Materiale Compozite

  • View
    485

  • Download
    3

Embed Size (px)

Text of Materiale Compozite

MATERIALE COMPOZITE 1. Introducere De cele mai multe ori ignorate, intrate n cotidian, materialele au constituit i continu s rmn unul din factorii principali ai progresului, de cele mai multe ori reprezentnd elementele de baz n iniierea revoluiilor tehnice. Astfel descoperirea metalelor a permis confecionarea uneltelor i a iniiat evoluia rapid a societii omeneti dup cteva milioane de ani de stagnare n utilizarea pietrei i a lemnului. Fonta a facilitat apariia transportului feroviar. Siliciul st la baza informaticii i a electronicii moderne, iar compozitele au permis performanele recente n domeniul tehnicii aerospaiale . a. Pn n secolul al XIX-lea tot ce intra n posesia omului - cas, unelte, haine, alte bunuri, se baza pe opt materiale: metal, piatr, lemn, ceramic, sticl, piele, corn i fibr. n ultimii 150 de ani dou noi materiale au creat posibilitatea lrgirii preocuprilor umane: cauciucurile i materialele plastice. Ambele fac parte din marea familie a compuilor macromoleculari. Treptat materialele polimere, ca atare sau asociate cu materiale tradiionale, au nceput s le nlocuiasc pe acestea din urm, datorit consumului mai mic de energie n etapa de fabricare, transformare, exploatere i a preului de cost adesea mai convenabil. Dac la nceput au fost substituite lemnul, hrtia, sticla, actual impactul l sufer metalele (Fig.1).

Fig.1 Evoluia utilizrii materialelor

Actual, o accentuare a interesului productorilor se constat n cazul materialelor complexe constituite prin asociere sau pseudoaliere, rezultat al evoluiei tehnologice i al cerinelor crescnde pe pia pentru materiale de nalt performan. n ultimele decenii s-a remarcat astfel o cerere crescut pentru compozite. Combinnd proprietile performante cu o prelucrabilitate superioar i o comportare bun n exploatare, ele au nceput prin a fi preferate pentru piese mici, puin solicitate, pentru ca ulterior concurena s se extind n domeniul elementelor de structur, n special n transporturi: automobile, construcii navale, feroviare, tehnic aerospaial (Tabel 1). Compozitele sunt deci rezultatul combinrii performanelor noii chimii cu o inginerie inteligent, n concordan cu cererea pe pia. Tabel 1. Substituia materialelor tradiionale de ctre polimeri i compozite polimere Materiale tradiionale Metale Domeniu de Aplicaii noi utilizareProduse prin ambarcaiuni, vase de pescuit, formare n mobilier, structuri pentru avioane, matri elemente de caroserie soclu aparatur electrocasnic carcas pentru main de scris articole de uz sanitar Profile

Materiale corespondentecompozite tehnoplaste, compozite

Sticl

conducte (pentru petrolului) conducte nclzire, ap cald articole sportive, evi pentru irigaii, drenaj Ambalaje corpuri cave, butelii, containere conserve rigide i suple Materiale de geamuri de protecie, far, protecie, protecie bord, ambalaje, butelii pentru buturi gazoase, produse lentile, fibre optice, optice izolaii Materiale construcii ui, cadru ferestre, mobilier articole de sport

PP tehnoplaste PMMA, compozite transportul PEhd, TDR PEhd, PP PVC, compozite PEhd PP, PET PEPC, PMMA PET PMMA spume poliuretanice sau polistiren expandat PVC, compozite tehnopolimeri i compozite folie PP, PET poliuretani

Lemn Hrtie Piele

Produse de suport impresionabil uz special Articole de nlocuitori piele mbrcminte i nclminte

Se poate spune c evoluia n domeniul produciei i utilizrii materialelor este astfel dominat n prezent de trei direcii: -exploatarea anizotropiei controlate, care a condus la materialele compozite; -scderea importanei materialelor de structur n favoarea celor funcionale cu proprieti speciale, n concordan cu domeniul de utilizare;

-creterea importanei interaciunii material - procedeu de prelucrare, materialele noi impunnd soluii tehnologice noi. 2. Definire, componente, clasificare Termenul de ompozit este utilizat pentru definirea unui sistem complex, alctuit din mai multe materiale de natur diferit. Principiul de constituire a materialelor compozite este relativ simplu: asocierea unor materiale nemiscibile, din clase diferite, cu scopul de a asigura prin cumularea proprietilor componentelor performane adesea superioare materialelor iniiale n ceea ce privete caracteristicile fizico-mecanice i chimice sau facilitile de prelucrare, la un cost de producie ct mai sczut,. Considerate drept materialele viitorului, ele constituie un exemplu pentru rezolvarea uneia din cerinele actuale n producia de bunuri - obinerea de materiale adaptate funciei produsului finit. Soluia n acest caz const n selecia componentelor funcie de performanele, respectiv caracteristicile impuse produsului finit, corelat cu alegerea procedeului de prelucrare optim, n concordan cu geometria produsului, volumul produciei i nivelul costurilor de producie. Principalele componente ale compozitelor sunt matricea i materialul de ranforsare, la care se adaug materiale de umplutur i aditivi (Fig. 2). Matricea este realizat dintr-un material deformabil de natur metalic, mineral sau organic cu o rezisten mecanic relativ sczut. Rolul su const n ncorporarea restului componentelor, reprezentnd astfel liantul care asigur distribuia eforturilor n masa compozitului. Confer prelucrabilitate, stabilitate chimic i dimensional, permind obinerea geometriei impuse pentru produsul finit, cu maxim precizie. Poate fi : - de natura organica (polimeri termoplastici sau termoreactivi), minerala (ex. carbon) sau metalica (ex. Al) Materialul de ranforsare, sub form de particule (microparticule cu =100-2500A, sau macroparticule) sau fibre (discontinue sau continue, de tip organic sau anorganic) dispersate omogen n matrice, induce n principal rezisten mecanic, i uneori i termostabilitate. Materialele de umplutur asigur proprieti complementare i diminuarea preului de cost. Aditivii includ compui necesari prelucrrii materialelor plastice, reticulrii polimerilor termoreactivi, sau materiale ce asigur legtura la interfa ntre componente. Prin urmare includ: sisteme catalitice (inhibitori, catalizatori, ageni de reticulare), stabilizatori (stabilizatori termici, antioxidani, fotostabilizatori), lubrifiani pentru facilitarea fasonrii, ageni de demulare pentru reducerea tendinei rinii de a adera la suprafaa utilajelor, ageni de fluaj, ageni tixotropi pentru diminuarea vscozitii rinii, pigmeni i colorani. La alegerea componentelor trebuiesc luate in considerare urmatoarele aspecte :

- compatibilitatea chimica a materialelor componente. Implica existenta unei interfete la care are loc transmiterea eforturilor si unde legaturile sunt de tip fizic sau chimic - caracteristicile fizice, chimice, mecanice impuse de domeniul de utilizare - costuri de fabricatie ale produselor de baza, transformare si finisare, completate eventual de costul controlului de calitate - selectarea procedeului de prelucrare in concordanta cu geometria produsului final si volumul productiei Avantajele oferite de aceasta noua clasa de materiale se pot rezuma astfel : -posibilitatea adaptarii materialului functiei piesei finale De obicei se produc anumite obiecte functie de caracteristicile materialului disponibil - posibilitatea optimizarii unor caracteristici precum masa volumica, prop. mec., termice - posibilitatea obtinerii de noi performante - diminuarea costurilor de productie/unitate de volum (costuri directe, de fabricatie dar si costuri indirecte) - posibilitatea de corelare intre selectarea materialelor componente, a numarului de serii de productie, si procedeul de fabricatie ales. Marea varietate a combinaiilor posibile a impus utilizarea unor criterii diferite de clasificare pentru materialele compozite: -starea de agregare a componentelor de baz; -natura matricii (compozite cu matrice organic, metalic sau mineral); -natura, geometria sau forma materialului de ranforsare (compozite cu particule, compozite ranforsate cu fibre sau compozite lamelare); -modul de distribuie a materialului dispersat (compozite izotrope, anizotrope, stratificate); -caracteristicile suprafeei de contact (compozite integrate chimic, compozite obinute prin agregare, compozite cu armare dispers); -nivelul de performane (compozite de uz general, compozite de nalt performan). O clasificare mai general, cuprinznd cteva din aceste criterii este redat n Fig. 3 Figura 2. Structura compozitelor Polimeri termoplastici -poliamide -poliimide -policarbonai -poliuretani -poliacetali -polisulfone -poliesteri -polisiloxani termoreactivi -rini fenolice -rini poliesterice -rini epoxidice - metale particule - ceramici tehnice - sticl - azbest anorganice - ceramici tehnice fibre -- carbon organice - naturale - sintetice

organica

anorganica metalica

carbon ceramic AlMATERIAL DE RANFORSARECOMPOZITE ADITIVI

MATRICEMATERIALE DE UMPLUTURA

cret silice caolin bile de sticl pulbere metalic cuar mic talc

ageni de reticulare catalizatori lubrifiani antioxidani fotostabilizatori ignifugani fungicide pigmeni

Figura 3. Clasificarea compozitelor Materiale compozite Matrice organic compozite metalic compozite ceramic compozite Material de ranforsare

metal/polimer metal/metal ceramic/ceramic mineral/polimer ceramic/metal cu umpluturi lamelare stratificate nestratificate cu fibre orientare preferenial cu particule orientare aleatorie

Functie de natura materialelor componente pot fi compozite : metal-metal : metal-polimer, ceramica-polimer, polimer-polimer etc Functie de structura, natura si modul de distribuire al mat. de ranforsare pot fi : - durificate cu particule (au proprietati izotrope) - durificate cu fibre - cu structura in benzi (comportare anizotropa) Functie de performante pot fi : - de uz general Sunt constituite de obicei din matrice de tipul rasinilor poliesterice sau fenolice, iar ca mat de ranforsare fibre de sticla lungi reprezentand sub 30% grav din masa totala.,.Reprezinta 95% din productia de compozite . Au prt accesibil. fiind destinate productiei de serie. Be

Search related