materiale compozite

  • View
    565

  • Download
    7

Embed Size (px)

Text of materiale compozite

Materiale compozite Scurt istoric

n contextul utilizrii din ce n ce mai mari a produselor din materiale neconvenionale, articolul de fa i propune prezentarea ctorva aspecte generale referitoare la materialele compozite si o scurta istorie a aparitiei acestora. Avantajele pentru care aceste materiale cuceresc piaa sunt urmtoarele:

greutate sczut n comparaie cu materialele clasice rezistena mare la uzur, coroziune caracteristici mecanice n concordan cu necesitatea ulterioar a produsului.

Costul mai ridicat al acestor materiale se justific prin precizia, calitatea produselor obinute, iar funcionarea acestora conduce la o mrire a fiabilitii, mentenanei, i dac este vorba de industria automobilelor i a aeronauticii, de un consum sczut de energie. tiina materialelor compozite a aprut din necesitatea unor studii multidisciplinare, pornind de la faptul c elaborarea acestora este complex, condiiile de operare n care aceste materiale trebuie s funcioneze sunt severe, proprietile fizice, chimice, magnetice, electrice i mecanice sunt influenate de compatibilitatea i modul de dispunere a elementelor componente. Efortul oamenilor de tiina se orienteaz ctre materialele noi, i implicit asupra tehnicilor de prelucrare i proiectare analitic a elementelor active necesare prelucrrii acestora. Studiul unor tehnologii au scos la iveal c acestea ar putea fi aplicate la scar industrial pentru avantajele economice, performana i simplitatea proiectrii. Din punct de vedere istoric, conceptul de material compozit este foarte vechi. n Egiptul antic crmizile de argil erau ntrite cu paie; la Muzeul Britanic din Londra, este expus un vas de depozitare din perioada merovingienilor 900 d.H de pe teritoriul Scoiei, realizat dintr-un material format din fibr de sticl ntrit cu o rin, ceea ce ar corespunde astzi unui compozit de tip rin epoxidic ntrit cu fibr de sticl. n secolul al XIX-lea vergelele de fier erau folosite pentru zidrie punndu-se bazele materialelor armate pentru construcii. Prima ambarcaiune din fibr de sticl a fost realizat n 1942 i de asemenea, la acel timp, acest material a fost utilizat n aeronautic i pentru componentele electrice. Primele fibre de bor i de carbon, cu rezisten mare la rupere, au aprut la sfritul anului 1960 fiind aplicate n materialele avansate folosite la componente de avion, prin 1968. Materialele compozite cu matrice metalic au fost introduse n 1970. Dupont a realizat fibrele de Kevlar (sau aramid) n 1973.

La sfritul anilor 70 materialele compozite s-au extins n aeronautic, la automobile, articole sportive i medicin. Sfritul anilor 1980 a marcat o cretere semnificativ n utilizarea materialelor cu fibre avnd modul de elasticitate ridicat, astfel, s-au dezvoltat materiale care s rspund cerinelor funcionrii, deci s-a introdus conceptul de proiectare a materialului plecnd de la cerinele tehnice ale produsului. n ultimii ani, pe de o parte datorit creterii spectaculoase a consumurilor de material i, pe de alt parte, datorit rezultatelor cercetrii tiinifice, a studiilor privind proprietile intime ale unor materiale, s-a trecut la realizarea materialelor compozite, numite de specialiti de generaia a II-a care prezint o serie de avantaje certe pentru o mare gam de produse, avantaje dintre care menionm:

masa volumic mic n raport cu metalele (compozitele cu rini epoxidice armate cu fibre de Si, B, C, au mas volumic sub 2 g/cm3); rezistena la traciune sporit Rm (compozitul Kevlar are Rm de dou ori mai mare dect al sticlei); coeficient de dilatare mic n raport cu metalele; rezistena la oc ridicat; durabilitate mare n funcionare (n aceleai condiii de funcionare, 1kg de Kevlar nlocuiete 5 kg de oel, la o durat egal de funcionare); capacitate mare de amortizare a vibraiilor; siguran mare n funcionare (ruperea unei fibre dintr-o pies din compozit nu produce o amors de rupere a piesei, ca n cazul materialelor clasice); consum energetic sczut la elaborare, n comparaie cu metalele (pentru obinerea polietilenei se consuma 23 kcal/cm3, iar pentru oel 158 kcal/cm3; rezisten la coroziune; stabilitate termic i rezisten mare la temperatura ridicat (fibrele de Kevlar, teflon, Hyfil sunt stabile pn la 500 oC, iar fibrele ceramice tip SiC, Si3Ni4, Al2O3 sunt stabile pn la 1400 oC 2000 oC.

Materiale Compozite Definitie

Definit n sens larg, un material compozit este un ansamblu de materiale distincte, care are caracteristici pe care nu le au materialele constituente n parte. n multe cazuri, materialele, naturale sau sintetice, se gsesc n combinaie cu alte materiale i nu acionnd n mod individual. Este cazul corpului uman, construit din carne i oase sau al betonului armat, unde cimentul este turnat pe un cadru metalic. Compozitele sintetice au aprut prima oar n industria aerospaial, din necesitatea controlrii i mbuntirii proprietilor materialelor, n conformitate cu cerinele impuse de destinaie.

Exist mai multe variante de definiie a materialelor compozite. Cea mai cuprinztoare, caracteriznd cel mai bine natura acestora este cea dat de P. Mallick. Conform lui Mallick, un material compozit este o combinaie ntre dou sau mai multe materiale diferite din punct de vedere chimic, cu o interfa ntre ele. Materialele constituente i menin identitatea separat (cel puin la nivel macroscopic) n compozit, totui combinarea lor genereaz ansamblului proprieti i caracteristici diferite de cele ale materialelor componente n parte. Unul din materiale se numete matrice i este definit ca formnd faza continu. Cellalt element principal poart numele de ranforsare (armatura) i se adaug matricei pentru a-i mbunti sau modifica proprietile. Ranforsarea reprezint faza discontinu, distribuit uniform n ntregul volum al matricei. Fibrele sunt elementul care confer ansamblului caracteristicile de rezisten la solicitri. n comparaie cu matricea, efortul care poate fi preluat este net superior, n timp ce alungirea corespunztoare este redus. Matricea prezint o alungire i o rezilien la rupere mult mai mari, care asigur c fibrele se rup nainte ca matricea s cedeze. Trebuie insa subliniat faptul c materialul compozit este un ansamblu unitar, n care cele dou faze acioneaz mpreun, aa cum sugereaz curba efort alungire pentru compozit. Sistemele de ranforsare pentru materiale compozite pot fi obinute utiliznd toate tehnologiile textile: esere, tricotare, braiding, procese pentru materiale neesute, asamblare prin coasere. La acestea se pot aduga i procesele caracterizate de producerea ranforsrii i a materialului compozit n aceeai etap, cum sunt nfurarea filamentelor i poltruderea. Criteriile utilizate n alegerea procesului tehnologic pentru fabricarea ranforsrii se refer la stabilitatea dimensional, la proprietile mecanice impuse, precum i la proprietile de drapaj / formabilitate ale sistemului de ranforsare.

Materiale Compozite Polimerice

Incercarile de obtinere a unor noi materiale superperformante au condus la dezvoltarea unei clase de produsi cunoscuti sunb denumirea de materiale compozite. Prin definitie, conceptul de compozit este atribuit unui sistem complex, alcatuit din mai multe materiale de natura diferita. In aceasta categorie intra o clasa foarte vasta de produsi. Acest lucru este determinat de faptul ca posibilitatile de modificare a constituientilor de baza, a tehnicilor de asamblare si de fabricare, a nivelului de performanta si costului sunt practic infinite. Materialele compozite au fost realizate de om din cele mai vechi timpuri. Astfel, chirpiciul (material compozit pe baza de lut si paie) si betonul armat reprezinta cele mai simple exemple de materiale compozite. Dupa Larousse, un material compozit este facut din mai multe componente cu proprietati fizice si chimice diferite si materialul compozit obtinut are proprietati mai mari decat ale componentelor.

Alta definitie ar fi three point definition: 1. un material compozit este obtinut prin punerea in contact a cel putin doua componente de naturi diferite; 2. amestecarea componentelor este un proces bine controlat astfel incat materialul compozit obtinut are proprietati mecanice, chimice si fizice bune; 3. un material compozit trebuie intotdeauna sa aiba proprietati mai bune fata de componentele din care a fost obtinut. Aceasta structura de material compozit este caracteristica multor produse naturale, fapt ce explica rezistenta mecanice deosebita a acestora. Este suficient sa amintim lemnul, bambusul, oasele, muschii etc. Este cunoscut de asemenea faptul ca aliajele metalice prezinta proprietati superioare fata de cele ale componentelor constituente. Acelasi lucru se poate spune si despre materialele compozite ceramice sau polimerice. Un material compozit este format dintr-o matrice in care se dispersa agentul de armare sau agentul de umplutura. Astfel, se poate face o prima clasificare a materialor compozite dupa provenienta acestora: Acum, in functie de matricea folosita, materialele compozite pot avea matrice bazata pe:

metale, ocupa app. 10% din productia de materiale compozite; ceramice, ocupa app 15% din productia de materiale compozite; polimeri, ocupa app 75% din productia de materile compozite.

Principalele motive pentru care polimeri reprezinta majoritate matricilor foolosite pentru producerea materialelor compozite sunt:

polimerii au proprietati mecanice mai slabe in comparatie cu metalele sau ceramicele si trebuie sa fie ranforsati cu diferite fibre, astfel producand materiale compozite cu propritati mecanice marite; polimeri pot fi prelucrati la temperaturi joase si astfel pericolul de a distruge agentul de armare (ranforsare) nu exista, in comparatie cu metalele si ceramicele pentru a caror procesare sunt necesare temperaturi foarte mari; polimerii pot fi obtinuti dupa metode clasice ce nu necesita tehnologie complexa, ca in cazul metalelor si ceramicelor.

Materiale Compozite Clasificare

Scopul iniial al realizrii compozitelor a fost creterea competitivit

Search related