Click here to load reader

Materiale compozite

  • View
    26

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

materiale compozite pentru blindaje

Text of Materiale compozite

Manual2.dot

Materiale compozite5.1 Consideraii generaleTehnologia materialelor compozite armate cu fibre s-a dezvoltat n ultimii 40 de ani producnd structuri pentru un mare numr de aplicaii aerospaiale. Aceste materiale compozite, de regul, constnd din fibre de sticl, kevlar sau grafit (carbon) ntr-o matrice de rini, au fost utilizate cu succes n realizarea unor structuri pentru avioane, vehicule spaiale i rachete. Producia tipic de materiale compozite a inclus: fuzelaje, stabilizatori transversali, pale de elicopter, recipiente pentru combustibili, difuzoare conice de elicoptere, conducte de alimentare, inele de etanare i carcase pentru motoarele de rachet cu combustibil solid.La nceput carcasele tubulare ale motoarelor pentru rachetele tactice au fost realizate din aliaje metalice de nalt rezisten. Cu timpul, n mare parte, carcasele metalice la rachetele strategice i la boosterele rachetelor spaiale. Principalul stimul pentru aplicaii ale motoarelor rachetelor strategice i spaiale au fost ctigul de eficien structural oferit de carcasa compozit, mai uoar, ca urmare posibilitatea creterii masei propelantului i deci a performanei motorului. n afar, de aceasta, n favoarea ridicat a raportului rezisten/densitate i posibilitile oferite proiectantului de varia proprietile materialului n funcie de solicitrile pe diferite direcii prin modificarea structurii elementului de armare.

Fig.5.1 Carcasa motorului rachetei PAC-3, pies de legtur i carcasa pentru radar din compozit armat cu fibre de carbonn fig.5.1 este prezentat o aplicaie a utilizrii unui material compozit armat cu fibre de carbon, la motorul rachetei tactice americane PAC-3.

n momentul de fa exist o practic edificatoare privind utilizarea materialelor compozite la motoarele unor rachete performante. Mai multe tipuri de rachete, incluznd rachetele franceze SUPER 530 D i VT-1 i americane (US) ADATS i PAC-3, au consacrat folosirea materialelor compozite ca sisteme de materiale pentru carcasele motoarelor de rachete tactice. Realizatorii acestor sisteme au explorat n detaliu, flexibilitatea i optimizarea fabricaiei, validarea principiilor de proiectare i modelarea prin vaste testri structurale i performanele materialelor n condiii extreme de mediu, de zbor i operaionale.

Materiale compozite sunt materiale noi de construcie, care posed o bun rezisten la rupere, proprieti fizico-mecanice i alte caracteristici superioare, de nerealizat cu aliaje metalice Folosirea lor a fcut posibil realizarea unor construcii care rspund mai bine cerinelor impuse (chiar mai bine dect cele metalice), dac ne referim la greutatea specific mult mai mic, la tehnologiile mai simple i la utilizarea mai raional a materialului. n domeniul MRCS, folosirea lor a permis reducerea substanial a masei acestora i, deci creterea performanelor rachetelor [84].Compozitele sunt constituite dintr-o matrice de material plastic, metal sau ceramic i un element de armare (ntrire): fibr de sticl, fibr de carbon (grafit), fibr de bor, carburi de siliciu, safir, alumin, aliaje feroase i neferoase, textile, asbest, poliamide, poliesteri etc. Materialele plastice pot fi termoplastice (polietilen dens, rini poliesterice, ABS, P.V.C., polistiren, polipropilen, polisulfone, poliamide etc.) sau termorigide (rini poliesterice nesaturate, epoxidice, fenolice, melaminice .a.). Produsele executate din compozite cu matrice din materiale termoplastice i pstreaz proprietile fizico-mecanice iniiale pn la temperatura de , n timp ce acelea executate din compozite cu matrice din materiale termorigide pot fi utilizate n condiii bune pn la temperaturi mai mari cca. .

Dup forma geometric i dimensiunile elementelor de armare, compozitele cu matrice din material plastic pot fi armate cu fibre formate din monocristale filamentare (whiskers) cu diametre cuprinse ntre 1 i i lungimi . Dup lungimea lor fibrele pot fi: foarte scurte , scurte ( ntre 10 i ) ori lungi , obinute din diferite materiale menionate mai nainte. De asemenea, materialele compozite cu matrice din mase plastice mai pot fi armate i cu microsfere de sticl, safir, metale .a., pline sau goale, avnd diametrul cuprins ntre 5 i , temperatura de nmuiere de , duritatea , difuzie termic , conductivitate termic la i la . La ntrirea cu microsfere cu granulaie variabil, cu diametrul cuprins ntre 4 i i nu uniform, compozitele obin caracteristici mecanice mai bune. n funcie de natura elementelor de armare, modul de obinere i livrare a acestora sub form de particule, whiskers-uri, fibre foarte scurte, scurte sau lungi, produsele din compozite cu matrice din mase plastice pot fi obinute prin turnare, laminare, presare etc. Tehnologia de obinere a compozitelor cu matrice din mase plastice armate cu fibre sau ntrite cu microsfere este relativ complicat i const din elaborarea elementelor sub form de microsfere, particule filiforme respectiv fibre individuale sau sub form de roving, esturi, mpletituri etc., pe de-o parte, i impregnarea acestora n materialul plastic al matricei, pe de alt parte.

Compozitele cu matrice din mase plastice, n funcie de procedeul de elaborare folosit, pot fi livrate sub form de produse turnate, presate, laminate, extrudate, formate manual sau mecanic etc.Materialele compozite cu matrice metalic au cel mai frecvent matricea construit din aliaje de Ni sau Co cu W, V, Mo, Al, Zr, B, Ti etc. i armat cu monocristale din carburi metalice de Ti, W, Nb etc., sau cu fibre scurte sau lungi de sticl, grafit, carburi metalice, ceramic, bor, roci minerale etc.n construcia navetelor spaiale sunt utilizate cu precdere materialele compozite de tip ceramic ceramic avnd matrice din: carbur de siliciu, nitrur de siliciu, oxid de aluminiu etc., armate cu monocristale filamentare, fibre de ceramic (SiC, , ), fibre din carbon, de bor sau whiskers.Densitatea compozitelor se poate obine aplicnd, regula structurilor, deci:

(5.1)

unde indicii c, f i m s-au dat pentru materialul compozit, respectiv fibre i matrice.

n cazul compozitelor cu fibre continue, proprietile mecanice se pot calcula ca o medie ponderat a celor dou materiale [70]. Admind c cele dou materiale sunt culate (la interfaa fibre-matri nu au loc la procese de alunecare) pentru o solicitare a materialului compozit paralel cu direcia de orientare a fibrelor se poate scrie

(5.2)

sau innd seama de seciuni i seciuni:

(5.3)

Dac raportm la i notm i se poate determina limita de rupere a compozitului:

(5.4)

unde i sunt limitele de rupere ale fibrelor i matricei.

Relaia (5.4) este valabil numai dac alungirea longitudinal la rupere a matricei este egal cu cea a fibrelor. Deoarece pentru marea majoritate a compozitelor, alungirea la rupere a matricei este mai mare ca a fibrelor, limita de rupere a materialului se determin cu relaia:

(5.5)

unde reprezint efortul suportat de matrice la o deformaie specific egal cu alungirea la rupere a fibrelor .

Pentru aceeai schem de solicitare a materialului compozit alungirea componentelor este egal cu cea a compozitului.

(5.6)

Rezult c relaia (5.4) se mai poate scrie sub forma:

(5.7)

n aceste condiii, gradul de ranforsare (raportul. Sarcin fibre/sarcin matrice) este dat de expresia:

(5.8)

n care reprezint gradul de transfer al sarcinii.

Modulul de elasticitate longitudinal al materialului se determin ca o medie ponderat a proprietilor celor dou componente:

(5.9)

n cazul unei solicitri transversale se poate scrie:

(5.10)

sau pe baza legii lui HOOKE, relaia (5.10) devine.

(5.11)

si deoarece , se obine pentru modulul de elasticitate transversal G expresia:

(5.12)

5.2 Compozite armate cu fibre de sticl [17,40]Compozitele de acest tip sunt constituite dintr-o matrice de material plastic sau termorigid, amestecat cu materiale de umplutur (solveni stabilizatori) i armat cu fibre de sticl.

Fibrele de sticl au cea mai mare rspndire n armarea materialelor compozite cu matrice din materiale plastice, deoarece prezint urmtoarele caliti: confer rezisten la oc, rezisten la compresiune i traciune, stabilitate dimensional, rezisten la foc, rezisten n medii chimice agresive, rezisten la atacul microorganismelor, are higroscopicitate redus, nu putrezesc.

Dei sticla obinuit sau tratat (securizata) are o rezisten la ncovoiere de 27 pn la , modulul de elasticitate cuprins ntre , rezistena la compresiune de i alungirea de numai , dac este trefilat n fibre cu diametrul de (la temperatura de i viteza de ), aceasta capt o rezisten la traciune de cnd diametre fibrei este , cnd i respectiv cnd .

De asemenea, sub form de fibre, sticla i pierde complet fragilitatea i rezistena la ncovoiere, iar alungirea la traciune crete pn la .

Formele de utilizare a fibrelor de sticl folosite la realizarea diferitelor produse pot fi (fig.5.2):

fir cu filamente paralele (a);

fir cu filamente rsucite (b);

fir cu doua fibre paralele (c);

fir cu fibre torsionate (d);

fir cu fibre consolidate ntre ele cu ajutorul unor adezivi de lipire, ungere i anticorozivi;

roving (e).

Roving-ul care este o alt variant de configurare a fibrelor se obine prin rsucirea tronsoanelor 1 i 2 i se prezint sub form de cabluri, fiecare tronson putnd fi constituit din 6 pn la 204 monofibre lungi de sticl, cu diametre cuprinse ntre 8 i , dispuse paralel i netorsionate, unite ntre ele cu rini.

Roving-ul standard are 60 sau 204 capete legate ntre ele, uniform tensionate, lipsite de deformri, ncovoieri sau rsuciri.

Fig.5.2 Configuraii ale fibrelor de sticl

Fibrele de sticl rsucite i unite ntr-un singur fir (fig.5.2 b, c i d) sau sub form de roving (fig.5.2 e) au o greutate specific mic, rezisten ridicat la: solicitri mecanice, coroziune, uzur i temperaturi ridica

Search related