UUnniivveerrssiittaatteeaa „„DDuunnăărreeaa ddee JJooss”” GGaallaaţţiiFFaaccuullttaatteeaa ddee MMeeccaanniiccăă

Materiale compozitefibroase – proprietati

caracteristici

Coordonator : Student :S.L. Dr. Ing. Elena BEZNEA Teodor MOCANU

Cuprins1. Introducere ................................................................................................................................3

2. Definiţii .....................................................................................................................................4

3. Clasificare .................................................................................................................................6

Clasificarea compozitelor după modul de dispersare a fazelor prezintă două subcategorii: ........7

Clasificarea după formă dimensiunea şi distribuirea a două sau mai multe faze în materialulcompozit prezintă următoarele subcategorii: ...............................................................................7

Clasificarea după forma structurilor componente cuprinde: ........................................................8

Clasificarea matricilor pentru material compozite .......................................................................8

Clasificarea matricilor polimerice (polimeri)...............................................................................8

Matrici polimerice-clasificare în funcţie de formă catenelor: ......................................................9

4. Matrice polimerice ....................................................................................................................9

Polimeri naturali- polimeri sintetici ..........................................................................................10

5. Interfaţa ...................................................................................................................................11

6. Formarea compozitelor ...........................................................................................................12

7. Compozite aditivate ................................................................................................................12

8. Compozite armate cu ţesături..................................................................................................13

9. Compozite laminate ................................................................................................................13

10. Materialele compozite fibroase ...........................................................................................14

Fibrele de sticlă ..........................................................................................................................15

Fibrele de carbon ........................................................................................................................15

Fibrele de aramidă ......................................................................................................................16

Fibrele de bor .............................................................................................................................17

Filamentele din carbură de siliciu ..............................................................................................17

11. Avantajele si dezavantajele utilizarii materialelor compozite comparativ cu materialeleclasice19

12. Tendinţe actuale ..................................................................................................................20

13. Concluzii .............................................................................................................................20

14. Bibliografie..........................................................................................................................21

1. IntroducereUniversul industrial al societăţii contemporane nu poate fi separat de existenţa şi

utilizarea materialelor compozite. Domeniile cele mai diverse ale ştiinţei şi tehnologieibeneficiază de aplicaţii ale compozitelor – medicină, prin implanturi osoase şi implanturi dentare;industria aerospaţială, prin diversele componente ale vehiculelor (Airbus 380 este construit înproporţie de 80% din materiale compozite, iar Boeing anunţă un proiect de avion construit înproporţie de peste 90% din materiale compozite); industria autovehiculelor, prin diverselecomponente constructive care conduc la sporirea rezistenţei şi la micşorarea masei cu efecteimediate în randamentul de utilizare şi a performanţelor; industria materialului sportiv, prinechipamente specializate diferitelor ramuri – biciclete, ambarcaţiuni, echipamente specificefiecărui sport de la atletism şi gimnastică până la sporturile cu motor sau cele de echipă (nu înultimul rând echipament pentru protecţia performerilor); energetică, prin aplicaţiile din domeniulenergiei eoliene (marile centrale eoliene ale căror pale sunt realizate din compozit).

Din punct de vedere constitutiv, în aparenţă, materialele compozite sunt uşor de obţinut(mai ales în condiţiile în care acestea sunt realizate pentru îndeplinirea unui singur scop) darcondiţiile de formare implică dificultăţi ce nu se întâlnesc în cazul materialelor convenţionale(metale, lemn). Există şi avantaje ale formării structurilor compozite iar unul dintre cele maiimportante este legat de faptul că suprafeţele acestora nu necesită prelucrări speciale. La nivelteoretic se pot imagina materiale compozite realizate din orice combinaţie matrice – armătură –aditiv. Practic, condiţiile total diferite de manevrare specifice acestor elemente fac imposibileunele opţiuni. Trebuie menţionată, în acest context, existenţa sticlei armate alături de armăturametalică inserată în anvelope, materialele rezultate fiind mult mai eficiente atât din punctul de

vedere al rezistenţei cât şi din cel al evitării eventualelor accidente. Ar fi greu, dacă nu imposibil,de realizat o matrice de sticlă armată cu fibre de carbon sau fibre aramidice – acestea din urmă arfi distruse la temperatura sticlei lichide.

Unul dintre cele mai importante avantaje ale materialelor compozite este legat de faptul căproprietăţile acestora pot fi proiectate în sensul că există modele care permit evaluareaproprietăţilor finale ale unui compozit în condiţiile cunoaşterii proprietăţilor componentelor şi amodului de formare a materialului (structurii). Aceste modele, empirice sau teoretice, oferăimagini de ansamblu ale proprietăţilor materialelor formate, dar proprietăţile finale diferă de celemăsurate după formarea materialului, de exemplu, modelul proprietăţilor mecanice ale unuilaminat când proprietăţile laminelor sunt cunoscute şi, în aceeaşi situaţie, legea amestecurilor,pentru proprietăţile fizice ale compozitelor.

Materialele multifuncţionale reprezintă o provocare, mai ales din punct de vedereenergetic, nu este greu de imaginat caroseria compozită a unui autovehicul care să nu asigurenumai confortul şi siguranţa pasagerilor dar şi să reprezinte sursa de energie a motorului(conversia energie solare, conversia energiei de deformare, conversia energiei pierdute la

înaintarea prin aer), în plus, în miezul acestui material ar putea fi inserate, prin proiectare, micielemente de acumulare a energiei electrice. În cazul centralelor eoliene există o componentă cenu este folosită – pilonul – decât pentru a asigura stabilitatea nacelei la înălţimea cerută deobţinerea unui randament bun. Acoperirea acestei structuri cu un material multifuncţional arputea conduce la transformarea suprafeţei acestuia într-un generator de energie (din energieluminoasă) coroborat cu un acumulator. Un acelaşi material ar putea fi utilizat pentru a valorificagradientul de temperatură dintre vârful şi baza pilonului sau dintre interiorul şi exteriorulacestuia.

Pentru toate aceste aplicaţii, aparent ideale, materialele compozite, prin proiectabilitateaproprietăţilor lor, par a reprezenta cea mai bună soluţie. Dezvoltarea actuală a ştiinţei şi inginerieipolimerilor pune la dispoziţia producătorului sau proiectantului de materiale compozite o gamăde matrice ale căror proprietăţi pot fi modificate sau controlate prin tehnici sau mecanismespeciale. Temperaturile coborâte de prelucrare a polimerilor fac din aceştia o alternativă viabilăpentru utilizarea lor ca matrice pentru compozite, în dauna matricelor metalice sau ceramice,asigurând, în plus o masă specifică redusă a aplicaţiilor. Răşinile epoxidice, spre exemplu, seformează relativ simplu, la temperatură ambientală, fără riscuri de intoxicaţii chimice majore, auproprietăţi termice şi mecanice foarte bune dar prezintă marele dezavantaj al stabilităţii – suntpractic imposibil de neutralizat după scoaterea din activitate a structurii – o situaţie similară esteîntâlnită în cazul cauciucurilor siliconice.

Acest dezavantaj major ar putea fi înlăturat, de exemplu, prin introducerea în matriceaepoxidică a unui adititv care să instabilizeze lanţurile polimerice în anumite condiţii dar fără săinfluenţeze negativ proprietăţile remarcabile ale răşinilor epoxidice. De asemenea, scopulutilizării materialului ca acumulator ar putea fi atins prin aditivarea matricei epoxidice cu alţipolimeri, cum ar fi cei utilizaţi la producerea bateriilor cu Litiu. Pentru toate aceste alternativelegea amestecurilor oferă, parţial, răspunsuri referitoare la proprietăţile finale. Utilizareaaditivilor pentru modificarea proprietăţilor fundamentale ale răşinilor epoxidice nu este o noutate,însă prezintă o dificultate majoră: asigurarea dispersiei optime a aditivului în întreaga matrice, cuatât mai mult cu cât unele pulberi prezintă tendinţa de aglomerare atunci când sunt plasate într-unvolum lichid pre-polimeric (ferite, nanotuburi de carbon, fulerene). O soluţie de remediere esteutilizarea dispersanţilor (compuşi chimici ce reduc tensiunea superficială) sau a unor aditivi caresă contribuie la o mai bună dispersie a celor enumeraţi anterior. În această categorie se încadreazăargilele, talcul şi amidonul.

2. DefiniţiiUn sistem compozit, în general, este definit ca o combinaţie dintre două sau mai

multe componente de naturi diferite cu scopul de a obţine un material cu proprietăţisuperioare. În această categorie intră o clasă foarte vastă de produşi. Acest lucru estedeterminat de faptul că posibilităţile de modificare a constituenţilor de bază, a tehnicilor

de „asamblare“ şi de fabricaţie, a nivelului de performanţă şi costului sunt practic infinite.Rezultă, în mod evident că, prin asocierea materialelor componente se obţin noi materiale,cu proprietăţi deosebite, total diferite de cele ale componentelor individuale. Termenul de

compozit apare, în inginerie, atunci când două sau mai multe materiale sunt combinatepentru a înlătura defectele unui material util. Un compozit poate fi definit şi ca: unmaterial eterogen, obţinut prin combinarea a două sau mai multe materiale omogene.Prin proiectarea unor astfel de materiale, pot fi alese combinaţiile de constituenţi care sărealizeze caracteristicile fizico-mecanice necesare unei anumite utilizări şi să aibă, încondiţii de funcţionare date, o durată de viaţă prestabilită. Partea cea mai importantă, carecompletează fericit această definiţie este legată de faptul că: „constituenţii unui materialcompozit rămân faze solide omogene, separate, dar cu interfeţe care conlucrează”. În

acest caz ar trebui discutată natura interfeţei, modurile în care aceasta se formează pentrucă este de aşteptat ca la aceiaşi doi constituenţi (de exemplu) natura şi calitatea interfeţeisă depindă de dimensiuni. În prezent, materialele compozite desemnează materialearmate cu fibre lungi continui sau nano-particule susţinute de o matrice. Aceastaasigură forma şi dimensiunile finale şi serveşte la distribuirea eforturilor cătreelementele de armare sau aditivare (fibre sau particule) .

Un compozit, în contextul actual, este un material multifazic produs artificial, spre

a-l deosebi de cele care pot apărea sau se pot forma în mod natural. În plus, fazele

constituente trebuie să fie diferite chimic şi separate de interfeţe distincte (aliajelemetalice şi majoritatea materialelor ceramice nu satisfac această definiţie deoarece fazelelor multiple sunt consecinţe ale fenomenelor naturale). Un compozit este considerat oricematerial multifazic care prezintă proporţii semnificative ale proprietăţilor fazelorconstituente astfel încât să se obţină combinaţia optimă a proprietăţilor. Acesta esteprincipiul acţiunilor combinate, obţinerea proprietăţilor cele mai bune este efectulcombinării optime a două sau mai multe materiale. Proprietăţile compozitului depind de

proprietăţile constituenţilor, de rapoartele lor în materialul final, de formele şidimensiunile fazei sau fazelor dispersate.

3. Clasificare

Criteriile de clasificare sunt, în general, legate de faptul că, în principiu, un material compoziteste alcătuit dintr-o componentă care asigură forma şi dimensiunile finale şi una care asigurăstabilitatea celei dintâi. Alte criterii de clasificare sunt legate de forma şi dimensiunile armăturiisau aditivului, altele sunt conectate manierei de formare a compozitului.Conform definiţiilor date mai sus, clasificarea materialelor compozite se face în funcţie de naturaşi tipul constituenţilor. Cu alte cuvinte, criterile de clasificare sunt legate de tipul matricei şi tipul,forma şi dimensiunile elementelor de armare.Clasificări detaliate ale materialelor compozite sunt prezentate de diferiţi autori în.În funcţie de tipul matricei, materialele compozite se clasifică în compozite cu matrice metalică,compozite cu matrice ceramică şi compozite cu matrice polimerică. În cazul matricelorpolimerice se disting două clase şi anume: compozite cu matrice polimerică termoplastică şicompozite cu matrice polimerică termorigidă . În funcţie de elementele înglobate în matrice sepot forma compozite aditivate sau armate. Materialele compozite aditivate sunt formate princombinarea unui polimer cu diverse pulberi de dimensiuni micro- sau nano-metrice pentrumodificarea caracteristicilor matricei. La rândul lor aditivii utilizaţi pot fi clasificaţi după criteriireferitoare la natura lor electromagnetică: dielectrici, feromagnetici sau antistatici.Materialele compozite armate cu fibre pot fi deosebite după tipul şi dimensiunea elementelor dearmare. Aşadar vom avea compozite armate cu fibre lungi sau scurte; fibre distribuite aleator sauordonat . În cazul în care fibrele sunt ordonate sub formă de ţesături, compozitele formate suntnumite compozite armate cu ţesături (unii autori prezentând modele bi-ortotrope). Un alt tip demateriale compozite este cel format prin combinarea celor două: materiale compozite armate cumatrice polimerică aditivată.Pentru o mai lesnicioasă înţelegere a prezentării ce urmează este necesară următoarea observaţie:compozitul difazic (ce prezintă, evident, un singur tip de interfaţă) se va putea vorbi de:compozite armate şi/sau compozite aditivate (primele în cazul în care matricea este „susţinută“ cufibre, al doilea în cazul în care matricea este „încărcată“ cu pulberi). Într-o astfel de clasificare, sepoate observa cu uşurinţă, poate fi inclus orice material compozit pe care l-am putea imagina. Caexemplu un material alcătuit din straturi de armătură imersate într-un polimer aditivat. Admiţândfaptul că laminarea înseamnă lipirea diverselor straturi între ele, utilizând tipuri diferite de lianţi,putem vorbi şi de pseudo-laminate, materiale formate prin polimerizarea matricei în jurulstraturilor de armătură.În concordanţă cu definiţiile date pentru caracterizarea materialelor compozite se pot adoptă oserie de criterii de clasificare a acestor materiale după cum urmează:- dupa modul de dispersare a fazelor- dupa forma dimensiune si distribuirea a doua sau maui multe faze in materialul compozit- dupa forma structurilor componente

Clasificarea compozitelor după modul de dispersare a fazelor prezintă douăsubcategorii:a) Compozite cu dispersare fină;b) Compozite cu dispersare grosieră;Din prima categorie, a compozitelor cu dispersare fină fac parte :- materialele compozite naturale şi- materialele microcompozite.Conform definiţiei compozitelor se defineşte un compozit “că un material compus din mai multemateriale de naturi şi compoziţii diferite, ce are proprietăţi şi caracteristici specific” pe aceastăaccepţiune se pot defini o serie de compozite naturale cum ar fi lemnul, oasele, ţesutul musculars.a.m.d.În cazul ţesutului osos colagenul acţionează ca o răşină reprezentând matricea iar cristaleleminerale se constitue ca fibre ranforsante. Aceste minerale sunt de aproximativ 20 nanometrilungime (20 x IO'9 m) şi sunt excepţional de rezistente la tensiune dar poziţia lor naturală estecurba prin urmare nu pot îndeplini, singure, scpul de susţinere structurală. Combinaţia dintraceste minerale şi colagen formează ţesutul osos care îndeplineşte însă această funcţie derezistenţă şi susţinere foarte bine.[5]În cadrul microcompozitelor, din clasa compozitelor cu dispersare fină, se înregistreazămaterialele a căror structură se conturează la nivel microscopic cum ar fi aliajele metalice.

Clasificarea după formă dimensiunea şi distribuirea a două sau mai multe fazeîn materialul compozit prezintă următoarele subcategorii:- fibre continue în matrice;- fibre scurte în matrice;- particule dispersate în matrice;- structuri lamelare;- reţele interpenetrate;- multicomponente, fibre, particule.Fibrele aşezate continuu în matricea unui compozit dau naştere la ceea ce astăzi se numesc „highperformance composites"-HPC .Poziţionarea şi continuitatea fibrelor are ca efect preluarea aaproape ~ 100% din încărcăturile de forţe care acţionează asupra matricei compozituluiconferiundu-i acestuia trăsăturile de rezistenţă mecanică şi rigiditate. Într-un astfel de materialfibrele sunt regăsite sub formă de fascicole sau filamente astfel încât chiar dacă o parte din fibrepot ceda la acţiunea diverselor forţe asupra compozitului încărcarea va fi mereu distribuităuniform asupra celorlalte fibre rămase întregi prelungindu-se semnificativ timpul până cedareaîntregului material sub acţiunea forţelor.În cazul compozitelor ranforsate cu fibre scurte rezultatele din punct de vedere ale rezistenţei nusunt comparabile cu cele ale HPC însă prezintă avantajul unui proces de fabricaţie mai puţinelaborat. Compozitele cu fibre scurte au numeroase aplicaţii . Ele nu au rezistenţa celor cu fibrelungi şi continui, dar sunt uşor de prelucrat prin pliere, injectare, sau polimerizare.

La ranforsarea cu particule dispersate în matrice se poate oferi spre exemplu, cauciucul utilizat înconfecţionarea cateterelor este fortificat cu mici particule de siliciu, pentru a-l face mai elastic şimai rezistent la întindere.Cariile dentare au fost reparate cu ajutorul amalgamului de argint. Această metodă prezenţa uneledezavantaje, între care cel mai important era distrugerea peretelui osos al dintelui plombat cu unastfel de material. De aceea, medicina modernă a înlocuit amestecul cu răşini acrilice şicementuri siliconice, însă nici de data aceasta proprietăţile acestor materiale nu au fostsatisfăcătoare. Studiile asupra materialelor compozite au facilitat utilizarea în acest domeniu aunui material, în care în matricea polimerică sunt incluse resturi anorganice, particule cu formăangulară, translucide, cu indicele de refracţie foarte apropiat osului dentar, ceea ce face că acestmaterial să fie din ce în ce mai acceptat.Clasificarea după formă dimensiunea şi distribuirea a două sau mai multe faze în materialulcompozit prezintă o vitală importanţă; deoarece modul de distribuţie şi forma ranforsantilorinfluienteaza în mod direct proprietăţile rezultante ale compozitului. Studiile care vizau influientaformei şi fazei ranforsantilor asupra proprietăţilor de ansamblu şi a celor de la interfaţă au arătatcă, în cazul încercărilor la încovoiere, modulul elastic al compozitului creşte atunci când seutilizează particule cu raport dimensional mare ca ranforsanti. Acest rezultat a confirmat faptul căinterfaţă permite trecerea forţelor de la matrice la agentul ranforsant.Încercarea la tracţiune a confirmat faptul ca efortul la rupere scade semnificativ odată cuintroducerea ranforsantilor cu raport dimensional mare demonstrând totodată ca particulele cuformă ondulată sau unghiulară pot juca practic rolul iniţiatorilor de fisuri; acest lucru se datoreazădimensiunilor mici şi forţelor de coeziune de slabă intensitate manifestate pe suprafeţe mici - înconcluziue cu valori mici. Analiza fractografica a arătat că în cazul particulelor sferice forţelesunt mult mai reduse la nivelul interfeţelor matrice-ranforsant decât în cazul ranforsantilor curaport dimensional mare. Prin aplicarea unui model vascoelastic asupra datelor experimentale s-aputut studia dinamica la nivelul interfeţelor ranforsant- mătrice. Aceste studii vor fi dezvoltateulterior pe parcursul prezentului program de cercetare.

Clasificarea după forma structurilor componente cuprinde:- compozite fibroase alcătuite din fibre incluse într-o matrice;- compozite laminare - straturi de materiale aşezate unele peste altele;- compozite sub forma de particule.

Clasificarea matricilor pentru material compozite1. Matrici ceramice (~20%)2. Matrici metalice (~10%)3. Matrici polimerice (~70%)

Clasificarea matricilor polimerice (polimeri)1. Termoreactivi (75%)

2. Termoplastici (15%)3. Elastomeri (10%)

Matrici polimerice-clasificare în funcţie de formă catenelor:1. Catene macromoleculare liniare libere2. Catene macromoleculare ramificate3. Catene macromoleculare reticulate

4. Matrice polimericeÎn funcţie de tipul polimerului se pot forma materiale compozite cu matrice termoplastice sautermorigide . Diferenţele majore dintre utilizarea celor două tipuri de polimeri sunt generate detehnologiile de formare. Dacă în cazul materialelor termoplastice toate tehnologiile presupunaducerea materialului brut în faza de topitură urmată de injecţie, polimerizarea fiind asiguratăprin răcirea materialului în matriţă, în cazul polimerilor termorigizi polimerizarea saupolicondensarea sunt asigurate prin utilizarea unor agenţi catalizatori, numiţi de regulă întăritori.Materialele compozite cu matrice termoplastică sunt relativ uşor de separat în timp cecompozitele cu matrice termorigidă sunt extrem de stabile şi armătura sau aditivul nu mai pot fiextrase din matrice.În cazul polimerilor termoplastici controlul operatorului asupra reacţiilor în timpul formării esteasigurat prin controlul temperaturii topiturii, temperaturii injecţiei şi temperaturii matriţei dar nupoate exista un control asupra elementelor imersate în matrice. Dispersia unor pulberi ar trebuirealizată în timpul stării lichide a polimerului, înainte de injecţie, lucru destul de complicat chiarîn prezenţa unui mixer. În cazul armăturilor este greu de obţinut o distribuţie spaţială nesusţinutăa fibrelor în interiorul matriţei astfel încât materialul injectat să pătrundă în toate spaţiile libere.În general, pentru obţinerea materialelor aditivate, se folosesc granule de polimer aditivat înprealabil concentraţia finală a aditivului fiind stabilită din proporţia dintre granulele aditivate şicele neaditivate. În cazul polimerilor termoplastici se obţin compozite armate cu fibre scurtedistribuite aleator, prin utilizarea metodei de la obţinerea materialelor aditivate.Pentru formarea compozitelor armate cu fibre lungi şi uniform distribuite cu matricetermoplastică sunt realizate pre-preg-uri (straturi subţiri de polimer în care se înglobează fibrele).Acestea sunt solidarizate la cald printr-un proces asemănător sinterizării.Materialele termoplastice pot fi controlate în timpul reacţiilor de polimerizare sau policondensareprin acţiunea unor agenţi exteriori: radiaţia ultravioletă (compozitele utilizate în stomatologie),valoarea temperaturii, variaţia proporţiei dintre componenta de bază şi agentul de întărire. Înacest caz dispersia pulberilor se poate face înainte de iniţializarea reacţiilor ireversibile depolimerizare sau policondensare, prin utilizarea unor metode adecvate naturii şi dimensiunilorparticulelor dispersate. Pentru obţinerea materialelor armate cu fibre lungi şi uniform distribuitepre-preg-urile sunt formate cu polimerul termorigid ca matrice iar aceste pre-preg-uri sunt lipiteîntre ele (eventual în condiţii speciale) prin utilizarea unor adezivi adecvaţi (laminate).

Răşini epoxidice. Materialele termorigide sunt utilizate într-o gamă extinsă, fapt ce se datoreazăîn special caracteristicelor mecanice şi termice ale acestora. Răşinile epoxidice fac parte dincategoria materialelor ce prezintă interes practic, în special ca adezivi structurali, agenţi deacoperire, sau ca matrice polimerice destinate formării materialelor compozite. Proprietăţilematerialelor compozite cu matrice răşini epoxidice depind de structura chimică, de masa molară,de gradul de reticulare, de natura catalizatorului în ceea ce priveşte răşina, precum şi de natura şicantitatea materialelor de aditivare sau agenţilor de armare. Pentru a modifica unele caracteristiciale răşinilor epoxidice, se adăugă diferiţi solvenţi, agenţi de aditivare, plastifianţi, coloranţi,catalizatori sau armături.

Răşinile epoxidice sunt cei mai versatili polimeri utilizaţi în aplicaţiile compozite datorităfaptului că sunt foarte uşor de mânuit, necesită condiţii minime de siguranţă în manevrare, auaderenţă foarte bună la alte materiale, au proprietăţi mecanice foarte bune, au o stabilitate termicăfoarte bună (temperaturi înate de înmuiere), au rezistenţă chimică excepţională. Toate acestecaracteristici care le recomandă în utilizare sunt însoţite de marele dezavantaj al imposibilităţiineutralizării după expirarea perioadei de viaţă a reperului.

Un alt mare avantaj al utilizării materialelor termorigide şi, implicit, al răşinilor epoxidiceeste acela legat de faptul că se poate stabilii, prin proporţia răşină – catalizator, timpul util demanevrare. În cazul tuturor materialelor termoplastice sunt recomandate tratamente (cure)termice pentru atingerea proprietăţilor optime. Aceste tratamente vizează, în primul rând,definitivarea polimerizării în volumul matricei.

Polimeri naturali- polimeri sinteticiMaterialele compozite sunt materiale solide ce conţin două sau mai multe faze .Termenul decompozite este de obicei atribuit acelor materiale în care se disting mai multe faze separate, acăror proprietăţi cum ar fi modulul de elasticitate , sunt signifiant modificate, în comparaţie cucele ale materialelor omogene. Materialele naturale biologice tind a deveni din ce în ce mai mult,materiale compozite, datorită structurii lor ( fibroasă, poroasă- de diferite mărimi), ceea ce face căaria de aplicabilitate să se extindă spre cea medicală. Compozitele oferă o serie de avantaje încomparaţie cu materialele omogene datorită controlului mult mai riguros al proprietăţilor, în moddeosebit la rezistenţă, greutate redusă, posibilitate de pliere, precum şi informaţii referitoare labiocompatibilitate, căci într-un material compozit ambii polimerii constituenţi trebuie să prezinteproprietăţi de compatibilitate. Oricum, interfaţa dintre constituenţi nu trebuie să fie degradată demediul biologic. Compozitele, la oră actuală, sunt utilizate în implanturile dentare şi cele osoase,datorită rigidităţîi, durităţîi şi structurii lor poroase.Proprietăţile compozitelor depind în cea mai mare parte de structura lor. Ele diferă de materialeleomogene. La stabilirea proprietăţilor compozitelor trebuie luate în calcul mai multe aspecte, cumar fi:- formă părţilor componente ;- fracţia de volum ocupată de componente ;- interacţiunile la interfaţa părţilor componente.

Principalele modele de părţi componente introduse în structura materialului compozit se clasificăîn particule fără dimensiuni longitudinale, fibre cu o singură dimensiune şi discuri sau formelaminate cu două dimensiuni. Părţile incluse în compozit pot avea forme şi dimensiuni variate,acestea putând fi: sferice, elipsoidale, poliedrale sau neregulate. Dacă una din faze estereprezentată de cavităţi ovoidale umplute cu aer sau lichid, materialul este cunoscut subdenumirea de « solid celular» . Dacă celulele sunt poligonale, materialul are aspect de "fagure demiere" , iar dacă celulele sunt poliedrale, materialul este cunoscut sub formă de spumă.Proprietăţile mecanice, în multe materiale compozite, depind de structura acestora, privită încomplexitatea ei. Pentru anumite structuri ale materialului compozit, proprietăţile sunt oarecumsimple. Structurile materialelor compozite au fost simplificate şi idealizate de Voigt şi Reuss înmodelele ale căror nume le poartă

5. InterfaţaMatricea, armătura şi aditivul sunt, de cele mai multe ori, materiale de naturi diferite, astfel încâtva exista întotdeauna o zonă spaţială de trecere de la un material la altul (de la un set deproprietăţi la altul) numită interfaţă. Răspunsul macroscopic (util) al materialului compozitdepinde esenţial de modul în care interfaţa permite transferul solicitărilor (mecanice, termice,electromagnetice) între cele două componente.Este bine cunoscut faptul că proprietăţile mecanice ale materialelor compozite polimerice depindnu doar de proprietăţile mecanice ale componentelor, dar în mare măsură de natura suprafeţelorfibrelor şi de mecanismul de transfer de sarcină de la matrice la fibre. Calitatea interfeţeidetermină integritatea structurală, răspunsul la acţiunea mediului ambiant şi proprietăţile fizice şimecanice ale materialului compozit.Pentru a îmbunătăţi calităţile interfeţelor au fost dezvoltate o serie de tehnici şi metode, punându-se accent pe tratamente chimice sau modificarea suprafeţelor tratate cu plasmă . O altă metodă deîmbunătăţire a interfeţelor este ultrasonarea armăturilor din matrice în faza de prepolimer.Tehnicile de îmbunătăţire a calităţii interfeţei ţin, în general, de mărirea suprafeţei specifice apulberilor sau fibrelor. În cazul pulberilor mărirea suprafeţei specifice se face prin micşorareadimensiunilor particulelor în timp ce în cazul fibrelor mărirea suprafeţei specifice se realizeazăprin alterarea suprafeţelor acestora (în general lipsite de asperităţi).În formarea materialelor compozite un aspect esenţial este legat de cunoşterea nivelului în carematerialele utilizate sunt compatibile – adică existenţa unei interacţiuni (chimice, electrice, de tipsuperficial) între constituenţi care să favorizeze apariţia şi dezvoltarea interfeţei. Dacă materialelenu interacţionează este ușor de presupus şi de imaginat că nu va exista niciun fel de interfaţă iarparticulele de pulbere sau fibrele vor fi înconjurate de volum polimeric fără a avea puncte decontact, practic aceste componente vor fi plasate în alveole apărute în volumul polimeric.

6. Formarea compozitelorFormarea compozitelor prezintă particularităţi faţă de procesele tehnologice de prelucrare alematerialelor clasice. Din acest motiv este greu de ales un procedeu sau altul atunci când se puneproblema realizării efective a produsului. În acest sens se poate stabili o grilă de opţiune care săprevadă atât considerente tehnice, cât şi considerente manageriale. Un mare dezavantaj almaterialelor compozite este legat de faptul că, în general, nu se pot realiza prefabricateuniversale. În astfel de condiţii este de aşteptat ca raţionamentul să fie centrat pe realizareadirectă a reperului. În stabilirea strategiei de formare trebuie luate în discuţie toate condiţiile.Alegerea metodei optime de formare este influenţată de o serie de factori: păstrarea integrităţiistructurale a elementelor de armare, calitatea pieselor, dimensiunea şi forma pieselor, cadenţa deformare etc. Aşadar metodele de formare pentru materiale compozite sunt date în , iar cea maiuzuală metodă de formare a compozitelor armate cu ţesături este formarea prin stratificare.În ideea formării unui material compozit multifuncţional armarea polimerilor se poate realiza cupulberi, cu ţesături sau prin combinarea celor două. Pentru armarea cu ţesături se poate folosi unsingur tip de fibre sau o combinaţie de două sau mai multe tipuri de fibre diferite, înglobate într-omatrice comună. Există diferite modalităţi de combinare a fibrelor într-o structură hibridă. Ele potfi folosite în diferite straturi ale materialului sau în părţi complet diferite ale aceluiaşi elementstructural. Fibrele de tipuri diferite pot fi îmbinate în aceeaşi ţesătură sau împletite în produsetextile hibride.

7. Compozite aditivateAditivii sunt substanţe încorporate în materialele plastice cu scopul de a modifica caracteristicileacestora şi sunt parte a materialului finit. Materialele de umplutură pot fi sub formă de pulberi,fulgi, nanosfere etc. După provenienţă, ele se împart în aditivi organici şi anorganici.Un fenomen comun la aditivarea polimerilor cu majoritatea tipurilor de aditiv este legat de faptulcă se produc aglomerări de particule. Aglomerările aditivilor duc la slăbirea proprietăţilormecanice ale compozitelor. Ca şi intruziunile gazoase, aglomerările aditivilor sunt consideratedefecte.Proprietăţile aditivilor diferă în funcţie de metoda de obţinere a acestora. La formareananotuburilor de carbon cele mai uzuale metode sunt vaporizarea cu laser şi descărcarea în arcelectric. Bineînţeles că toate metodele au anumite inconvenienţe ce influenţează directcaracteristicile pulberilor, deci aditivii vor avea mai multe sau mai puţine defecte. O tehnică nouăde obţinere a nanotuburilor de carbon este prin depunere chimică de vapori (DCV). Prin aceastămetodă se pot obţine nanotuburi aliniate cu mai puţine defecte. Alinierea se face pe o suprafaţă decatalizator depus pe polimer. Un astfel de control de aliniere, orientare şi dispersie a pulberilor înmatricea polimerică este necesar pentru optimizarea proprietăţilor compozitelor.Legea amestecurilor. Materialele compozite polimerice sunt alcătuite, după cum am arătat deja,

din două sau mai multe faze întrepătrunse fie că este vorba despre compozite armate, fie că estevorba de compozite aditivate, fie că este vorba despre compozite hibride în care armătura esteimersată într-un polimer aditivat cu unul sau mai mulţi aditivi.

Proprietăţile electrice şi electromagnetice ale compozitelor se referă, în primul rând, laconductivitatea electrică a acestora şi, în al doilea rând, la permitivitatea electrică şipermeabilitatea magnetică ale acestora. În primul caz conductivitatea electrică, scăzută în cazulpolimerilor, este unul dintre marile dezavantaje ale compozitelor polimerice şi o piedică în caleaextinderii utilizării acestora. Fiind izolatoare (conductivitate electrică extrem de scăzută) acestemateriale nu pot fi utilizate pentru aplicaţii în care sunt expuse riscului încărcării electrostatice,deoarece descărcările electrice (imposibil de controlat) pot conduce la accidente cu efectedezastruoase, mai ales în cazul aplicaţiilor în industria aeronautică.

Unul dintre principalele scopuri ale cercetării în domeniul compozitelor polimerice a fostacela de a mări conductivitatea electrică a acestora, prin diverse metode, de la realizareapolimerilor conductivi, până la depunerea straturilor metalice pe suprafeţele expuse alestructurilor compozite.

8. Compozite armate cu ţesăturiScopul folosirii fibrelor ţesute ca elemente de armare a fost acela de a răspunde cerinţelor

de încărcare pe diferite direcţii.Standardizarea ţesăturilor permite evaluarea performanţelor materialelor textile deoarececunoaşterea caracteristicilor ţesăturilor joacă un rol foarte important la formarea materialelorcompozite.Rezistenţa mecanică a compozitelor armate cu fibre este indusă de rezistenţa fibrelor. Textura şigradul de orientare paralel cu axa fibrei al moleculelor imprimă fibrelor un grad ridicat derezistenţă la tracţiune. În cazul acestora, defectele de aliniere moleculară generează concentratoride efort iar fibrele vor ceda tocmai în zonele respective.Pentru îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice ale compozitelor armate cu fibre tratareasuprafeţelor fibrelor joacă un rol important din punctul de vedere al comportamentuluicompozitului. Tratarea fibrelor are ca scop îmbunătăţirea interfeţelor, protejarea fibrelor deumiditate şi diferiţi reactivi. În cazul fibrelor inerte tratarea suprafeţelor se face cu scopulactivării acestora în vederea creşterii gradului de aderenţă chimică cu matricea. Tehnologiile detratare a acestor suprafeţe sunt de două tipuri: oxidative sau neoxidative.Cele mai uzuale tipuri de textile sunt: ţesăturile de tip plan, ţesăturile de tip diagonal, ţesăturile detip satin şi ţesăturile multistrat – ţesături 3D.În funcţie de cerinţele de utilizare, compozitele armate cu ţesături se pot forma din mai multestraturi orientate la unghiuri diferite .

9. Compozite laminateO lamină este stratul cel mai subţire dintr-un laminat şi este formată dintr-un strat de armăturăimersată în matrice. Deseori, pentru a creşte gradul de aderenţă dintre fibre şi matrice saurezistenţa compozitului, polimerul este aditivat cu diferiţi agenţi de umplutură sau chimici.

Un laminat este un compozit format prin lipirea mai multor lamine suprapuse pentru a atingerigiditatea şi grosimea dorită . La formarea laminatului, laminele unidirecţionale pot fi suprapuse,astfel încât fibrele din lamine sa fie orientate identic pentru toate laminele, sau la unghiuridiferite. Laminele sunt de obicei lipite cu acelaşi tip de material cu cel din care este constituitămatricea laminelor.Obţinerea sau construirea unui model al proprietăţilor laminatelor porneşte de la cunoaşterea şidescrierea proprietăţilor laminelor luând în considerare efectele mecanice induse de lipituriledintre acestea, considerate perfecte.

10. Materialele compozite fibroase

Materialele compozite fibroase sunt materiale care contin o matrice polimerica continuaconstituent care uneste practic o serie de ranforsanti sub forma de fibre sau fascicole de fibre.Imbunatatirea proprietatilor structurale se datoreaza transferului de forte catre ranforsanti.Utilizarea fibrelor este necesara deoarece acestea sunt rezistente si cu greutate redusa. Fibrelesunt mult mai rezistente decat materialul bulk (brut) din care sunt confectionate si aceasta datoritaorientarii preferentiale a moleculelor in lungul fibrei si datorita numarului mult mai mic dedefecte prezente in fibra prin comparatie cu materialul brut. Fibrele sunt utilizate ca ranforsantcontinuu fiind aliniate in straturi elementare denumite lamina.Fibrele încorporate în matricea polimerului întăresc materialul obţinut,mărind valorileparametrilor de rezistenţă şi elasticitate. Astfel de materiale sunt foarte rezistente. Un materialcompozit cu fibre carbonice orientate longitudinal are rezistenţa comparabilă cu a oţelului, însă ogreutate mult mai mică. Compozitele cu fibre scurte au numeroase aplicaţii . Ele nu au rezistenţacelor cu fibre lungi şi continui, dar sunt uşor de prelucrat prin pliere, injectare, sau polimerizare„în situ".Spre exemplu, fibre carbon au fost încorporate în structura polietilenei cu densitatemare, materialul rezultat fiind utilizat în înlocuirea articulaţiei genunchiului în proteze. Greutateafoarte mică acestui material este un atu în plus şi permite utilizarea implanturilor la o medie devârstă a pacienţilor ridicată.Atunci când sunt cerute aceleaşi proprietăţi pe direcţii perpendiculare se utilizeazăaşa numită „ranforsare ortogonală" prin amplasarea pe direcţiile dorite a fibrelor.Când sunt cerute aceleaşi proprietăţi pe toate direcţiile ranforsarea cu fibre nu se mai face ordonatpe una sau două direcţii, ranforsantii sunt orientaţi aleatoriu.Caracteristicile structurale şi funcţionale cerute fibrelor pentru a constitui ranforsanti în materialecompozite sunt:- modul de elasticitate crescut;- elongaţie bună- mică variaţie a rezistentei între fibrele individuale;- stabilitate a proprietăţilor în timpul mânuirilor şi proceselor de fabricaţie;

- diametru şi suprafaţa uniforma;- durabilitate;- disponibilitate în formele potrivite;- cost acceptabil.Diametrul acestor fibrelor trebuie să fie suficient de mic pentru a reduce defectele desuprafaţa şi pentru a produce un transfer ridicat al forţelor între matrice şi ranforsanti.Tipul şi compoziţia chimică sunt şi acestea importante deoarece determină câteva proprietăţiprintre care şi durabilitatea şi rezistenţă în timp. Cele mai comune fibreutilizate înranforsări sunt fibrele de sticlă, de carbon şi aramidă.Toate acestea manifestă uncomportament elastic linear sub acţiunea forţelor de tracţiune.Fibrele sunt disponibile într-o varietate de configuraţii :- unidirecţionale aliniate pe o singură direcţie;- bi-direcţionale - grupate pe direcţii perpendiculare;- şi aleatorii - aflate în acelaşi plan dar cu distribuţie aleatorie.

Fibrele de sticlăMaterialele compozite pe baza de fibre de sticlă au fost primele care au deschis drumul cercetăriiştiinţifice pentru compozitele ranforsate cu fibre polimerice (CFRP). Printre principalele avantajeale acestui tip de fibre se enumeră: răspândirea pe piaţa în forme cât mai variate, preţulcompetitiv, stabilitatea în timpul prelucrării, rezistenţă bună, etc. Fibrele de sticlă sunt la oraactuală printre cele mei utilizate în aplicaţii.Sunt obţinute sub formă de filamente care ulteriorsunt bobinate pe diferiţi suporţi.Suferă un tratament de suprafaţa care are rolul de a preveniîmbibarea în straturile superficiale cu materialul (polimeric) din care este constituită matricealucru care ar diminua proprietăţile mecanice ale fibrei.Acest tratament are şi rolul de a cresteaderentă între cei doi constituenţi ai compozitului (matricea şi armătura). Cele mai întâlnite tipuride fibre de sticlă sunt de tipul E-glass şi S-glass.E- glass sunt cele mai utilizate în aplicaţiileindustriale, în principal datorită preţului de cost scăzut.Deşi S-glass au proprietăţi mecanice maibune cum ar fi o ductilitate mai bună şi rezistentă crescută faţa de E-glass preţul lor mai ridicat leface mai puţin populare în aplicaţiile industriale şi nu numai. Aceste tipuri de fibre pot avea înconstituentă zirconiu ceea ce le face rezistente la acţiunea alcalilor în special în cazul cândmaterialele pe baza de fibră de sticlă sunt incluse în componenţa structurilor din beton (armăturidin fibră de sticlă).

Fibrele de carbon

Fibrele de carbon şi grafit sunt şi ele destul de răspândite în ceea ce priveşte domeniile deactivitate în care sunt utilizate iar folosirea lor se poate consideră interschimbabi|a.Deşi sunt

relativ apropiate ca utilizare cele două tipuri de fibre se deosebesc prin diferenţa de constituţiemai ales în ceea ce priveşte structura modulară. Majoritatea fibrelor de carbon sunt obţinute prindescompunerea termică a poliacrilonitrilului (PAN).Atomii de carbon sunt aşezaţi în planehexagonale paralele pentru a forma reţeaua cristalină a grafitului pe când în cazul fibrelor decarbon legăturile dintre straturi sunt slabe aşa că se formează o aşezare bidimensională.ProcesuIde fabricaţie pentru ambele tipuri constă în trei etape distincte: oxidare la 200-300°C; carbonizarela 1000-1500°C sau 1500-2000°C şi grafitizare la 2500-3000°C. Prin grafitizare se obţin fibre cuun modul mai mare decât fibrele de carbon; acestea din urmă se prezintă sub formă de filamentelungi în seturi de către 1000-160000 de filamente paralele.Fibrele de carbon pot fi achiziţionatedeasemenea şi sub formă de ţesături. Aceste fibre prezintă rezistenţa la tensiune şi efortspecifice.Pe măsură ce se înregistrează creşteri la nivelul modulului de elasticitate elongaţia şialungirea finală la rupere descresc. Comportamentul fibrelor de carbon sub acţiunea forţei detensiune este elastic însă în momentul ruperii comportamentul este casant.Fibrele de carbon şigrafit nu sunt udate de matrice însă principalul lor dezavantaj este preţul de cost acestea sunt de10 până la 30 de ori mai scumpe decât fibrele de sticlă, aceasta, în principal, datorită procesuluilung de fabricaţie şi costului ridicat al materiilor prime.

Fibrele de aramidă

Suntfibrepolimericecaracterizate de rezistentefoartebune; acestlucru sedatoreazăorientăriilanţurilorpolimerice de-a lungulaxuluifibrei.Aramidaeste odenumiregenericăpentru un grup de fibreorganicecesuntproduseînprezent de DuPont (Kevlar)şiAkzo Nobel (Twaron).Fibrele de Kevlar suntobţinuteprinextruderea cu molecule parţialorientate. Kevlaruleste o polimidaaromatică cu inelearomatice.Suntmaimultetipuri de kevlar :kevlar 29 destinatcompozitelorpentru impact şitolerantămaximă; kevlar 49pentrumaterialeplasticeranforsate; kevlar 149 cu celmai mare modul elastic dintretoatearamidele.Rezistenţa la compresiune a fibrelor de kevlarestemaimică de 20% raportată la rezistenţa latensiune; excepţie face modelulkevlar 49 care are un comportamentcasant la solicitarea latensiuneînschimb la compresiunecomportamentulsauestefoarteductilasemănător cu almetalelorabsorbindastfel o mare cantitate de energie. Acesteproprietăţioferăcompozitelorpebazade kevlar o mare rezistenţă la impact.Deşirezistenţakevlaruluiscadeliniarodată cucreştereatemperaturiitrebuiereţinutcăacest material îşipăstreazămaimult de 80% dinproprietăţipână la temperaturi de 180°C.Fibrele de kevlar absorb apă, conţinutul maxim deumiditatevariazăînsăfuncţie de tipulfibrelor.Deasemeneaacest tip de fibresuntsensibile laradiaţiileUV .Unconţinutridicat de umiditate duce la apariţiafisurilor interne înfibrele de kevlar,fisuri care aparlângăgolurilepreexistenteşiducîncele din urmă ladesfacereapetraiectorielongitudinală a fibrei. Kevlarulprezintărezistenţă la

acţiuneaunuinumărdestul de mare de substanţechimiceînsăpoate fi degradat de o serie deacizişisubstanţe cu caracteralcalin.Compozitelepolimerice pot fi ranforsate fie cu fibre continue fie cufibrediscontinue.Încazulranforsăriiunidirecţionale cu fibre continue seconsiderăcămajoritateaîncărcăriiestedistribuităşisuportatăpedirecţia de orientare a fibrelor.Fibrelescurte, discontinue suntobţinuteprinsegmentareafibrelor lungi sausuntproduse directînaceastăformăpentru a reducecosturile.Orientareaacestorfibreînplanulranforsăriiesteconsideratăaleatorie,prinurmarecomportamentulacestora la încărcareesteconsideratizotrop. Rezistenţa laacţiunemecanicăestemaimicăîncazulcompozitelorceînglobeazăfibreîn format discontinuu.

Fibrele de bor

Sunt disponibile pentru a fi utilizate în compozite de înaltă performanţă; totuşi sunt mult maiscumpe decât cele prezentate anterior şi mult mai puţin atractive în ceea ce priveşte proprietăţilemecanice dacă sunt comparate cu fibrele de carbon.Filamentele de bor sunt obţinute prindescompunerea compuşilor de bor pe un filament de tungsten.Depunerea borului se face pe unsubstrat încălzit electric, cu un diametru de 12,5 . Diametrul final al substratului va fi de 100,140 sau 200 . Fibrele pot fi regăsite şi cu raport dimensional mic - fibre scurte.

Filamentele din carbură de siliciu

Sunt caracterizate că monofilamente cu diametru mare, sunt obţinute prin combinarea carbonuluicu siliciul la temperature ianlte 2000 °C, sunt mult mai eficiente din punct de federe economicdecât fibrele de bor şi prezintă proprietăţi mecanice comparabile. În general în cazul tuturorfilamentelor de acest gen (cu rezistenţă crescută) se manifestă un efect dimensional, fiind foartegreu de atins diametrul potrivit la care atât alungirile cât şi rezistenţa să fie optime. Tot la nivelulconstituenţilor se încadrează şi matricile compozitelor, prin urmare se prezintă o scurtă descrierea acestora.

11. Proprietăţile fibrelor de sticlă ale aramidelor şifibrelor de carbon.

12. Avantajele si dezavantajele utilizarii materialelor

compozite comparativ cu materialele clasice

Avantaje:- densitate mica in raport cu metalele. Compozitele din rasini epoxidice armate cu

fibra de Si, B si C au densitate sub 2kg/dm3. Rasinile epoxidice armate cu fibre de sticla suntcu 83% mai usoare decat otelul. Materialul plastic armat cu fibre de sticla hyfil are densitateade 1,8 kg/dm3.

- rezistenta la tractiune Rm sporita. Rezistenta materialelor compozite cu whiskers-uri este de 5... 30 ori mai mare decat a matricei, pe o directie paralela cu directia de orientare awhiskers-urilor. Rezistenta la tractiune a fibrelor de sticla este 19000...39000 daN/cm2.Materialul compozit Kevlar are Rm de doua ori mai mare decat cea a sticlei.

- consum energetic scazut, si instalatii mai putin costisitoare in procesul de obtinere,in raport cu metalele. Materialele plastice armate cu fibre de sticla pot fi usor realizabile,procedeele aplicate uzual putand fi: laminarea, pulverizarea, extrudarea si injectarea.Materialele compozite pe baza de materiale plastice sunt mai putin energointensive decat otelul,aluminiu si cuprul.

- rezistenta practic nelimitata la actiunea proceselor determinate de agentiiatmosferici si de mediu (oxidare, coroziune, microorganisme);

- capacitate ridicata de amortizare a vibratiilor, de trei ori mai mare decat cea aaluminiului;

- coeficient de dilatare foarte mic in raport cu metalele;- durabilitate mare in functionare. In aceleasi conditii de functionare 1 kg. de kevlar

inlocuieste 5 kg. de otel, la o durata egala de functionare.

- stabilitate chimica si rezistenta mare la temperaturi redicate. Fibrele de Kevlar, teflon si hyfilisi pastreaza proprietatile pana la o temperatura de 500 ºC, iar fibrele ceramice de tip SiC, Si3N4

si Al2O3 pana la temperaturi cuprinse intre 1400 ºC si 2000 ºC

Dezavantaje:- uzarea prin frecare reprezinta un proces distructiv al materialelor compozite

echivalent cu cel a ruperii sau al deformarii.- oxidarea si/sau coroziunea sunt procese care duc la degradarea progresiva si rapida

a suprafetei produselor si deci la uzarea lor avansata. Oxidarea devine mai periculoasa latemperaturi inalte, insa depinde in mare masura de natura matricei si a materialuluicomplementar. Coroziunea se produce la temperaturi joase si inalte, in zona de contact dintrecomponente (coroziunea galvanica, din cauza diferentei de potential electrochimic dintrematrice si faza complementara).

- cedarea materialului sub actiunea solicitarilor mecanice ciclice se datoreazaaparitiei, cresterii si propagarii fisurilor sau dezlipirilor. Starea de tensiune insa zone dedesprindere (goluri) la capetele fibrelor de ramforsare, si care se propaga sub forma unorstriuri in regiunea neramforsata.

13. Tendinţe actualeÎn prezent tehnologia se îndreaptă spre a obţine materiale care să satisfacă cereri specificeorientate în ambele direcţii atât în ceea ce priveşte rezistenţa structurală cât şi funcţionalitatea.Dorinţa de a explora noi pieţe în domeniul compozitelor polimerice a condus cercetarea dinEuropa spre obţinerea a noi materiale biodegradabile şi biocompatibile.Încă din anii 90 Japonia şi SUA au recunoscut necesitatea lărgirii domeniilor de aplicaţie acompozitelor, Japonia a pus mai mult accent decât SUA în domeniul obţinerii de răşinitermoplastice şi termorezistente. În timp ce în SUA preocupările principale au fost în dezvoltareaproceselor de producţie computerizate în Japonia acest lucru s-a orientat pe pregătirea despecialişti oricum,în timp, ambele ţări au ajuns liderii producerii de materiale compozite.Un alt domeniu de aplicaţie al compozitelor îl reprezintă domeniul biomedical. Astfel au apărutmateriale care pot simula foarte bine natura ţesuturilor vii care, în esenţă, sunt materalecompozite; totuşi sunt puţine aplicaţii şi asta deoarece se manifestă întârzieri în procesul detransfer din arii de cercetare diferite şi datorită lipsei de strategii interdisciplinare. Spre exempluJaponia a înfiinţat Institutul Naţional de Cercetare Avansată Interdisciplinară care combinăpractic elemente din diverse câmpuri de studiu, elemente care în mod normal nu pot fi predateavând în vedere programele actuale. Astfel a putut luă naştere o materia specializată pe ingineriaţesuturilor.Eforturile de reducere a costurilor şi a greutăţii compozitelor reprezintă şi ele o preocupare delarg interes. Se mai observă o migrare a cercetărilor compozitelor orientată din ce în ce mai multspre industria telecomunicaţiilor.în cele din urmă tendinţele se îndreaptă spre obţinerea demateriale cu proprietăţi (elasto-dinamice) modificabile în timp real astfel încât să poată face faţăcererilor primite de la sisteme de operare ce evoluiaza în condiţii diferite.Aşteptările şi cererile pentru următorii zece aniSe astapta ca piaţa materialelor compozite să migreze spre domeniile unde costul reprezintă oputernică limitare astăzi.În concluzie activităţile de cercetare trebuie coordonate în aşa fel încât aplicaţiile în domeniulcompozitelor să sporească în număr şi de asemenea trebuie orientate către procesul de producţiepentru eficientizarea acestuia şi pentru obţinerea de noi constituenţi cu performate inbunatatite şicroite pentru a satisface proprietăţile structurale şi funcţionale a parametrulor de utilizare acompozitelor

14. ConcluziiPrincipalul avantaj al compozitelor constă în posibilitatea acestora de a combina proprietăţilefizice ale Constituenţilor pentru a obţine noi funcţionalităţi strcturale.Compozitele au apărutfoarte devreme în tehnologia umană, proprietăţile structurale ale paielor fiind combinate cu argilăşi obţionandu-se primul compozit utilizat în construcţii pentru că, mai apoi, ranforsările de oţel şibetonul să dea naştere la betonul armat materialul ce da notă dominantă a ultimului secol îningineria civilă. Această etapă este apoi urmată de dezvoltarea materialelor polimerice şi fibrelorde modul înalt (carbonice, aramidice) introducandu-se astfel o nouă generaţie de compozite;

principalul avantaj fiind acela că se poate lucra cu costuri energetice reduse utilizandu-se şiavantajul obţinerii de structuri rezistente şi stabile coroborat cu mase reduse.Datorită posibilităţilor din punct de vedere al designului compozitele au fost utilizate foarte multacolo unde se cerea rezistenţă, greutate redusă, rezistenţă chimică s.a.m.d. Compozitelepolimerice au fost puternic utilizate în industria aeronautică, acolo unde reducerea greutăţiireprezenta un punct foarte important în cercetare netinandu-se neapărat seamă de cost.Eforturilecercetătorilor s-au constituit în optimizarea performatelor structurale ale acestor materiale şi nu înultimul rând în reducerea costurilor. Efortul de a produce compozite atractive din punct de vedereeconomic s-a resimţit şi ca rezultat au apărut câteva tehnologii de producţie a acestor materialecare sunt utilizate în prezent în industrie.

15. Bibliografie

1. Banu, M., “Curs de Tehnologia Materialelor Compozite”2. Palfavi, A., “Tehnologia materialelor”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti

1985;3. Ştefănescu, F., ş.a., “Materiale compozite” Editura Didactică şi Pedagogică, Buc.

1996. Marian Mares „Materiale compozite” Editura Tehnopress,4. Cerbu Camelia, Curtu Ioan, Mecanica si Rezistenta materialelor compozite,

Brasov, Editura Universitatii Transilvania, 2009 (III 23482; 539/C35), ISBN 978-973-598-614-8.

5. Hadar Anton, Structuri din compozite stratificate, Ed. Academiei şi Ed AGIR, Buc,2002

6. Circiumaru, A., Bria, V., Birsan, I.G., Andrei, G., Dima, D., Some Properties ofStratified Composites, Proceedings of the ASME 2010 10th Biennial Conference onEngineering Systems Design and Analysis, Istanbul, Turkey 2010, ISBN 978-0-7918-3877-8.a. Circiumaru, A., Andrei, G., Dima, D., Birsan, I.G., Bria, V., Thermal

Properties of Some Particulate Composites, Annals of DAAAM for 2010 &Proceedings of the 21st International DAAAM Symposium, Zadar, Croatia,2010, pp. 69-70, ISSN 1726-9679.

b. Andrei, G., Circiumaru, A., Dima, D., Birsan, I.G., Bria, V., Some PhisicalProperties of Fabric Laminae, Annals of DAAAM for 2010 & Proceedingsof the 21st International DAAAM Symposium, Zadar, Croatia, 2010, pp. 71-72, ISSN 1726-9679.

c. Birsan, I.G., Circiumaru, A., Bria, V., Roman, I., Ungureanu, V., SomeMechanical Properties of Reinforced Filled Epoxy Composites, Annals of

DAAAM for 2010 & Proceedings of the 21st International DAAAMSymposium, Zadar, Croatia, 2010, pp. 379-380, ISSN 1726-9679.

d. Birsan, I.G., Andrei, G., Bria, V., Postolache, I., Circiumaru, A.,Tribological Behavior of Clay/Epoxy Composites, Proceedings of the 5st

International Scientific Conference BALTRIB’2009, Kaunas, Lithuania,Vol. 5, pp. 164-169, ISSN 1822-8801.

e. Bria, V., Circiumaru, A., Birsan, I.G., Some Properties of Starch/EpoxyComposites, MATERIALE PLASTICE, Vol. 48, no. 2, pp. 189-194, ISSN0025-5289, 2011.

7. Circiumaru, A., Bria, V., Roman, I., Andrei, G., Dima, D., Birsan, I.G., PhysicalProperties of Filled Epoxy Composites, Annals of DAAAM for 2011&Proceedings of the 22nd International DAAAM Symposium “IntelligentManufacturing & Automation: Power of Knowledge and Creativity”, 23-26th

November 2011, Viena, Austria, pp. 59-60, ISSN 1726-9679, 2011.