Click here to load reader

Materijali II Kompozitni Materijali(Predavanja Spanicek)

  • View
    3.754

  • Download
    8

Embed Size (px)

DESCRIPTION

preuzeto sa http://fsbmaterijali.tk/

Text of Materijali II Kompozitni Materijali(Predavanja Spanicek)

Kompozitni materijali

DEFINICIJAKompozitni materijali ili kompoziti su proizvedeni umjetnim spajanjem dvaju ili vie materijala razliitih svojstava s ciljem dobivanja materijala takvih svojstava kakva ne posjeduje niti jedna komponenta sama za sebe

Neke od opih prednosti kompozitnih materijala pred konvencionalnim materijalima jesu sljedee: - mogunost izrade vrlo sloenih oblika, - smanjenje trokova naknadne obrade dijelova, - mogunost spajanja dijelova tijekom samog postupka proizvodnje, - dimenzijska stabilnost pri ekstremnim radnim uvjetima, -otpornost na koroziju.

PodjelaMaterijal matrice Oblik ojaala

Matrica:Metalna Keramika Polimerna (polimer, ugljik)

Oblik ojaala:estice Vlakna Strukturni kompoziti(slojeviti kompoziti (laminati) i sendvi konstrukcije)

Konana svojstva kompozita ovisit e o:svojstvima matrice i ojaala veliini i raspodjeli konstituenata volumnom udjelu konstituenata obliku konstituenata prirodi i jakosti veza izmeu konstituenata

MatriceMetalne (MMC), polimerne (PMC) ili keramike (CMC). Iz svake od tih skupina opisat e se samo neki karakteristini materijali koji se ee koriste kao matrice: metali: Al, Ti, Cu, Mg legure, superlegure itd. polimeri: poliesterske smole, vinilesterske smole, epoksidne smole, PA, PP, ABS, PPS, PEEK, PEI itd. keramika: Al2O3, SiC, ZrO2 itd. U novije vrijeme se proizvode i tzv. ugljik-ugljik kompoziti. Ovi materijali mogu podnijeti vrlo visoke temperature. Bez ikakvih problema mogu biti izloeni temperaturi od 1700 C, a kratkotrajno mogu funkcionirati i do 2700 C.

Usporedba specifinog modula elastinosti i specifine vrstoe nekih metala i kompozita

Kompoziti s esticamaDisperzije (do 0,1 m, Vp < 15 %) Velike estice (od 0,1 m, Vp >20 %) Veliina estica Volumni udio Razmak izmeu estica

estice SiC - 12 m

Vlaknima ojaani kompozitiViskeri Vlakna ice

TiB visker

Viskeri: siuni monokristali, ekstremno veliki omjer duljina/promjer, pravilna graa, Rm, najvri poznati materijal, cijena Vlakna: polimerna i / ili keramika, polikristalna ili amorfna ica: elik, Mo, W, relativno veliki promjer, aut. gume, cijevi,

Vlaknima ojaani kompozitiKod vlaknima ojaanih kompozita dolazi do izraaja poboljanje vrstoe, ilavosti, krutosti, te poveanja omjera vrstoa/gustoa uslijed ugradnje vrstih, krutih i krhkih vlakana u mekaniju, duktilniju matricu. Materijal matrice prenosi optereenje na vlakna te osigurava duktilnost i ilavost, budui da vlakna nose vei dio optereenja. Upravo zbog te injenice je vrlo vana veza izmeu matrice i vlakana. Dva znaajna svojstva vlakana su visoka toplinska stabilnost i kontrolirana rastezljivost pri povienim temperaturama. Vlakna se razlikuju prema: vrsti, duljini, promjeru, orijentaciji i hibridizaciji.

Dijagram naprezanje istezanje vlaknima jednosmjerno ojaanog kompozita

Vlaknima ojaani kompoziti spadaju u skupinu anizotropnih materijala budui da imaju znatno bolja svojstva u smjeru vlakana.

Karakteristike vlaknima ojaanih kompozitaOmjer duljina/promjer Volumni udio vlakana Usmjerenost (raspored) vlakana Svojstva vlakana Svojstva matrice

Usmjerenost (orijentacija)

Razdioba ojaala (a) kontinuirana jednosmjerna vlakna, (c) ortogonalno rasporeena vlakna,

(b) sluajno usmjerena diskontinuirana vlakna, (d) viesmjerno usmjerena vlakna

SVOJSTVA VLAKANA

PREDNOSTI I NEDOSTACI VLAKANA

Ojaalo E-staklo, S-staklo Aramidna vlakna HS (visokovrsta) ugljina UHM (ultravisoko modulna) ugljina

Prednosti Spec. vrstoa, cijena Spec. vrstoa Spec. vrstoa, krutost Izuzetno visoka krutost

Nedostaci Krutost, dinamika izdrljivost Tlana vrstoa, upijanje vlage Cijena vrstoa, cijena

Staklena vlaknaE-staklo (do 500 oC) elektrina vodljivost, S-staklo (do 1050 oC) - vrstoa, C- staklo Promjer: 3-20m, dobra povrinska svojstva, vrstoa, cijena, Mana: krutost !!! Primjena: - Sportska i rekreacijska plovila U zrakoplovstvu: Interijer Boeing 767 (meh. i tehn. svojstva, + nezapaljivost, ogranienja prema gorivosti i toksinim plinovima, estetski zahtjevi kompanija i putnika) Boeing 777-200: dijelovi stabilizatora

Ugljina vlakna40 godina u komercijalnoj upotrebi 1990-ih Svojstva/cijena (80-200 $/kg planovi do 11 $/kg) Zahtjevi: 16.000 t/god 30 % zrakoplovna industrija Promjer 8-10 m, kontinuirana i rezana Al 6061: 7x vea Rm, 2x vea krutost; 1,5x manja gustoa Najvei specifini modul i visoka specifina vrstoa Toplinska vodljivost 3x bolja nego kod Cu + odgovarajua matrica = najbolja korozijska postojanost Standardni modul (220 GPa; 50 $/kg); srednji modul (240 GPa; 80 $/kg); visok modul (300 GPa; 150 $/kg), ultravisok modul (450 GPa; 1000 $/kg)

PROIZVODNJA UGLJINIH VLAKANA

Aramidna vlakna1970. God Trgovaka imena: KEVLAR 49 (29, 149...), NOMEX, TWARON Najvia specifina vrstoa od svih komercijalno dostupnih ojaala, krutost

Tlana vrstoa loija od ugljinih vlakana, slaba adhezija sa matricom, higroskopan, skuplji od staklenih vlakana Nije krhak tkanine

VRSTE MATERIJALA U BOEING 7E7 (787)

PULTRUDIRANI PROFILI OD POLIMERNIH KOMPOZITA U GRADITELJSTVU

Strukturni kompoziti: ne ovise o svojstvima matrice i ojaala ve i o geometrijskom rasporedu elemenata konstrukcije Savojna vrstoa grede EI3

Sendvi konstrukcije

aRelativna krutost Relativna vrstoa Relativna masa

I = b a3 /12,

(b je dubina).

Tanka kora jezgra preuzima tlana optereenja! meh. svojstva jezgre!

BRANIK AUTOMOBILA: SENDVI JEZGRA OD PJENE PP S ESTICAMA

Hibridni kompozitiUgljik / Aramid Dobra ilavost+vlana vrstoa od aramida Tlana i vlana vrstoa od ugljinih vlakana Nisko gustoa ali relativno visoka cijena Aramid / Staklo Mala gustoa, ilavost, vlana vrstoa od aramida. Tlana i vlana vrstoa od stakla Niska cijena!! Ugljik / taklo Tlana i vlana vrstoa, krutost, gustoa - ugljik Dobra svojstva, cijena - staklo Niska cijena!!

Tkanine Proizvodnja spojenih dugih C, S, A vlakana s ciljem proizvodnje jednoslojnih ili vieslojnih ploa (plahta)

Jednosmjerna (unidirekcijski) Pletiva

PLAIN

TWILL

SATIN

BASKET

LENO

MOCK LENO

Saasta konstrukcija

Saasta konstrukcijaJezgraPjene (PVC, PS, PU, PEI polieterimid, akrilne pjene) U primjeni gustoe od 40-200 kg/m3 Debljine od 5-50 mm Sae (Al, Nomex aramid, ABS, Polikarbonat, PP, PE) Al najbolja specifina crstoa, opasnost od galvanske korozije Nomex otpornost na poare (avioni) Plastomeri mogunost recikliranja Drvo (Balza, cedar)

Paneli u avioindustriji: jezgra sae; izvana Al lim (folija) = krut,

vrst, lagan konstrukcijski materijal (oplate, krila, trupa repa zrakoplova)

ProizvodnjaOblikovanje natrcavanjem Runo (automatsko laminiranje) Pultrudiranje (40-70 % ojaala) RTM (resin transfer moulding) Namatanje (filament winding) Prepreg

Search related