of 29/29
Facultatea : Mecanică și Tehnologie Departamentul : Inginerie și Management Programul de studii : Inginerie Economică Industrială MATERIALELE COMPOZITE Student : Grupa : Cadru didactic coordonator : Prof.univ.dr. Abrudeanu Marioara 1

Materiale compozite

  • View
    45

  • Download
    6

Embed Size (px)

DESCRIPTION

lucrare in domeniul stiintei materialelor

Text of Materiale compozite

Facultatea : Mecanic i TehnologieDepartamentul : Inginerie i Management

Programul de studii : Inginerie Economic IndustrialMATERIALELE COMPOZITE

Student : Grupa : Cadru didactic coordonator : Prof.univ.dr. Abrudeanu Marioara2014-2015CUPRINS1. Introducere ................................................................................................... pag. 3

2. Clasificarea materialelor compozite.............................................................. pag. 42.1. Materialele compozite cu particule .................................................. pag. 42.2. Materialele compozite cu fibre ......................................................... pag. 72.3. Materialele compozite laminare ....................................................... pag. 113. Domenii de utilizare a materialelor compozite ............................................. pag. 133.1. Aplicaii n construcia aerospaial .................................................. pag. 133.2. Aplicaii n industria aeronautic ...................................................... pag. 153.3. Materialele compozite n construcia automobilului ......................... pag. 174. Concluzii ....................................................................................................... pag. 195. Referinte bibliografice .................................................................................. pag. 20INTRODUCERE

n ultimele decenii s-au evideniat pe plan mondial schimbri semnificative n ceea ce privete utilizarea materialelor n diverse domenii, schimbri reclamate att de cerinele speciale ale domeniilor de vrf ct i de cerinele tot mai diversificate legate de producerea bunurilor de larg consum i nu n ultimul rnd de cerinele ecologice.

Materialele compozite reprezint o clas de materiale inginereti ce prezint un interes tiinific i tehnic deosebit. Ele sunt nu numai un nlocuitor perfect al materialelor feroase sau neferoase, ci i materiale ce permit rezolvarea unor serii ntregi de probleme tehnice n diferite ramuri industriale. Unele probleme tehnice sunt greu sau uneori chiar imposibil de rezolvat prin utilizarea materialelor clasice, tradiionale.Compozit - adj.= Corp alctuit din elemente disparate, felurite. (Dicionarul explicativ al limbii romne).

Materialele compozite sunt materiale formate din dou sau mai multe materiale,din ale cror combinaie rezult proprieti pe care nu le posed materialele iniiale.[1]Obinerea materialelor compozite de ctre oameni a nceput odat cu relizarea primului chirpic ntrit cu paie.Structura materialelor compozite este format dintr-o matrice n care se gsete un material mai dur sau durificator.

O examinare a istoriei materialelor compozite evideniaz o implicare deosebit a omului primitiv n utilizarea resurselor naturale ale pmntului. Este clar c, n anumite mprejurri, combinarea a dou materiale diferite, poate avea rezultate mai bune dect n cazul utilizrii materialelor unitare. Constrns chiar de instinctele sale animalice s foloseasc o piatr pentru a sparge coaja unei nuci sau a lovi un inamic, omul primitiv i-a dat seama c aceiai piatr legat de o bucat rezistent de lemn, poate fi folosit mai eficient. De asemenea, se pare c unele materiale compozite preistorice au luat natere din impulsuri artistice de moment, nefiind rodul unei decizii impuse de funcii specific planificate.

ntruct culturile preistorice au folosit materiale de origine litic sau organic: lemn, fibre naturale, semine, coji, oase, frunze de copac etc., multe din aceste compozite au disprut datorit caracterului lor biodegradabil. Totui unele structuri de lemn au reuit s supravieuiasc n regiunile cu clim uscat. Cteva statuiete de lemn, vechi de mii de ani, se

gsesc i acum ntr-un muzeu din Cairo. [7] Unele din cele mai deosebite materiale compozite, sunt cele realizate prin inseria pietrelor preioase i lipirea cu adeziv pe suprafee de marmur. Aditivii utilizai sunt rini de conifere, smoal i rini de la alte plante.

Apariia materialelor plastice, ca rezultat al descoperirii compuilor macromoleculari n a doua jumtate a secolului al XX-lea, a deschis noi posibiliti i n domeniul realizrii de materiale compozite. La nceput s-au realizat compounduri specifice, prin nglobarea de diferii aditivi n matricile polimerice. [7]Realizarea de materiale plastice compozite a cunoscut un avt deosebit mai ales dup descoperirea tehnopolimerilor i a principalilor polimeri cu aplicaii speciale. Primele compozite s-au realizat prin armarea polimerilor cu fibre de sticl. O dat acceptate aceste produse, mai ales n SUA, Europa i Japonia, gama polimerilor ramforsai a crescut foarte mult, n acelai timp multiplicndu-se i sursele lor de realizare. [7]CLASIFICAREA MATERIALELOR COMPOZITE Materialele compozite pot fi clasificate astfel [1]:

-dup natura materialelor:-materiale compozite metal-metal;

-materiale compozite metal-ceramic;

-materiale compozite metal-polimer;

-materiale compozite ceramic-polimer;

-materiale compozite polimer-polimer;-dup modul de aranjare al materialelor:

-materiale compozite cu particule (Fig.1.1.a);

-materiale compozite cu fibre (Fig.1.1.b);

-materiale compozite laminare (Fig.1.1.c).

particul dispersat fibr material A material B

a. b. c.Fig.1.1 Materiale compozite:a - materiale compozite cu particule; b - materiale compozite cu fibre;

c - materiale compozite laminare.[1]2.1. Materialele compozite cu particuleMaterialele compozite cu particule conin particule dure ntr-o matrice mai

ductil. Scopul introducerii acestor particule poate fi [1] :-ameliorarea unor proprieti, ca de exemplu:

-limitei elastice;

-duritii;

-rezistenei la uzare;

-rezilienei;

-lucrabilitii;

-refractaritii;

-absorbiei de neutroni;

-conductivitii electrice;-micorarea preului de cost, dac particulele sunt mai ieftine dect matricea.

Fig.2.1 Ilustrarea deplasrii unei linii de dislocaie printre particulele de oxid:a,b,c,d-etapele deplasrii unei linii de dislocaie printre particulele de oxid, particule

care se gsesc n planul ei de alunecare;

dp-distana dintre dou particule de oxid.[1]Ameliorarea limitei elastice sau de curgere prin introducerea unor particule se ntlnete la matricele metalice i se realizeaz prin mecanismul de blocare a dislocaiilor. Acest mecanism este identic cu cel al durificrii aliajelor prin precipitarea unei a doua faze (Fig. 2.1). Este de remarcat faptul c materialele metalice durificate prin precipitare nu sunt considerate materiale compozite.Particulele de ntrire sunt, de obicei, oxizi i trebuie s satisfac urmtoarele

cerine:-s reprezinte obstacole eficiente la deplasarea dislocaiilor;

-s aib o valoare optim a:-mrimii;

-formei;

-distribuiei n matrice.Exemplul clasic de material compozit cu particule de oxid cu limit elastic ameliorat este pudra de aluminiu sinterizat i ntrit cu oxid de aluminiu (SAPAluminium Sinterized Powder). Oxidul de aluminiu este introdus n compoziie sub form de:-pudr, care apoi este amestecat cu pudra de aluminiu i sinterizat;

-film n jurul particulelor de aluminiu, care prin presare se sparge, formnd particule, care apoi sunt supuse sinterizrii.

n cazul superaliajului de nichel cu 20 % crom i 1 - 2 % wolfram, cei trei componeni sunt sub form de pudr sinterizat, dup care este trecut un curent de oxigen , care oxideaz numai toriul, formdu-se, astfel, particule de oxid de toriu (oxidare intern). Astfel, matricea este superaliajul, iar particulele ntritoare sunt din ThO2. Unele dintre utilizrile materialelor compozite ntrite cu particule cu limit elastic ameliorat sunt date n tabelul 41 [1].

mbuntirea duritii matricei este unul din cele mai frecvente scopuri ale materialelor compozite cu particule i depinde n principal de [1] : -densitatea particulelor dure;

-duritatea particulelor.

Un exemplu de mbuntire excepional a duritii i a rezistenei la uzare la temperaturi ridicate este cazul pastilelor obinute prin agregare de pulbere de WC (97-85%) i pulbere de Co (3-15%), utilizate la sculele achietoare.Matricea este format din cobalt, iar particula dur este WC. Sinterizarea are loc la o temperatur puin superioar temperaturii de topire a cobaltului, pentru ca fiecare particul de carbur de wolfram s fie nconjurat de metalul topit. Cobaltul este ntr-o cantitate care s permit desprinderea particulelor tocite i s fie expuse alte particule cu muchii tioase.Produsele din materiale abrazive (pietrele de polizor etc.) pot fi considerate exemple de materiale compozite la care s-a obinut o cretere a rezistenei la uzare. Matricea poate fi format din:

-sticl;

-polimeri etc.

Un alt exemplu este materialul compozit format dintr-o reea dur de wolfram n interstiiile creia se gsete o matrice moale de argint. Reeaua de wolfram este realizat prin sinterizare, iar umplerea golurilor cu argint lichid - prin infiltrare n vacuum. Acest material compozit este utilizat pentru ntreruptoare electrice.De asemenea, mbuntirea duritii i a rezistenei la uzare la temperaturi ridicate a fost obinut prin introducerea negrului de fum n cauciucul pneurilor. Particulele de negru de fum au o form sferoidal cu diametrul de 50 - 5000 A i sunt adugate mpreun cu multe alte materiale pentru a satisface cerinele de calitate ale diferitelor produse de cauciuc.

2.2. Materialele compozite cu fibreAceste materiale sunt formate dintr-o matrice ductil i fibre rigide, astfel c, la un bun transfer al forei de la matrice la fibre, posed o rezisten mecanic apropiat fibrelor fr a avea fragilitatea acestora [1].Fibrele pot avea orientri diferite, ca de exemplu:

-paralele (Fig.2.2.1.a);

-ntmpltoare (Fig.2.2.1.b);

-esute (Fig.2.2.1.c);

-ortogonale (Fig.2.2.1.d).

a.b.

c.d.Fig. 2.2.1 Modaliti de aranjare a fibrelor n materialul compozit:

a-paralele; b- ntmpltoare; c- esute; d- ortogonale.[1]Matricea asigur:

-ductilitatea necesar;

-transmite fora exterioar fibrelor.

Fibrele preiau cea mai mare parte a forei exterioare, astfel nct n calculele de rezisten se ia n considerare numai modulul de elasticitate al fibrei.Fibrele continui unidirecionale confer o rezisten optim materialului compozit atunci cnd fora este aplicat pe direcia fibrei, dar mult mai mic pe alte direcii (comportare anizotropic). Fibrele scurte orientate ntmpltor confer materialului compozit o rezisten uniform pe toate direciile.Rezistena la rupere a unor fibre utilizate la realizarea materialelor compozite este dat n tabelul 42 [1].

Mecanismul transferului de sarcin de la matrice la fibr este reprezentat schematic n figura 2.2.2. Dac nu exist legtur la interfaa fibr-matrice, atunci n timpul aplicrii unei fore exterioare de ntindere asupra matrialului compozit, fibra i matricea se deformeaz independent cu f, respectiv cu m. Dac exist o bun legtur la interfaa fibr-matrice, atunci deformarea matricei este micorat de prezena fibrei. Cu ct punctul considerat al matricei este mai deprtat de fibr, cu att deformarea matricei este mai mare, iar influena fibrei devine nul cnd distana dintre punctul considerat (d) este mai mare dect jumtate din diametrul de aciune a fibrei:d >daf / 2 [1]Diferena de alungire dintre fibr i matrice duce la apariia unor tensiuni de ntindere n fibre i de forfecare n matrice.

c e

Fig.2.2.2 Mecanismul transferului de sarcin de la matrice la fibr:a-materialul compozit nainte de aplicarea sarcinii; b-materialul compozit dup aplicarea sarcinii la care matricea nu este solidar cu fibra; c- materialul compozit dup aplicarea sarcinii la care matricea este solidar cu fibra; d-variaia alungirii matricei n funcie de distana de fibr dac matricea nu este solidar cu fibra; e- variaia alungirii matricei n funcie de distana de fibr dac matricea este solidar cu fibra daf - diametrul de aciune a fibrei; dm-diametrul cilindrului care conine punctulconsiderat al matricei; m-alungirea matricei; f-alungirea fibrei; mf-alungirea relativ dintre matrice i fibr.[1]Variaia tensiunilor cu lungimea fibrei este prezentat n figura 2.2.3. Astfel,tensiunea tangenial n matrice crete (1, 2, ) proporional cu creterea lungimea fibrei (l1, l2, ) pn ce atinge limita elastic sau de curgere, dup care matricea ncepe s se deformeze plastic. Lungimea fibrei care corespunde tensiunii tangeniale de curgere a matricei este denumit lungimea critic a fibrei (lcr). Rezult c dac lungimea fibrei devine mai mare dect lungimea critic, atunci matricea se deformeaz plastic n poriunile cuprinse chiar n diametrul de aciune al fibrei, ntre capetele fibrei la o distan lcr/2 de fiecare capt.

Fig. 2.2.3 Variaia tensiunilor cu lungimea fibrei: a-variaia tensiunilor de forfecare n matrice cu lungimea fibrei;

b-variaia tensiunilor de ntinderen n fibr cu lungimea fibrei.[1]

Fig.2.2.4 Element al fibrei [1]

Dac se consider o fibr cu lungimea L i diametrul 2R (Fig.2.2.4), atunci se poate calcula lungimea critic a fibrei (lcr m) ponindu-se de la relaia:R2 f = 2RL [1]n care: f este efortul unitar de ntindere al matricei;

m - efortul unitar de forfecare al matricei.

Unele dintre utilizrile materialelor compozite cu fibre sunt date n tabelul 43[1]:

2.3. Materialele compozite laminare

Materialele compozite laminare cuprind urmtoarele grupe principale [1]:

-acoperiri cu folii;

-acoperiri dure;

-placri;

-bimetale;

-laminate.

Acoperirile cu folii const dintr-o cptueal de una sau mai multe folii aplicate pe suprafaa metalic de protejat contra coroziunii. De cele mai multe ori foliile sunt din mase plastice sau cauciuc. Acoperirile dure sunt depuneri de diferite materiale dure, rezistente, n principal, la uzur, dar pot fi rezistente i la coroziune. Materialele utilizate n acest scop sunt oeluri dure, aliaje pe baz de cobalt, carburi de wolfram etc.

Placrile sunt materiale compozite formate din dou sau mai multe straturi de metale, din care unul este materialul placat (ieftin i mai puin rezistent la coroziune), iar cellalt este rezistent la coroziune i are un aspect plcut. n mod frecvent, placarea are loc pe ambele pri pentru obinerea unei mai bune rezistene la coroziune.Bimetalele sunt materiale compozite formate din dou materiale metalice cu o diferen relativ mare a coeficienilor de dilatare, astfel c, la creterea temperaturii, lamela care are coeficientul de dilatare mai mare se alungete mai mult i provoac o curbare a ansamblului celor dou lamele. (Fig.2.3).

a. b.Fig.2.3 Curbarea bimetalelor datorit coeficienilor de dilatare diferii a-nainte de nclzire; b- n timpul nclzirii [1]n tabelul 44 [1] sunt date valorile coeficienilor de dilatare pentru unele materiale metalice.Bimetalele sunt utilizate la termostate deoarece la o anumit temperatur se curbeaz suficient pentru a deschide sau a nchide un circuit.Laminatele sunt materiale compozite formate din straturi de materiale lipite cu adezivi. Un exemplu clasic este sticla triplex, format din dou straturi de sticl, ntre care se gsete o folie de polivinil, care joac rolul de adeziv. Acest material compozit nu produce cioburi atunci cnd se sparge.Plcuele cu circuite imprimate sunt, de asemenea, materiale compozite formate din unul sau mai multe straturi izolante, cu rol de suport pentru conductoarele circuitelor electrice.Alte materiale compozite formate din straturi de materiale lipite cu adezivi sunt urmtoarele semifabricatele din lemn:-placajul;

-panelul;

-plcile din fibre de lemn (PFL);

-plcile din achii din lemn (PAL).

DOMENII DE UTILIZARE A MATERIALELOR COMPOZITE

Datorit caracteristicilor lor deosebite, materialele compozite au numeroase aplicaii n diverse domenii, cum ar fi: construcia structurilor aerospaiale i aeronautice, construcia de maini, automobile i nave, medicin, chimie, electronic i energetic, bunuri de larg consum, optic etc., aa cum se poate observa i din figura 3.[2,4] :

Fig. 3. Domenii de utilizare a materialelor compozite [2,4]3.1. Aplicaii in construcia aerospaial

Greutate sczut, rigiditate ridicat, coeficient de dilatare termic sczut i stabilitate dimensional n timpul duratei de via, reprezint cteva din cerinele uzuale pe care trebuie s le ndeplineasc aplicaiile militare. Se cunosc trei mari categorii de asemenea aplicaii [5,6] :

- sisteme de proiectile-rachet tactice;

- sisteme de proiectile-rachet strategice;

- sisteme de proiectile-rachet defensive.Componentele structurale ale primei categorii sunt de obicei uoare si mici iar n timpul funcionrii trebuie s reziste la acceleraii foarte mari i la vibraii n condiii de lucru foarte severe (umiditate ridicat, nisip, sare i substane chimice). Carcasele motoarelor acestor rachete trebuie s funcioneze la presiuni ridicate i s aib o rigiditate axial mare. De aceea, majoritatea componentelor rachetelor tactice sunt realizate din metal, materialele compozite fiind doar nlocuitori ai metalelor.

Rachetele strategice au n general componentele de dimensiuni foarte mari, nu lucreaz la temperaturi ridicate iar carcasa motorului funcioneaz la presiuni sczute. Datorit gabaritului lor aceste componente sunt realizate n mod obinuit din filamente de carbon nfurate, cu scopul reducerii greutii. Componentele rachetelor defensive trebuie s fie uoare i rezistente la variaii mari de temperatur. n plus, acestea sunt supuse unor acceleraii foarte mari la lansare, precum i unor solicitri de oc, vibraii etc. Una dintre cele mai severe cerine ale acestor rachete este aceea de a rezista la radiaiile nucleare i de a corespunde din punct de vedere structural i aerodinamic atunci cnd sunt supuse presiunilor ridicate datorate exploziilor nucleare. Datorit acestor cerine cea mai mare parte a componentelor rachetelor defensive sunt realizate din materiale compozite.

Protecia termic joac un rol foarte important, cu precdere la intrarea n atmosfer a navelor spaiale. La naveta aerospaial NASA (USA) se utilizeaz garnituri din compozit carbon carbon, siliciu siliciu i piese structurale din bor - aluminiu (fig. 3.1). Temperatura de utilizare este de 300 (C, dar poate ajunge i la 600 (C.

Partea central este protejat de plcue din compozite ceramice siliciu siliciu, care constituie un scut termic radiant. Ele sunt separate printr-un perete dintr-un aliaj uor sau un stratificat bor aluminiu dar i printr-un sandwich din fetru i naylon neinflamabil (silicon fagure de albin).

n ceea ce privete fibrele, o larg utilizare n aceast industrie o au fibrele de sticl (sticla E i S), fibrele aramide i cele de carbon - grafit. Sticla E este folosit la izolaii iar sticla S la confecionarea carcaselor motoarelor rachetelor.

Fibrele aramide introduse n aplicaii pentru prima dat la nceputul anilor '70, sunt utilizate la fabricarea carcaselor motoarelor rachetelor strategice i tactice ca i pentru rezervoarele sub presiune ale navetelor spaiale i ale sateliilor.

Figura 3.1. Componente ale navetei

aerospaiale NASA realizate din

materiale compozite [6].

Fibrele de carbon, introduse n aplicaii curente tot prin anii '70, sunt utilizate pe scar larg n structurile ce necesit o bun stabilitate structural i rigiditate foarte mare. Aceste fibre sunt folosite sub form de filamente nfurate la realizarea structurii de rezisten i a carcasei rachetelor strategice.Rinile cele mai utilizate n aplicaiile aerospaiale sunt cele epoxidice. Acestea au o bun comportare att la temperaturi ridicate (120-180(C). ct i la temperaturi sczute (-90(C). Rinile epoxidice rspund bine i altor cerine cum ar fi: tenacitate i rezisten mare la rupere, propagare foarte lent a fisurilor.

Alte tipuri de rini utilizate mai recent n acest domeniu l reprezint rinile poliimidice i termoplastice. Rinile poliimidice au performane foarte bune la temperaturi cuprinse ntre 200 i 300(C i se utilizeaz cu precdere la realizarea rachetelor tactice, dar au dezavantajul unei tehnologii dificile de prelucrare i un pre de cost mult mai mare dect cel al rinilor epoxidice.

3.2 Aplicaii n industria aeronautic

Un scurt istoric ne permite s observm c cerinele unei mase mici aliate cu robusteea au dirijat foarte devreme constructorii de avioane ctre materialele compozite [3] :

- n 1938 avionul Morane 406 (Frana) utiliza panourile sandwich cu miez de lemn acoperit cu plci de aliaj uor;

- n 1943 se utilizau la Spitfire (Marea Britanie), pentru lonjeron i piese componente ale fuselajului, compozite cu matrice fenolic ranforsate cu fibre de cnep;

- compozitul sticl-rin se utilizeaz ncepnd din anul 1950, el permind realizarea unor carenaje complexe;

- piese cu structur de carbon epoxy au fost folosite ncepnd din 1970;

Fig. 3.2.1. Avionul F-18 [5]n prezent, marea majoritate a industriei aeronautice a S.U.A. folosete ca materiale de baz compozitele armate cu fibre de carbon. Acestea se prezint sub form de benzi preimpregnate - denumite "prepreg" - i sunt folosite pe scar larg de firmele Boeing, McDonnell Douglas, General Dynamics i Northrop.Cele mai multe aplicaii ale acestor materiale sunt destinate programelor militare, ce reprezint mai mult de 40% din industria total de aviaie [5]. n anul 1985 concernul McDonnell Douglas a utilizat 181500 kg materiale compozite pentru avioanele de lupt F-18 i AV-8B. Circa 26% din greutatea structurii avionului AV-8B o reprezint materialele compozite, ceea ce contribuie la o reducere a greutii acestuia cu aproape 225 kg. Sunt realizate din materiale compozite urmtoarele elemente: chesonul aripii, fuselajul din fa, stabilizatorul orizontal, profundorul, flettnerul, carenajul i alte suprafee de control. nveliurile aripilor sunt alctuite din mai multe plci stratificate puse cap la cap i mbinate ntr-o structur tip multilonjeron.

Pentru avionul F-18, 10,3% din greutatea sa i mai mult de 50% din suprafaa sa sunt realizate din compozite armate cu fibre de carbon (fig. 3.2.1). Aceste materiale sunt ndeosebi folosite pentru nveliul aripilor, pentru suprafeele de comand de pe arip i ampenaje, frna aerodinamic, ct i pentru prelungirea bordului de atac. nveliurile aripilor acestui avion sunt realizate din plci stratificate a cror grosime variaz de la baz spre vrf avnd grosimea minim de 2 mm.

Bombardierul B-18 utilizeaz un numr mare de componente ale structurii realizate din materiale compozite.

n figura 3.2.2 sunt prezentate cteva din aceste componente. Acestea includ lonjeroanele din spate, ua gondolei armamentului i flapsurile. Toate aceste materiale, inclusiv adezivii, sunt tratate termic la 175(C. Aceste componente includ stratificatele, structuri n fagure precum i structuri sandwich (plci compozite cu miez de aluminiu).

Fig. 3.2.2 Componente ale bombardierului

B-18 realizate din materiale compozite [5]

Uile gondolelor armamentului sunt realizate din materiale sandwich la care miezul este alctuit din structur de tip fagure de aluminiu iar nveliul din foi de carbon - epoxy. Datorit faptului c uile sunt aezate ntr-o poziie vulnerabil, putnd fi supuse la deteriorri, acestea sunt prevzute cu straturi exterioare alctuite din rini fenolice armate cu fibre aramide, realizndu-se astfel o rezisten la penetrare foarte ridicat. Pentru fiecare avion se folosesc 3040 kg. materiale compozite, rezultnd o scdere a greutii de circa 1360 kg.

Firma Gruman Aerospace a realizat, plecnd de la un compozit armat cu fibre de bor, stabilizatoare orizontale pentru avionul de lupt F-14A.

Firma General Dynamics utilizeaz un compozit armat cu fibre de carbon pentru stabilizatorul orizontal i vertical.

Aripile avionului de atac A-6 sunt realizate n prezent din materiale compozite foarte uoare, cu proprieti mecanice mbuntite i cu o mai bun rezisten la coroziune.

Elicopterele constituie o categorie mai puin dezvoltat dect avioanele, dar innd cont de specificul acestor aparate, cadena de implementare a materialelor compozite este mai ridicat i ocup procentaje mai importante dect n cazul avioanelor.

n figura 3.2.3 sunt prezentate cteva dintre componentele elicopterului Aerospatiale, realizate din materiale compozite.

Fig. 3.23 Componente ale elicopterului Aerospatiale realizate din materiale compozite [5]

Elicopterul V-22 are fuselajul realizat din compozite, aceste materiale contribuind la o reducere a greutii cu aproximativ 50%.

Tendinele actuale indic foarte clar c, materialele compozite vor fi utilizate din ce n ce mai mult, att n industria comercial ct i n tehnica militar.

3.3. Materialele compozite n construcia automobilului

Cerinele actuale i de viitor n domeniul autovehiculelor privesc creterea eficienei motorului, reducerea emisiilor nocive, reciclarea materialelor componente etc. Acestea impun schimbri tehnologice importante, precum i apariia unei noi clase de autovehicule, care s fie ecologice, eficiente din punct de vedere al vnzrii i economice n utilizare.

Pentru respectarea acestor cerine, domeniile n care sunt necesare noi tehnologii sunt [3] :

- dezvoltarea de motoare de traciune cu randamentul mrit consum sczut de carburant nsoit de creterea puterii motorului la capacitate cilindric mic;

- reducerea greutii totale a autovehiculului cu pn la 40%, obinut n special prin reducerea greutii caroseriei i a structurii interioare;

- reducerea coeficientului aerodinamic al autovehiculului, printr-o form corespunztoare a caroseriei.

O parte dintre cerinele de mai sus pot fi satisfcute prin utilizarea n structura caroseriei a materialelor noi i n special a materialelor compozite polimerice.

O structur modern a caroseriei unui autovehicul este constituit dintr-un asiu de rezisten din oel nalt aliat sau din aliaje de aluminiu, la care se adaug panourile de caroserie (exterioare i interioare) realizate din compozite polimerice. Exist i varianta folosirii unor panouri exterioare din aliaje de aluminiu sau din oel inoxidabil, dar care din cauza preului de cost ridicat se utilizeaz doar n cazuri cu totul speciale.

Compozitele polimerice care se utilizeaz n acest caz au drept elemente de ranforsare structuri din fibr de sticl sau mai rar fibre de carbon i aramide, lungi i scurte.

Ca matrice a compozitului se utilizeaz materialele termoplastice, care sunt reciclabile i mai rar materialele termorigide.

Fig. 3.3 Componente ale unui autovehicul FORD

realizate din materiale compozite [3]Marile societi constructoare de autovehicule precum FORD, ROVER, RENAULT, CHRYSLER, FIAT, GENERAL MOTORS, MERCEDES etc., folosesc n mod uzual, cu foarte bune rezultate, materialele compozite polimerice n construcia autovehiculelor.

Materialele compozite au fost introduse progresiv n construcia autovehiculelor, volumul actual de utilizare fiind deosebit de mare. Ca exemplu, n figura 3.3 se prezint aria de utilizare a compozitelor n cazul unui autovehicul construit de firma FORD.

n Romnia, ARO Cmpulung Muscel folosete compozitele polimerice n construcia caroseriei autovehiculelor de teren.

CONCLUZIIDei exist i factori care pot opri folosirea pe scar larg a materialelor compozite (costuri ridicate, programe de cercetare complicate, lipsa standardelor de testare etc.) totui, avnd n vedere avantajele create de utilizarea acestor materiale, se va constata, la nivel mondial, o sporire considerabil a aplicaiilor realizate din materiale compozite. Performanele tot mai nalte cerute structurilor de rezisten n general, dar mai ales celor destinate aeronauticii i aplicaiilor militare, impun acestora condiii foarte severe n timpul funcionrii. Materialele compozite fac parte din categoria noilor materiale i sunt create special pentru a rspunde unor exigene deosebite n ceea ce privete:

- rezistena mecanic i rigiditatea;

- rezistena la coroziune;

- rezistena la aciunea agenilor chimici;

- greutatea sczut;

- stabilitatea dimensional;

- rezistena la solicitri variabile, la oc i la uzur;

- proprietile izolatoare i estetica.

Principalul avantaj al acestor materiale este raportul ridicat ntre rezistena i greutatea lor volumic.

Materialele compozite constituie o soluie tot mai des adoptat n realizarea structurilor performante, cu aplicabilitate n toate ramurile industriale. Implementarea acestora n diverse domenii, ca alternative avantajoase ale materialelor clasice, sau pentru obinerea de noi aplicaii, altfel greu sau imposibil de realizat, ridic ns i o serie de probleme generate de structura deosebit de complex a acestora i de posibilitile de obinere, de comportamentul nc insuficient cunoscut la diverse solicitri.

n toate rile industrializate, materialele compozite reprezint un domeniu prioritar, situat n avangarda procesului continuu de inovare tehnologic.

Perspectiva folosirii pe scar larg a unor asemenea materiale n Romnia impune efectuarea unor cercetri care s completeze informaiile accesibile din literatura de specialitate.

Numrul mare de lucrri aprute n acest domeniu este datorat nu numai importanei pe care o au materialele compozite ci, mai ales, complexitii problemelor lor de rezolvat.

REFERINE BIBLIOGRAFICE

1. Doru Ciucescu: tiina i ingineria materialelor, Editura Didactic i pedagogic, Bucureti 20062. Hadr, A., Probleme locale la materiale compozite, Tez de doctorat, U.P.B., 1997

3. Pavel, R., Contribuii privind implementarea materialelor compozite n construcia de maini, Tez de doctorat, Bucureti, 1999

4. Gheorghiu, H., Hadr, A., Constantin, N., Analiza structurilor din materiale izotrope i anizotrope, Editura Printech, Bucureti, 1998

5. Anglin, J. M., Aircraft Applications, Engineered Materials Handbook Composites, Vol. 1, 1989

6. Hadr, A., Structuri din compozite stratificate, Editura Academiei i Editura AGIR, Bucureti, 20027. Constana Ibnescu, Ingineria materialelor compozite polimerice i procese de prelucrare a acestora, Curs, http://omicron.ch.tuiasi.ro/~inor/matmip/publicatii.html2

_1451914725.dwg