijalna polimerizacija - počinje s niskim intenzitetom i povećava se postepeno do konačnog (visokog) intenziteta.Pulsno pomerena polimerizacija - emituje svetio u kratkim vremenskim intervalima. Preporučuje se završna polimerizacija intenziteta 600-800 mW/cm2 (lO).Halogene sijalica visokog intenziteta (1000 - 2000 mW/cm2) uvedene su nedavno na tržište kako bi osiguralo brzo stvrdnjavanje kompozitnih materijala u odnosu na klasične halogene sijalice. Alternativni uređaji visokog intenziteta su plazma uređaji i argonski laser.

Plazma uređaji koriste ksenonski izvor svetla. Joniziranjem čestica plina (plazma) proizvodi se jako svetio te se filtrira kako bi se dobilo plavo svetio. Argonski laser emituje plavo svetio vrlo uske talasne dužine. Ovi uređaji koriste optičko vlakno za transmisiju svetla. Nedostatak mu je visoki intenzitet koji uzorkuje brzu poiimerizaciju te nastanak pukotine među vezanim površinama.Pulsni laser emituje energiju u kratkim intervalima - nanopulsevima. Prodornost i intenzitet nanopulseva omogućuje saturacioni učinak i jednakomernu konverziju ćelom dubinom kompozitnog uzorka, a vrijeme između nanopulseva osigurava relaksaciju molekula i smanjenje stresa polimerizacijskog skupljanja. Međutim, pored postignutih dobrih rezulta, klinička primena laserskih izvora svetlosti biće moguća tek smanjivanjem kako veličine aparata tako i njihove cene.Najnovija dostignuća su uređaji temeljeni na plavim diodama (LED -light emitting diode). Diodni polimerizatori imaju nekoliko prednosti u odnosu na standardne halogene uređaje. Prvo, plave diode emitiraju svetio uske talasne dužine. Plave diode (koje koriste galijum-nitrid kao poluprovodnik) proizvode vidljivo svetio talasne dužine 450 - 490

nm s maksimumom na 460 nm. Ovo je idealno za materijale koji imaju najčešće korišćeni fotoinicijator ~ kamforkinon. Budući da emituju svetio uske talasne dužine, zahtevaju manju snagu što znači da se mogu puniti odnosno raditi uz napajanje baterijom, što omogućava proizvodnju relativno malih, bežičnih i prenosivih uređaja. Takođe, vek trajanja im je barem 10 puta duži od halogenih sijalica (halogene sijalice traju 50 - 100, a diode nekoliko hiljada sati), jer nema oštećenja filtera, reflektora i bulbusa kao kod halogenih sijalica, što redukuje jačinu izlaznog intenziteta svetla. Polimerizatori bazirani na diodnoj tehnologiji ne zahtevaju upotrebu filtera te proizvode znatno nižu temperaturu.

Važno je uočiti da budući da diodni polimerizatori emituju svetio uske talasne dužine, materijali s apsorpcijskim spektrom fotoaktivatora izvan ovih intervala neće biti adekvatno polimerizirani.


Uradio-la:



5.SKUPLJANJE KOMPOZITNIH SMOLA

Kompozitne smole skupljaju se 1,6 do 5,7% volumena tokom polimerizacije zbog skupljanja monomera. Većina vrednosti je između 1 i 3%. Mikropunjeni i hibridni kompozitni materijali skupljaju se približno isto (oko 3%). Za očekivati bi bilo da će se mikropunjeni kompozitni materijali skupljati više od hibrida, jer imaju manje punjača i više matriksa, međutim to se ne događa zbog njihovih prepolimeriziranih čestica. Iako se dugo verovalo da svetlosno-polimerizirajuće smole bliže izvoru svetla prvo stvrdnjavaju, nedavna istraživanja pokazuju da uslovi kao što su oblik preparacije i kvaliteta vezane površine zub/popuna imaju više uticaja na smer skupljanja nego položaj izvora svetla. Takođe se dugo verovalo da hemijski stvrdnjavajući kompozitni materijali polimerizuju primarno naspram sredine restoracije, ali istraživanja pokazuju da ni ovo ne mora biti sasvim tačno. Uslovi vezivanja takođe uveliko utiču na smer skupljanja hemijski stvrdnjavajućih smola i ovo može uzrokovati da se smola skuplja u smeru vezanih površina. Drugi smatraju da hemijski aktivirane kompozitne smole prvo polimeriziraju na vezanim površinama zub/smola, jer je smola ovde ubrzano aktivirana zbog zagrevanja od zuba i verovatno od komponenata zubnih vezujućih sredstava.Najčešća posledica polimerizacijskog skupljanja je stvaranje mikropukotine, naročito na mestima gde su rubovi kompozitne popune u cementu. Posledica toga jeste postoperativna osetljivost, rekurentni karijes.

Zaključak

Savremeni kompozitni materijali, postaju sve značajniji za namene gde se zahtevaju visoke karakteristike i kritična struktura. Za nove vrste kompozitnih materijala koje se koriste u industriji, nauci, tehnologiji, medicini itd. Očekuje se rast proizvodnje od oko 5% na godišnjem nivou, što je dovoljni pokazatelj koliko je razvoj kompozitnih materijala značajan za razvoj čovečanstva u tehničko - tehnološkom smislu, sa akcentom na razvoj avio i kosmičke industrije.


Uradio-la:



LITERATURA

1. Đukić Vladislav - Mašinski materijali2. Malesevic Niko - Osnovi nauke o metalima3. Ristić M.M. - Osnovi nauke o materijalima4. Branislava D. - materijal sa interneta

Documents

Kompozitni materijali