Aanizotropia – insusirea unui material de a prezenta proprietati mecanice dependente de directia de masurare
aramidul – tip de material puternic orientat, organic deviat sin polimida. Utilizat in special ca fibra cu modul inalt de elasticitate. Expemplu de aramide: Kevlar, Nomex
autoclava – vas ermetic inchis, necesar procesului de polimerizare in care se pot controla temperatura, presiunea cat si vidul.
Bbatatura (fill, weft) – fibrele transversale ale unei tesaturi
bavura – material compozit in exces care se formeaza in zona inchiderii matritei
bias – tesaturi cu fibre orientate la ±45°
bleeder – strat de material ce permite trecerea rasinii intr-o singura directie
breather – material ce permite aplicarea vidului pe toata suprafata matritei
Ccapacitatea de absorbtie – cantitatea maxima (in grame) de substanta, care poate fi absorbita de un gram sau un cm3 de material
catalizator – substanta care schimba viteaza unei reactii chimice, fara a produce schimbari permanente in compozitie sau a devein parte a structurii molecular a produsului. In cazul materialolor composite, induce procesul de polimerizare
celula – o singura unitate dintr-o structura tip fagure
clivaj – proprietatea unor materiale de a se desface in placi sau in lame dupa suprafete plane
compozit -material format din doua sau mai multe elemente, combinate la scara macroscopic si care formează împreună un material nou, cu calităţi superioare celor ale fiecărui element luat separat
concentrator de tensiune – gol, crestatura, incluziune care conduce la cresterea locala a tensiunii
continutul de fibra – cantitatea de fibra exprimata in procente din intreaga masa a unui material compozit
continutul de rasina – cantitatea de rasina exprimata in procente din intreaga masa a unui material compozit
Ddebulking – vidarea straturilor intermediare de compozit in momentul punerii in forma a materialului pentru a asigura eliminarea aerului dintre straturi si pentru a consolida asezarea celor puse anterior
defectoscopia – reprezinta un ansamblu de procedee folosite pentru examinarea materialelor, imbinarilor si a pieselor, im vederea descoperii defectelor acestora
delaminarea – separarea straturilor de material intr-un laminat
demulant – produs ce faciliteaza desprinderea piesei finale de matrita
denier – unitatea imperiala de masura pentru densitatea liniara a fibrelor, fiind definit ca masa in grame a 9000 m de fir (1 denier=1 g/9000 m)
directia fibrei – orientarea fibrelor fata de o axa de referinta
drapaj (draping) – se refera la abilitatea unei tesaturi de a se adapta formelor (curburilor) matritei; procesul de asezare a straturilor pe matrita
duritatea– rezistenta la suprafata
Eelasticitatea – capacitatea unui material de –si modifica in mod revesibil forma si/sau dimensiunile, ca rezultat al actiunii unei forte exterioare si de a reveni complet la configuratia initiala, dupa incetarea actiunii solicitarii externe
epoxy – substanta ce sta la baza rasinii folosite la materialele compozite textile
etuva – cuptor , aparat sau încăpere în care se produce o temperatură ridicată
expandat – material format prin dispersia unui gaz printr-un material lichid
extrudat – material format prin deformare plastică, constând în trecerea forţată a lui, supus unei forţe de compresiune, printr-o matriţă de formă adecvată
Ffactorul de concentrarea a tensiunii – raportul tensiunii maxime intr-o zona a unui concentrator de tensiune, (ex; gaura) si tensiunea in aceeasi zona a structurii fara concentrator
fagure, structura – structura usoara sub forma de colule hexagonale
fenolic – rasina termorigida utilizata in aplicatii la temperatui inalte
fibra – component al materialelor compozite textile ce are rolul de a prelua incarcarile ce apar pe structura
filament – cea mai mica unitatea a unui material fibros. Filamentele de obicei au lungimi mari si diameter mici (sub 25 μm)
fill (batatura) – fibrele transversale ale unei tesaturi
film – foaie, strat subtire de aproximativ 0,25 mm de material intins pe suprafata unui obiect, pelicula
fir de umplere – batatura
flambaj (buckling)– pierderea brusca a stabilitatii unui structuri sub actiunea unei forte de compresiune.
fluaj – deformaţie lentă a unui material supus unor solicitări continue
forfecarea interlaminara (interlaminar shear)– forta de forfecare care tinde sa produca deformatii intre doua lamine in planul interfetei lor
fractia voluminca – participatia unui material constituent in volumul unui unui material compozit
Ggelcoat – material folosit pentru obtinerea finisajelor de inalta calitate pe suprafetele vizibile ale pieselor realizate din materilale compozite textile
glass transition temperature (Tg) – temperatura la care polimerul (in cazul compozitelor – matricea epoxidica) trece din stare solida in stare vascoasa, cauciucata.
Hhisterezisul – energia absorbita intr-un ciclu complet de incarcare-descarcare. Acesta eergie este convertita din energie mecanica in energie de frecare (caldura)
Iinterfata – limita sau suprafata dintre doua medii diferite, zona de contact dintre fibre si matrice
interlaminar
izotropia – proprietatea unui material de a avea aceleasi proprietati mecanice indiferent de directia dupa care este solicitat
imbatranirea – procesul de modificare in timp a proprietatilor unui material
incarcare – supunerea unui material la solicitari mecanice
L
laminat – produs obtinut prin suprapunerea mai multor straturi de fibre
lamina, strat (laminae, ply) – se refera la un singur strat de tesatura de fibre
Mmastic- amestec sub forma de pasta din rasina plastica si talc utilizat la repararea suprafetelor metalice
mat – produs din fibre de baza, tocate sau continue, distribuite aleator si fixate cu un liant
matrice – componenta a materialelor compozite ce are rolul de a sustine fibrele in forma si de a transmite solicitarile la acestea
N
Oomogen – termen ce descrie un material de compozitie uniforma
ortotrop – insusirea unui material de a prezenta proprietati mecanice diferite dupa directiile sale carteziene
Ppeel ply – strat de material ce permite trecerea excesului de razina. Se foloseste atunci cand se urmaresti abtinerea unei suprafete rugoase asupra careia se va aplica
plane – tip de tesatura bidirectionala
ply – un singur strat dintr-un compozit laminat
prepreg – o tesatura realizata din fibra de carbon, sticla, etc. preimpregnata cu rasina.
polimerizarea – reactive chimica prin care monomerii se combina pentru a forma polimeri. In tehnica reprezita intarirea rasinii
Q
R
rasina – substanta care prin polimerizare produce matricea unui material compozit textil
rowing – ansamblu de filament paralele si nerasucite.
Ssac de vid – sac ce are rolul de a etansa piesa, impreuna cu banda etansanta (seal tape) in vederea obtineri vidului
satin – tip de tesatura bidirectionala
stabilitatea dimensionala –reprezinta capacitatea unui component de a retine forma precisa in care a fost turnat, modelat sau format
structura principal – in aplicatii din domeniul aerospatial , o structura critica pentru siguranta zborului
structura secundara – in aplicatii din domeniul aerospatial , o structura care nu este critica pentru siguranta zborului
TTg – glass transition temperature – temperatura la care rasina incepe sa treaca din stare solida in lichida
termorigid – proprietate a unei matrici de a-si schimba proprietatile atunci cand sunt inalzite, suferind modificari structurale ireversibile
termoplastic – proprietate a unei matrici de a nu isi schimba proprietatile atunci cand sunt inalzite, suferind modificari structurale reversibile in urma acestui proces
tex – unitatea de masura in sistemul international pentru densitatea liniara a fibrelor, fiind definit ca masa in grame a 1000 m de fir. (1 tex = 1 g/1000 m)
tow – manunchi primar de filamente continue ce constitue o unitate singulara compacta, fara rasucire.
twill – tip de tesatura bidirectionala
UUD – strat de fibre orientate intr-o singura directie
urzeala (warp) – fire longitudinale, continue, dintr-o tesatura
V
X
Yyarn – manunchi de fibre rasucite
Wwarp (urzeala) – fire longitudinale, continue, dintr-o tesatura
weft (urzeala) – fibrele transversale dintr-o tesatura
wisker – fibre scurte, folosite ca armatura intr-o matrice
FIBRA DE STICLA
Armaturile sunt elemente componente ale materialelor compozite, care au menirea să îmbunătăţească proprietăţile mecanice ale acestora.
Fibra de sicla este folosita ca elementa de ranforsare, având rolul de a prelua o mare parte din solicitările la care este supus materialul matricei. Fibrele de sticla pot fi aglomerate împreuna cu un liant într-o structură numită Mat, ţesute sau împletite împreună cu produse textile hibride. În general, fibrele de sticla se obţin sub formă de mănunchiuri de filamente continue, care pot fi folosite ca atare, tăiate la lungimi standardizate sau prelucrate prin operaţii textile sub formă de materiale neţesute sau sub formă de
ţesături şi împletituri bi sau tridimensionale, sau chiar împletituri 4D, neimpregnate sau impregnate (prepreg).
Fibrele de sticla neţesute se prezintă sub formă de împâslituri (mat), fiind executate din fibre tocate sau continue, orientate întâmplător şi aglomerate mecanic sau structurate printr-un liant polimeric.
Fibra de sticla poate fi orientata în direcţia forţelor solicitante, iar dacă solicitările sunt după mai multe direcţii se pot realiza împletituri spaţiale.
Sticla masivă este caracterizata de o sensibilitate ridicată la fisurare, care se produce şi se dezvoltă sub acţiunea unei solicitări la tracţiune. Din contră, la fibrele de sticlă, fisurile sunt mult mai puţine, iar sticla are performanţe superioare.
Fibrele de sticlă sunt fabricate dintr-un amestec care are bază oxidul de siliciu (Si02), ce este topit şi trecut printr-o filieră. Fibrele de sticlă sunt foarte ieftine din cauza materiei prime care este abundentă (siliciu, calciu, caolin etc) şi a simplităţii proceselor tehnologice de prelucrare
Proprietăţile fibrelor de sticlă sunt:
pot fi produse sub diferite forme (fire, ţesături, mat-uri, multistrat etc.); aderenţă excelentă cu toate răşinile; dilatare termică redusă; proprietăţi dielectrice superioare; rezistenţe ridicate la umiditate şi coroziune.
Fibrele de sticlă au fost primele materiale de adaos înglobate în compozite, aceste fiind înglobate, cel mai adesea, în matrici din polimeri.
In continuare, va invitam sa urmariti un material in care este prezentata o metoda automata de aplicare a fibrei de sticla.
watch?v=31MyvRF6Z0g
MATERIALE SI TEHNOLOGII MODERNE FOLOSITE IN CONSTRUCTIA\ STRUCTURII DE REZISTENTA A MOTOARELOR RACHETA CU COMBUSTIBIL SOLID DE LA MUNITIA REACTIVA
In constructia rachetelor cu combustibil solid cele mai des folosite materiale sunt: metalele de inalta rezistenta si materialele compozite.
Metale de inalta rezistenta sunt cele mai raspandite in constructia rachetelor cu combustibil solid. Din categoria metalelor de inalta rezistenta fac parte: aliajele diverselor metale (aluminiu, titan) si otelurile de inalta rezistenta (special aliate).
Aliajele pe baza de aluminiu au rezistenta specifica si duritatea superioara otelurilor si mult mai mari decat aliajele cu titan. Datorita si costului relativ redus, aliajele din aluminiu se folosesc pentru constructia unor ajutaje si a corpului motorului racheta cu combustibil solid (MRCS).
Aliajele pe baza titan si otelurile de inalta rezistenta sunt larg intrebuintate in productia MRCS. Aceste aliaje sunt tratate termic si necesita tehnologii superioare. Otelurile de inalta rezistenta sunt acele oteluri care au rezistenta la rupere mai mare de 150 kgf/mm2. O asemenea rezistenta la rupere o ating numai otelurile cu continut ridicat de carbon mediu aliate si de oteluri martensitice de imbatranire rezistente la coroziune. Imbinarea proprietatilor superioare de rezistenta cu o plasticitate si tenacitate satisfacatoare se asigura prin alierea otelurilor cu diverse elemente, cum sunt: crom, siliciu, mangan, nichel, wolfram, molibden, titan.
In constructia rachetelor cu combustibil solid, au capatat o frecventa intrebuintare materialele compozite indeosebimaterialele compozite fibroase de inalta rezistenta. Aceste materiale au imbunatatit considerabil parametrii rachetelor ducand la micsorarea masei pasive a MRCS. Materialele compozite fibroase au caracteristici de rezistenta superioare uneori aliajelor metalice si ele fac posibila realizarea unor structuri de rezistenta care s raspund cel mai bine specificului si conditiilor de functionare in domeniul tehnicii reactive.
Cea mai mare raspandire au capatat-o materialele compozite cu matrici polimerice (mase plastice) armate cu fibre din bor, care prezinta urmatoarele caracteristici: rezistenta la rupere 175 kgf/mm2; modulul de elasticitate E=2,2×104 MPa.
O alta categorie de materiale compozite folosite in constructia structurilor de rezistenta a MRCS sunt materialele compozite cu matrici polimerice armate cu fibre de carbon. Ele se realizeaza, in special, cu folosirea liantilor epoxidici si au urmatoarele proprietati: densitate (1,5…1,6)x103 kgf/m3; rezistenta la rupere 41-310 kgf/mm2; modulul de elasticitate (1,3…1,9)x106 MPa. De asemenea, materialele compozite cu matrici polimerice armate cu fibre de carbon poseda o rezistenta la oboseala statica foarte mare si proprietati de amortizare si rezistenta la vibratii mult superioare decat metalele. Conductibilitatea termica superioara a fibrelor de carbon asigura masei plastice un coeficient de dilatatie termica foarte mic de (1,5…5)x10-6 la 10 C la temperaturi cuprinse intre 20 – 3000 C.
S-au elaborat materiale compozite de tipul carbon – carbon pentru construirea structurilor de rezistenta a MRCS, la care in calitate de liant pentru fibrele din carbon se folosesc matrici de carbon grafitizate. Astfel de materiale au proprietati termoprotectoare superioare, cu actiune chimica inerta si care pastreaza caracteristicile de rezistenta la temperaturi foarte mari. Ele au urmatoarele caracteristici principale: densitatea 1,46×103 kgf/m3; rezistenta la rupere: la 200 C – 2181 kgf/mm2 si la 25000 C – 274 kgf/mm2. Compozitele carbon-carbon se folosesc indeosebi, pentru constructia partilor divergente ale aliajelor MRCS. Materialele compozite cu matrice metalica (Al, Mg, Ni) ranforsate cu fibre de carbon reprezinta o alta categorie de materiale compozite utilizate in constructia MRCS. Ele sunt ieftine si prezinta tehnologii simple si eficiente de fabricatie. De exemplu, compozitele cu matrice din nichel ranforsate cu fibre din carbon prezinta urmatoarele proprietati: densitatea 4,7×103 kgf/m3; rezistenta la rupere 80 kgf/mm2; modulul de elasticitate 2,66×108 MPa.
Materialele compozite cu matrice polimerica ranforsata cu fibre de sticla, fac parte din categoria materialelor compozite termoizolante care isi pastreaza proprietatile pana la temperatura de 10000 C, materiale care se folosesc cu succes in construirea diferitelor elemente componente ale MRCS. Pentru aceste materiale, fibrele de sticla se pot inlocui cu fibre de silice si de cuart, care isi pastreaza proprietatile pana la temperaturi de aproximativ 12000 C. Prezinta interes, de asemenea, materialele compozite obtinute prin combinarea matricilor polimerice (mase plastice) cu fibre organice. Fibrele organice sunt fibre polimer de inalta rezistenta care au urmatoarele proprietati: densitatea 1,45×103 kg/m3; rezistenta la rupere 80 kgf/mm2; modulul de elasticitate 1,3×108 MPa. Ele au rezistenta la actiunea substantelor chimice cu 20 – 30 % mai mare decat fibrele din sticla, rezistenta la deteriorari superficiale, sunt bune conducatoare de electricitate si au calitati termoizolatoare superioare, isi pastreaza rezistenta pana la temperatura de 2900 C. Alegerea materialului necesar obtinerii structurilor de rezistenta ale MRCS trebuie sa fie precedata de calcule privind eforturile si solicitarile la care sunt supuse diversele elemente ale rachetelor, precum si de un calcul tehnico-economic si o analiza a posibilitatilor tehnologice. In tabelul 1 sunt date caracteristicile comparative ale materialelor compozite principalele folosite in constructia structurii de rezistenta a MRCS.
Alegerea materialelor pentru constructia elementelor ajutajului (blocului cu ajutaje) este determinata de doua criterii de baza: repartizarea temperaturii de-a lungul ajutajului pe timpul functionarii motorului si actiunea chimica si eroziva a produselor de ardere asupra ajutajului.
Materialele pentru ajutajele MRCS trebuie sa indeplineasca urmatoarele proprietati: rezistenta la temperaturi inalte de pana la 3500 K0, rezistenta mare la rupere (tenacitate ridicata), rezistenta la eroziunea gazelor care curg cu viteza supersonica la temperaturi foarte inalte, densitatea scazuta si compatibilitatea privind aderenta cu straturile de acoperire interior si exterior. Ajutajul suficient de usor poate fi obtinut numai prin intrebuintarea in constructia sa a principiului stratificatiei (cand fiecare start separat indeplineste strict o functie determinata, iar tot ansamblul, in intregime, asigura capacitatea de lucru cu performante satisfacatoare. Pentru confectionarea ajutajelor MRCS este larg folosit grafitul si materialele compozite de tipul carbon-carbon.
Grafitul se caracterizeaza prin: rezistenta ridicata la solicitari termice, conductibilitate termica foarte mare si o rezistenta superioara la coroziune si eroziune. Exista mai multe tipuri de grafit industrial, din care cel mai raspandit pentru executarea elementelor ajutajelor este grafitul policristalin (dens). Grafitul policristalin are densitatea mare (1,8 – 2,0)x103 kg/m3 si se caracterizeaza printr-o rezistenta suficient de mare la eroziune. Grafitul cementat cu siliciu are o rezistenta foarte inalta la eroziune, rezistenta mecanica suficienta si un coeficient de dilatatie termica mic. Datorita faptului ca, atat grafitul, cat si siliciu, nu sunt materiale deficitare, tehnologia de prelucrare a lor este relativ simpla si acestea sunt intrebuintate destul de mult la constructia ajutajelor (blocurilor cu ajutaje) ale MRCS. In prezent, se foloseste tot mai mult grafitul pirolitic, care are o densitate aproape identica cu cea a grafitului policristalin si este foarte rezistent la temperaturi inalte (3500K). Caracteristicile principale ale grafitului pirolitic si a celui cementat cu siliciu sunt prezentate in tabelul 2.
Autori:
Cpt.lect.univ.drd.ing. Aurel IacobescuCol.drd.ing. Dumitru Homei
Bibliogafie:
Dumitras C., Opran C., Prelucrarea materialelor compozite, ceramice si minerale, Editura Tehnica, Bucuresti, 1994Stefanescu F., Neagu G., Mihai A., Materiale compozite, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1996Ispas St., Materiale compozite, Editura Tehnica, Bucuresti, 1987Craciunescu M., Materiale compozite, Editura SEDONA, Timisoara, 1998.Toma V., Posibilitati de modernizare a rachetelor cu combustibil solid, Academia Tehnica Militara, 1996.Iacobescu A., Procedee si tehnologii de prelucrare a materialelor compozite, ceramice si minerale, Referatul nr. 2 – Doctorat, Universitatea „Lucian Blaga” – Facultatea de Inginerie, Sibiu, 1999.
In acest articol sunt prezentate cateva tehnologii de realizare a unor elemente constructive importante din compunerea rachetelor cu combustibil solid, folosindu-se materialele compozite. Una din particularitatile principale ale materialelor compozite, consta in faptul ca odata cu formarea materialului are loc si executarea elementului de constructie dorit. Aceasta particularitate implica necesitatea cunoasterii si rezolvarii problemelor tehnologice, de constructie si de rezistenta.
Tehnologia de fabricatie prin infasurare a structurii de rezistenta a MRCS din material compozit cu matrice din material plastic armat cu fibre de sticla
Procedeele de fabricatie a corpurilor MRCS prin infasurare din materiale compozite polimerice armate cu fibre din sticla, precum si a divergentului ajutajelor si carcaselor amorselor, sunt urmatoarele
- infasurarea tesuta: permite obtinerea unei structuri textolitice ermetice pe baza de tesatura de sticla pentru corpurile cilindrice ale MRCS, cu rezistenta la rupere de 40 – 60 kgf/mm2. Instalatia pentru fabricarea corpurilor textolitice pe baza de tesatura de sticla permite sa se execute infasurarea cu tesatura lianta imbibata in prealabil pe dorn dupa perimetru sau spirale;
- infasurarea periferica se executa concomitent cu primul si al doilea start, paralele cu benzile de la sulul (2) prin cilindrii (17 si 18). Cilindrii de sprijin (10, 23, 24) au montate pe ei dispozitive de incalzire in zona de contact cu tesatura confectionata din liant. Infasurarea spirala se executa prin depanarea tesaturii de pe suluri (2, 19, 30), dispuse sub un unghi fata de axa dornului (3). La atingerea tesaturii cu carucioarele (1, 28) pozitiei limita, se produce reasezarea tesaturii cu ajutorul mecanismului in forma de furca (32). Inmuierea si tavalugirea, cu scopul compactizarii straturilor de tesatura, se face la fel ca si in cazul infasurarii dupa perimetru.
- infasurarea longitudinal-transversala a corpurilor MRCS cilindrice si usor conice se executa plecandu-se de la raportul cunoscut dintre tensiunile in sectiunea limita si in sectiunea generatoarei, care este egal cu 1/2. Infasurarea starturilor pe dorn, in cazul infasurarii longitudinal – transversale, se face in urmatoarea succesiune: la doua straturi de benzi periferice se aplica un strat de benzi longitudinale (de-a lungul generatoarei). Corespondenta dintre orientarea si numarul benzilor de sticla cu directia si marimile care actioneaza in invelis, precum si asezarea compacta a benzilor de sticla, permite sa se realizeze o rezistenta la rupere superioara de 100 kgf/mm2 in directie tangentiala si peste 50 kgf/mm2 in directie axiala. Infasurarea longitudinal-transversala se realizeaza astfel: suportul pivotant (2), pe circumferinta caruia sunt amplasate bobinele starturilor longitudinale (1), rotindu-se sincron cu dornul (3), se deplaseaza de-a lungul axei dornului.
Totodata, benzile longitudinale desfasurate de pe bobina se infasoara si se trag spre suprafata dornului benzile in straturi inelare de pe bobinele (8) fixate pe caruciorul (4), asigurand raportul din starturile longitudinale si transversale de 1/2. Inmuierea (macerarea) liantului din benzi se realizeaza cu incalzitoare prin radiatie sau prin contact, dispuse pe elemente inelare care cuprind dornul in locul depanarii benzilor longitudinale inelare. Infasurarea corpurilor impreuna cu fundurile (capacele) prin procedeul infasurarii longitudinal-transversale complica substantial procesul tehnologic. De aceea, in mod obisnuit, astfel de corpuri se executa cu funduri (capace), insa cu ingrosari pe ambele parti frontale. Dupa obtinerea infasurarii, polimerizarii si scoaterii corpului de pe dorn, capetele ingrosate se supun prelucrarii mecanice in scopul pregatirii locurilor de imbinare cu capacele metalice. Infasurarea spirala permite sa se execute corpul MRCS impreuna cu fundurile (capacele). Aceasta este cel mai raspandit procedeu si cel mai eficace si permite sa se
obtina corpuri de MRCS, invelisuri ale divergentelor ajutajelor si invelisuri cu capace de cele mai diferite forme (cilindrice, conice, sferice, toroidale). Orice abatere de orientare a benzilor fata de linia tensiunilor principale ale invelisului, duce la micsorarea rezistentei invelisurilor cu aproximativ 10-15%. Rezistenta la rupere a elementelor obtinute prin infasurarea longitudinal-transversala din materiale plastic armate cu fibre de sticla prin infasurare spirala, este de aproximativ 85kgf/mm2. Aceasta metoda de infasurare este concretizata in figura urmatoare, unde este prezentat un corp MRCS.
In figura de mai jos este prezentata schema masinii-unelte pentru infasurarea spirala prin metoda umeda. Firele de sticla sunt trecute prin vasul cu liant (8), prin sistemul de role (10) care regleaza tensiunea in banda de sticla si elimina surplusul de liant si intra pe dorn.
Infasurarea spirala pe dorn se executa prin modificarea vitezei de rotatie a dornului (4) si prin deplasarea longitudinala a caruciorului (6). La atingerea capatului dornului, tija cilindrului hidraulic se retrage conform programului si aseaza banda pe suprafata dornului si se va forma peretele invelisului cu numarul urmarit de straturi din banda. La proiectare este necesar sa se cunoasca cateva particularitati constructiv-tehnologice de executare a corpurilor MRCS din material plastic armat cu fibre de sticla, care influenteaza substantial caracteristicile de rezistenta si fidelitate reproducerii corpului in procesul productiei de serie.
Continutul optim de liant in compozitia pentru infasurarea spirala si pentru infasurarea longitudinal-transversala trebuie sa fie in limitele 20-30%. Cand continutul de rasina este mai mare decat cantitatea optima, rezistenta scade, iar cand continutul este mai mic, se obtine o structura neomogena a corpului motorului. Caracteristica de baza a liantului este aceea, ca ele sa combine fibrele de sticla intr-o structura unitara, sa repartizeze uniform eforturile intre fibre si sa asigure intinderea uniforma a acestora pe timpul solicitarii de rupere (intindere). Liantul protejeaza fibrele de solicitarile mecanice exterioare si din acest motiv, modulul de elasticitate, rezistenta la rupere, plasticitatea si rezistenta fizico-chimica ale materialului compozit, depind in mare masura de continutul (compozitia) liantului.
Un factor principal pentru asigurarea proprietatilor amintite ale compozitiei, il reprezinta efortul la intindere a benzii armate sau filonului. Prin intinderea preliminara (initiala) a ingredientului armat, se creeaza starea
initiala de formare in materialul compozit si se asigura deformarea startului fara ruperea acestuia la tractiune. Din acest motiv, intinderea preliminara se calculeaza si ea trebuie sa fie mai mica decat cea teoretica, avand drept rezultat o dispersie mai mare a proprietatilor mecanice. Intinderea mai mare decat cea teoretica mareste densitatea materialului prin micsorarea concomitenta a rezistentei lui si a continutului de lianti din compozitia acestuia.
Temperatura de solidificare influenteaza viteza de contractie a liantilor, iar timpul de solidificare se alege astfel incat sa se asigure tensiunea de contractie prevazuta si care poate fi diminuata prin tratamente termice repetate. Cu cat viteza de solidificare este mai mica, cu atat apar mai putine defecte in compozitia piesei.
Din rezultatele practice obtinute in constructia rachetelor cu combustibil solid, s-a tras concluzia ca in comparatie cu constructiile de rezistenta executate din metale de inalta rezistenta, materialele compozite cu matrice polimerica armate cu fibre de sticla prezinta urmatoarele avantaje: pret de cost mic, timp scurt de realizare, rezistenta specifica superioara, anizotropie reglabila a materialului.
Tehnologia de fabricatie prin presare a structurii de rezistenta a MRCS din materiale compozite cu matrice polimerica armata cu fibre de sticla
In cazul tehnologiilor de realizare a camerei si ajutajului prezentate anterior, costurile de productie sunt mari si acestea se pot realiza si din materiale compozite cu matrice polimerica armata cu fibre de sticla prin presare. In figura urmatoare este prezentata schema procesului tehnologic de realizare a corpului si ajutajului unui MRCS prin presare.
Obtinerea corpurilor MRCS si ajutajelor prin aceasta metoda de presare, prezinta avantaje in cadrul productiei de serie mare. Fabricarea corpurilor si ajutajelor MRCS prin presare necesita un volum de lucru considerabil mai mic in comparatie cu procesul de fabricatie obisnuit a corpurilor MRCS metalice. In acelasi timp, se micsoreaza substantial volumul operatiilor de pregatire, cele intermediare, precum si durata si etapele procesului de control.
Autori:
Cpt.lect.univ.drd.ing. Aurel Iacobescu
Col.drd.ing. Dumitru Homei
Bibliogafie:
Dumitras C., Opran C., Prelucrarea materialelor compozite, ceramice si minerale, Editura Tehnica, Bucuresti, 1994Stefanescu F., Neagu G., Mihai A., Materiale compozite, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1996Ispas St., Materiale compozite, Editura Tehnica, Bucuresti, 1987Craciunescu M., Materiale compozite, Editura SEDONA, Timisoara, 1998.Toma V., Posibilitati de modernizare a rachetelor cu combustibil solid, Academia Tehnica Militara, 1996.Iacobescu A., Procedee si tehnologii de prelucrare a materialelor compozite, ceramice si minerale, Referatul nr. 2 – Doctorat, Universitatea „Lucian Blaga” – Facultatea de Inginerie, Sibiu, 1999
EVALUAREA PROPRIETATILOR MECANICE ALE LAMINEI FOLOSIND REGULA AMESTECULUI PENTRU MATERIALE COMPOZITE STRATIFICATE SI ARMATE CU FIBRE
Un material compozit stratificat şi armat cu fibre se obţine prin lipirea mai multor lamine (straturi) cu orientări diferite ale fibrelor. Dacă două sau mai multe lamine succesive au aceeaşi orientare a fibrelor, ele formează un grup de lamine.
Aşezarea fibrelor în lamine sau grupuri de lamine se face în funcţie de performanţele mecanice urmărite pentru structura realizată din materialul respectiv (rigiditate, rezistenţă la anumite solicitări etc.).
Stratificatul este caracterizat prin numărul de lamine ce intră în alcătuirea sa, precum şi prin unghiul q care indică orientarea fibrelor în lamină.
Fiecare lamină are asociat un sistem de coordonate local Olt, în care axa Ol este paralelă cu direcţia fibrelor, iar axa Ot este perpendiculară pe direcţia fibrelor şi conţinută în planul laminei.
Pentru laminat, sistemul de axe Oxyz are axele Ox şi Oy conţinute în planul mediu al acestuia şi axa Oz perpendiculară pe plan.
Fiecare lamină este caracterizată printr-un unghi q pe care direcţia fibrelor (axa Ol) îl face cu axa Ox.
Aşezarea laminelor este descrisă pornind de la faţa semifabricatului, situată la cota z = – h/2 şi se termină la z = h/2, iar pentru un grup de lamine se trece un indice ce arată numărul de lamine din grup. Stratificatul [0/903/0/45] conţine şase lamine în care fibrele sunt orientate la 0°, 90° şi 45° faţă de Ox, laminele cu fibre orientate la 90° fiind în număr de trei.
Se spune despre un stratificat că posedă simetrie tip oglindă, dacă lamine identice ca tip şi orientare a fibrelor se regăsesc simetric de o parte şi de alta a planului xOy. Un exemplu de astfel de compozit este [90/02/-45/45]S, realizat din 10 lamine dispuse simetric (vezi indicele S) faţă de planul median, fibrele fiind orientate faţă de Ox sub unghiurile 90° (două lamine), 0° (patru lamine), -45° (două lamine) şi 45° (două lamine).
Studiul unei structuri având o formă oarecare, realizată din materiale compozite stratificate şi armate cu fibre continue, necesită următoarele cinci caracteristici elastice ale unei lamine:
El – modulul de elasticitate longitudinal al laminei pe direcţia fibrei (direcţia axei Ol); Et – modulul de elasticitate al laminei pe direcţie normală pe cea a fibrei (direcţia axei Ot), sau
modulul de elasticitate transversal; Glt – modulul de forfecare al laminei (în planul Olt); nlt – coeficientul lui Poisson în planul Olt; ntz – coeficientul lui Poisson în planul Otz.
Dacă structura este realizată dintr-un stratificat plan, în calcule sunt necesare numai patru constante elastice ale laminei: El, Et, Glt şi nlt. Aceste caracteristici elastice sunt calculate cu ajutorul unor relaţii sau sunt determinate experimental.
Caracteristicile fizico-elastice şi mecanice ale materialului compozit pot fi estimate plecând de la caracteristicile fiecăruia dintre constituenţi (regula amestecului).
Pentru o lamină se pot defini următoarele mărimi:
- procentul masic al fibrelor, Mf, ca raportul dintre masa fibrelor conţinute într-un volum definit de material compozit şi masa totală a aceluiaşi volum;- procentul masic al matricei : Mm = 1 – Mf;- procentul volumic al fibrelor, Vf, ca fiind raportul dintre volumul fibrelor conţinute într-un volum definit şi acel volum;- procentul volumic al matricei : Vm = 1 – Vf;- masa fibrelor pe unitatea de suprafaţă, m0f (kg/m2).
Dacă f şi m reprezintă densităţile fibrei şi ale matricei, atunci între procentele volumice şi masice definite, există relaţiile:
Densitatea laminei se poate exprima cu relaţia:
Grosimea laminei, e, se poate calcula folosind una din relaţiile:
Cu ajutorul mărimilor de mai sus, se pot calcula următoarele caracteristici elastice şi mecanice ale laminei: Modulul de elasticitate în lungul fibrelor, El:
în care Ef reprezintă modulul de elasticitate al fibrei, iar Em modulul de elasticitate al matricei.Modulul El depinde în mod esenţial de modulul longitudinal al fibrei, Ef, deoarece Em EfM
Modulul de elasticitate pe o direcţie perpendiculară pe direcţia fibrei, Et (modul de elasticitate transversal):
în care Eft reprezintă valoarea modulului de elasticitate al fibrei pe o direcţie transversală pe direcţia fibrelor. Modulul de forfecare, Glt:
în care Gm este modulul de elasticitate transversal al matricei iar Gflt este modulul de elasticitate transversal al fibrei.
Coeficientul lui Poisson:
unde nf şi nm sunt coeficienţii lui Poisson pentru fibre, respectiv pentru matrice. Modulul de elasticitate pe o direcţie oarecare x:
unde c = cos ; s = sin . Rezistenţa la rupere a unei lamine pe direcţia fibrei:
unde fr reprezintă rezistenţa de rupere la tracţiune a fibrei. Rezistenţa la rupere a unei lamine pe o direcţie oarecare x:
în care lr, tr, ltr reprezintă valorile tensiunilor de rupere ale laminei pe direcţia fibrelor de armare, pe o direcţie perpendiculară pe cea a fibrelor, respectiv ale tensiunii de rupere prin forfecare în planul Olt al laminei.
Autor: Prof. univ. dr. ing. Anton HADĂR - Curs de Materiale Compozite
Bibliografie:
1. Hadăr, A., Probleme locale la materiale compozite, Teză de doctorat, U.P.B., 19972. Alămoreanu, E., Negruţ, C., Gheorghiu, H., Hadăr, A., Studiul caracteristicilor şi metodelor de calcul adecvate materialelor compozite , Contract M. C. T., 1991-19923. Alămoreanu, E., Negruţ, C., Jiga, G., Calculul structurilor din materiale compozite, Universitatea “Politehnica” Bucureşti, 19934. Cristescu, N., Mecanica materialelor compozite, Vol.1, Universitatea Bucureşti, 19835. Gay, D., Matériaux composites, Editions Hermes, Paris, 19916. Gheorghiu, H., Hadăr, A., Constantin, N., Analiza structurilor din materiale izotrope şi anizotrope, Editura Printech, Bucureşti, 19987. Constantinescu, I. N., Dăneţ, G., Metode noi pentru calcule de rezistenţă, Editura Tehnică, Bucureşti, 19898. Hadăr, A., Structuri din compozite stratificate, Editura Academiei şi Editura AGIR, Bucureşti, 2002
9. Constantinescu, I.N., Picu, C., Hadăr, A., Gheorghiu, H., Rezistenţa materialelor pentru ingineria mecanică, Editura BREN, Bucureşti, 2006
PROCEDEE DE ELABORARE A PIESELOR PT AUTOMOBILE DIN MATERIALE COMPOZITE STRATIFICATE
Apariţia pe piaţa de materiale a unui mare număr de mase plastice a condus la o largă dezvoltare a acestora în industria automobilelor, în special prin armarea cu fibră de sticlă sau carbon. Materiale compozite polimerice au găsit aplicabilitate în construcţia următoarelor subansamble:
şasiu şi suspensie transmisie şi motor elemente de electricitate elemente interioare elemente sub capotă elemente de caroserie
Procesul de obţinere a materialelor compozite stratificate constă în unirea pe cale chimică şi mecanică a straturilor de material de armare din fibre de sticlă prin impregnare cu răşină. Punerea în formă a pieselor stratificate, prezintă particularităţi care au determinat procedee specifice. Metodele şi procedeele de formare a pieselor compozite se aleg în funcţie de natura materialului matricei şi a armăturii, de proprietăţile acestora, de geometria armăturii şi de exigenţele cerute produsului de executat.
1. Procedeul de formare prin contact
Aceasta este cea mai veche metodă de punere în formă a compozitelor. Permite prelucrarea în general a compuşilorepoxidici şi poliesterici, folosind ca materiale de armare maturile şi ţesăturile de fibre de sticlă.
Fig. 1 – Formarea prin contact [4]. 1-rolă; 2-stratificat (material de armareimpregnat cu răşină); 3-matriţă deschisă
Procedeul de formare (figura 1) constă în aplicarea pe o formă (matriţă) concavă sau convexă a unui material de armare decupat la dimensiunile necesare, apoi impregnarea manuală cu răşină lichidă adiţionată în prealabil cu catalizator şi accelerator de întărire.
Aerul inclus în material este îndepărtat prin trecerea unei role canelate care în plus face ca răşina să pătrundă printre ochirile materialului de armare şi să asigure o bună omogenitate a compozitului.
Ca avantaje ale acestui procedeu pot fi amintite următoarele:
simplitatea operaţiilor pretinde mână de lucru mai puţin calificată şi un minim de scule dispozitivele utilizate sunt din materiale ieftine se pot realiza piese de mari dimensiuni.
Prezintă însă şi dezavantaje:
manoperă relativ mare ca volum şi viteză de lucru mică; calitatea produsului depinde aproape integral de pregătirea şi conştinciozitatea lucrătorului; produsele obţinute comportă o singură suprafaţă netedă, aceea aflată în contact cu matriţa, apar variaţii nedorite ale grosimii şi proprietăţilor produselor, apariţia unor defecte ascunse
(incluziuni de aer) imprevizibile şi imposibil de controlat.
Procedeul formării manuale este lent şi se pretează în cea mai mare măsură la obţinerea pieselor de dimensiuni mari, în serii mici sau prototipuri, pentru executarea matriţelor, şi în general când investiţiile mari nu sunt justificate.
Se realizează în mod curent, în serii restrânse, caroseriile automobilelor de competiţie, ale caravanelor, autobuzelor, camioanelor, rezervoare şi carcase de maşini.
2. Procedeul de formare prin proiecţie simultană
Acest procedeu este unul derivat din formarea prin contact. Depunerea pe formă a matricei şi armăturii se realizează practic prin proiecţia cu ajutorul unui pistol a răşinii aditivate şi a fibrei de sticlă tăiate la o lungime determinată (figura 2). Ca şi la formarea prin contact, trecerea unei role canelate permite evacuarea aerului inclus. Se poate deasemenea folosii gelcoat pentru finisarea suprafeţei.
Este posibil ca între două operaţii de proiecţie să se incorporeze o altă ţesătură obţinânduse o îmbunătăţire a proprietăţilor mecanice.
Fig. 2 – Instalaţie de formare prin proiecţie simultană [3] APAc – amestec polimer-accelerator; APC – amestec polimer-catalizator; 1. matriţa; 2. suprafaţa activă; 3. bobina de fibră de sticlă; 4 pistol; 5- amestecul de fibre
tocate, polimer, catalizator şi accelerator; 6-materialul format.
Avantajele acestui procedeu sunt: creşterea cadenţei de lucru faţă de formarea prin contact, chiar dacă timpii de întărire la rece sunt identici; raportul sticlă/răşină este constant; se pot realiza piese complexe, cu variaţii importante ale grosimii; matriţele utilizate sunt de acelaşi tip, foarte puţin costisitoare.
Inconvenientele acestui procedeu sunt: grosimea obţinută este neuniformă, dacă muncitorul ne este abil; viteza de proiecţie implică, pentru un consum rezonabil de material, muncitori experimentaţi; caracteristicile mecanice ale materialelor sunt mai slabe ca la formarea prin contact, deoarece lungimea fibrelor de armare este mică.
Formarea prin proiecţie simultană are aceleaşi aplicaţii ca formarea prin contact cu posibilitatea realizării de piese şi mai mari.
3. Procedeul de formare prin injecţia răşinii
Procedeul oferă posibilitatea realizării, în condiţiile economice ale unor serii mari, de piese care să răspundă exigenţelor privind complexitatea, precizia dimensională şi calitatea suprafeţelor. Materialul utilizat pentru armare este mat-ul sau ţesătura din fibre de sticlă perfect uscate. Intărirea pieselor se face la temperatura camerei sau la temperaturi mai mari.
Fig. 3 – Formarea prin injecţie a răşinii [5] 1,2 – matriţa; 3 – material dearmare; 4 – rezervor răşină; 5 – colector surplus răşină
Procedeul cunoaşte o diversitate de tehnici care utilizează vidul, presiunea sau ambele (figura 3). Principalul dezavantaj al procedeului de formare prin injecţie îl constitue timpul necesar unui ciclu de fabricaţie (2-3) ore.
Autori:
Ş.l. dr. ing. Gabriela-Monica PREDAProf. dr. ing. Sever ŞONTEA
BIBLIOGRAFIE
1. Cognard, Ph. – ” Les Applications industrielles des materiaux composites” – Editions du Moniteur;
2. Jacquinet, P. – “Utilization des matériaux composites” Editions Hermes, Paris, 1991;
3. Horun, S., Păunică, T., Sebe, O.M. – ” Memorator de materilale plastice. Seria polimeri” - Editura Tehnică Bucureşti, 1988;
4. Mihalcu, M. – ” Materiale plastice armate ” – Editura Tehnică Bucureşti, 1986;
5. Nistor, D. – ” Materiale termorigide armate” – Editura Tehnică Bucureşti, 1970;
6. Preda, G.M. – “Influenţa factorilor tehnologici asupra calităţii pieselor din materiale compozite poliester-fibre de sticlă, utilizate în construcţia automobilelor” – teză de doctorat, Craiova 2000;
7. *** BMC/SMC – JOTUN POLYESTER – prospect de firmă
sursa: http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S3/31.pdf
4. Procedee de formare cu sac
Aceasta presupune următoarele faze distincte:
pregătirea matriţei şi a materialelornecesare; formarea compozitului pe o matriţă deschisă; aşezarea în sac – se acoperă piesa cu o membrană flexibilă şi se efectuează operaţia de etanşare a
formei.
Formarea sub vid în matriţă deschisă ( figura 4)
În acest procedeu prin crearea vidului sub membrana elastică se elimină aerul înglobat în materialul de formare şi se realizează compactarea piesei sub acţiunea presiunii atmosferice. Întărirea: se realizează la rece sau la cald printr-un tratament termic într-un cuptor sau autoclavă.
Formarea cu sac sub presiunea aerului (figura 5)
Presiunea necesară pentru ca stratificatul să îmbrace în mod corespunzător forma şi ca răşina să impregneze materialul de armare este realizată cu ajutorul aerului comprimat (0,4-3,4 daN/cm2).
5. Procedee de formare prin presare
Formarea prin presare joasă cu matriţă şi contramatriţă
Formarea prin presare în matriţă este un procedeu tehnologic care utilizează o matriţă şi o ontramatriţă fixată pe platourile unei prese hidraulice cu două viteze, apropriere rapidă (6-8 m/min), închidere lentă 5-30 cm/min).
Armătura, în general mat din fibre continui uşor deformabilă, este aşezată pe matriţă, apoi se toarnă peste armătură răşina lichidă aditivată şi în cantităţi suficiente. Prin închiderea lentă a presei, răşina se deplasează şi impregnează matul.
Matriţele utilizate pot fi metalice sau din materiale nemetalice (stratificat sticlă/epoxid). Atunci când se lucrează cu matriţe nemetalice se utilizează prese hidraulice la presiuni de formare de 1-4 bari. Intărirea materialului se realizează la rece, astfel că ciclul de producţie este deasemenea lent. Piesele obţinute pot avea ambele suprafeţe finisate cu aspect lucios. Investiţiile necesare sunt reduse dar matriţele se deteriorează repede.
Utilizarea matriţelor metalice, deşi mai costisitoare, permite reducerea timpului de întărire, prin încălzirea matriţelor la 120-140 ｰ C, obţinându-se cadenţe ridicate de lucru. Procedeul permite fabricarea unor componente din materiale compozite având complexitate ridicată şi toleranţe dimensionale strânse.
Formarea prin presiune a SMC (Sheet Molding Compound)
Această metodă este prin excelenţă procedeul industrial care asigură producţia pieselor de dimensiuni mari în serie mare de fabricaţie.
SMC sunt formate din răşină poliesterică, fibre de sticlă tăiate la 25 sau 50 mm si facultativ fibre continui orientate, şarje minerale, agenţi de stabilitate dimensională, şi alţi adititivi. Ansamblu este fabricat (figura 7) şi conservat între două pelicule de polietilenă.
SMC, depeliculat, decupat şi pregătit în pachete se aşează pe partea inferioară a presei. La închiderea presei, sub acţiunea temperaturii de 140-150 gr C şi a presiunii de 80-100 bari, materialul curge în amprenta matriţei şi se întăreşte formând piesa. Se obţin piese de dimensiuni mari (2m x1m), având caracteristici mecanice şi termice înalte, de forme variate, ciclul de producţie este foarte scurt (30-40 sec./mm grosime).
Formarea prin presiune a BMC (Bulk Molding Compound)
BMC este un amesec sub formă de vrac din 1/3 răşină poliesterică nesaturată, 1/3 şarjă minerală pulverulentă, 1/4 fibre de sticlă tăiate la 6-12 mm lungime, şi diverşi adjuvanţi, care asigură întărirea, facilitează decofrarea sau asigură produselor proprietăţi particulare [2]. Aceste constituente sunt amestecate într-un malaxor (figura 8 ) de unde sunt extrase sub formă de pastă, în vrac, care este după aceea este folosit la formarea produselor compozite.
Ca şi în tehnica precedentă, BMC este mai întâi dozat, apoi presat între două forme metalice (matriţă şi contramatriţă) încălzite. Materialul curge şi umple cavitalea formei sub dublul efect al presiunii ( 150-200 bari) şi temperaturii (150-170 gr C).
Acest procedeu se pretează producţiei de serie mare, de forme complexe şi a pereţilor groşi. Caracteristicile mecanice sunt mai mici decât ale SMC şi preţul acceptabil. Utilajele necesare sunt scumpe, putând fi amortizate numai la o producţie de serie mare; automatizarea totală este foarte dificil de obţinut, manipularea pastei BMC fiind delicată.
Se utilizează pentru realizarea pieselor de automobil sub capotă, sau a elementelor de caroserie precum haionul.
Autori:
Ş.l. dr. ing. Gabriela-Monica PREDAProf. dr. ing. Sever ŞONTEA
BIBLIOGRAFIE
1. Cognard, Ph. – ” Les Applications industrielles des materiaux composites” – Editions du Moniteur;
2. Jacquinet, P. – “Utilization des matériaux composites” Editions Hermes, Paris, 1991;
3. Horun, S., Păunică, T., Sebe, O.M. – ” Memorator de materilale plastice. Seria polimeri” - Editura Tehnică Bucureşti, 1988;
4. Mihalcu, M. – ” Materiale plastice armate ” – Editura Tehnică Bucureşti, 1986;
5. Nistor, D. – ” Materiale termorigide armate” – Editura Tehnică Bucureşti, 1970;
6. Preda, G.M. – “Influenţa factorilor tehnologici asupra calităţii pieselor din materiale compozite poliester-fibre de sticlă, utilizate în construcţia automobilelor” – teză de doctorat, Craiova 2000;
7. *** BMC/SMC – JOTUN POLYESTER – prospect de firmă
sursa: http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S3/31.pdf
În fabricarea automobilelor, materialele compozite polimerice (mase plastice armate) se dovedesc competitive atât sub aspectul preţului cât şi al posibilităţilor de înlocuire şi completare cu succes a materialelor tradiţionale (metal, ceramică, sticlă etc.). Cea mai mare partea a aplicaţiilor, 56%, îl constituie construcţia elementelor de caroserie auto: aripi, uşi, pavilioane, capote etc.
În funcţie de procedeul de formare adoptat pentru execuţia unui produs sunt necesare următoarele dispozitive de formare:
matriţă deschisă (la formarea manuală şi la formarea cu sac sub vid); matriţă exterioară şi matriţă de închidere (la formarea cu poanson şi matriţă şi la formarea prin
injecţie sub vid).
Matriţele destinate fabricaţiei de produse din materiale plastice armate pot fi confecţionate dintr-o mare diversitate de materiale: metalice, materiale plastice armate cu fibre de sticlă, ghips, lemn. Durata de exploatare a matriţelor variază în funcţie de materialul din care sunt confecţionate, de tehnologia de formare aplicată cum şi de solicitările la care este supusă matriţa.
La proiectarea matriţelor trebuie să se ţină seama ca matriţa să nu prezinte raze de curbură prea mici, căutându-se raza de curbură cea mai mare care poate fi tolerată. Trebuie evitate unghiurile ascuţite, pentru că este aproape imposibilă umplerea lor uniformă cu răşină şi fibră de sticlă, ceea ce dă naştere la apariţia punctelor slabe în piesă. Matriţa trebuie să aibă un profil şi o conicitate care să permită extragerea cât mai uşoară a produselor finite.
Execuţia matriţelor din poliesteri armaţi cu fibre de sticlă
Pentru fiecare reper în parte se vor proiecta matriţele corespunzător geometriei piesei ce trebuie realizate şi tehnologiei de execuţie.
Matriţele sunt prevăzute din proiect cu o margine de 10-15 cm. Pentru semimatriţele exterioară şi de inchidere, folosite la formarea sub presiune sau prin injecţia răşinii, marginile se prevăd într-un plan de închidere şi etanşare a celor două matriţe în timpul formării. Execuţia matriţei se face plecând la modelul realizat în prealabil din lemn, aluminiu, ipsos, etc. Se va realiza mai întâi matriţa exterioară după care cea de închidere.
Matriţele se vor executa prin formare manuală din răşină poliesterică armată cu mat de fibre de sticlă. Pentru realizare unor matriţe corespunzătoare este necesar să se asigure o atmosferă de lucru la temperatură constantă de 18-25°C şi o umiditate scăzută sub 70%.
Etapele realizării matriţei:
I. Pregătirea suprafeţelor active ale modelului
Execuţia matriţei din răşină poliesterică armată cu fibre de sticlă se face plecând la modelul realizat în prealabil. Pentru realizarea matriţei se va pregăti o suprafaţă plană pe care se va monta modelul, în vederea realizării marginilor matriţei. După montarea modelului se va face un ultim controlul dimensional al acesteia. Suprafaţa modelului care va fi copiată de către matriţă, trebuie să fie lustruită cu pastă de lustruit, astfel încât să aibă un aspect neted şi să nu prezinte porozităţi (să fie lucioasă). De calitatea suprafeţei modelului şi de pregătirea acesteia depinde calitatea suprafeţei active a matriţei şi implicit calitatea produselor.
II. Demularea suprafeţei pentru a asigura extragerea modelului din matriţă
Se utilizează un agent de demulare tip ceară care se aplică în minim patru straturi şi se lasă trei ore între straturi pentru uscare. După care se aplică un ultim strat de alcool polivinilic care se lasă să se usuce 15- 20 min.
III. Aplicarea gel-coatului
Pentru realizarea stratului de gel se folosesc gel-coaturi speciale pentru matriţe şi se activează cu peroxizi de calitate în proporţie de max 2% Aplicarea stratului de gel se va realiza prin spreiere în două straturi. Se aplică un strat de gelcoat de grosime cuprinsă între 400-600 ìm, se verifică grosimea stratului aplicat şi se lasă 5 minute pentru ca să iasă aerul, apoi se aplică al doilea strat pe direcţie perpendiculară aplicării primului strat, de grosime cuprinsă între 400-600 ìm, astfel încât grosimea stratului final umed săfie cuprinsă între 800-1000 ìm. Stratul de gel-coat se lasă să polimerizeze între 3 şi 6 ore.
IV. Formarea matriţei
După polimerizarea gel-coatului se aplică un strat de răşină poliesterică. Răşinapoliesterică folosită trebuie să aibă rezistenţă foarte bună la stiren. Stratul de răşină trebuie să fie omogen , fără bule de aer.
Se aplică primul strat de mat de fibre de sticlă M225 (225 g/m2), şi se impregnează manual cu răşină poliesterică, lăsându-se un timp de 20-24 ore să se polimerizeze.
Se aplică un strat de mat de fibre de sticlă M300 (300 g/m2), şi se impregnează manual cu
răşină poliesterică, lăsându-se un timp de 20-24 ore să se polimerizeze.
Se impregnează în acelaşi mod, minim 5 straturi de material de armare din mat de fibre de sticlă M450 (450 g/m2), pentru fiecare strat timpul de polimerizare de 20-24 ore trebuie respectat. La confecţionarea matriţelor este necesar să se obţină o grosime a peretelui de aproximativ 6 mm.
V. Polimerizarea totală
După ultimul strat se lasă un timp de două săptămâni matriţa pe model pentru postpolimerizarea răşinii. Respectarea acestui itinerariu tehnologic este obligatory pentru a asigura matriţei rezistenţă, astfel ca în timpul utilizării, să nu sufere deformări.
VI. Consolidarea matriţei
După maturarea matriţei se face o consolidare a matriţei curanforsări (din lemn, din PAFS sau din ţeavă rectangulară, funcţie de cât de rezistentă se doreşte a fi matricea), care se fixează la exteriorul matriţei cu chituri poliesterice.
Peste ranforsări se aplică încă un strat de mat M 450 şi se impregnează cu răşină. Ultima dată se aplică un strat de răşină protector şi se lasă să polimerizeze.
VII. Extragerea modelului şi finisarea matriţei
După întărire matriţa este extrasă de pe model (decofrare) cu grijă, folosind pene de extracţie flexibile din material plastic, astfel încât suprafaţa activă a matriţei să nu sufere zgârieturi sau defecte de orice natură.
Finisarea matriţei constă în operaţii de decupare a marginilor, de debavurare şi slefuire a lor; prelucrarea găurilor pentru asamblarea elementelor matriţei (atunci când se prevăd suprafeţe de separaţie necesare extragerii pieselor din matriţă).
VIII. Realizarea matriţei de închidere
Matriţa de închidere se va executa prin copiere după matriţa exterioară. Pentru a asigura între cele două matriţe spaţiul de formare având grosimea proiectată se va folosi ceră calibrată. Se îmbracă matriţa exterioară în ceară calibrată iar spaţiile rămase neacoperite se umplu cu plastilină. Pe ceara calibrată şi pe marginea matriţei exterioare se aplică răşina gelcoat şi se formează matriţa de închidere respectând itinerariul tehnologic prezentat pentru realizarea matriţei .
IX. Realizarea canalelor pentru garnituri şi a orificiilor pentru injecţie şi vidare
Pentru matriţele utilizate la procedeul de formarea prin injecţie sub vid sau la procedeul de formare cu sac sub vid, se vor realiza orificiile pentru injecţie şi vidare şi se vor prelucara pringăurire orificiile. Se montează, cu chit poliesteric şi fibră de sticlă, ştuţurile care asigură, după asamblarea matriţei, racordarea la instalaţiile de vid sau/şi de injecţie.
Pe marginea matriţei exterioare, de formare prin injecţie, se prelucrează în planul de separare, două canale. În aceste canale se fixeaxă prin lipire, garnituri de etanşare din cauciuc flexibil pentru vid.
X . Pregătirea suprafeţei active
După realizarea matriţelor, suprafaţa activă a matriţei trebuie finisată progresiv, astfel încât să se asigure în final o suprafaţă lucioasă. Pentru aceasta se vor şlefui suprafeţele în mediu umed cu hârtie abrazivă rezistentă la apă, de granulaţie fină de la300 până la 2000, după care se vor lustrui cu pastă de lustruit.
XII. Tratarea matriţei
După îndepărtarea imperităţilor prin spălare şi uscarea suprafeţelor se aplică pe suprafeţele active ceară demulantă în 4 straturi succesive astfel:
Ceara se aplică cu ajutorul unor lavete din bumbac. Tratarea matriţei se face în scopul asigurării extragerii produselor din matriţă.
Din motive de eficienţă economică, realizarea din poliesteri armaţi cu fibre de sticlă este cea mai avantajoasă pentru realizarea pieselor de serie mijlocie prin tehnologiile de formare manuală, prin injecţie, sub vid şi prin presare uşoară având o durată de exploatare de 1000-3000 de buc/ matriţă.
Confecţionarea cestor matriţe din răşini poliesterice armate cu fibre de sticlă are avantajul unor costuri reduse şi nu necesită o S.D.V.-istică complexă.
Autor: Ş.l. dr. ing. Gabriela-Monica PREDA
Bibliografie:
1. Cognard, Ph., – “Les Applications industrielles des materiaux composites” – Editions du Moniteur;2. Mihalcu, M. ,- ” Materiale plastice armate ” – Editura Tehnică Bucureşti ,1986;3. Nistor, D., ş.a., -”Materiale termorigide armate” Editura Tehnică Bucureşti, 1970;4. Preda, G.M., – “Influenţa factorilor tehnologici asupra calităţii pieselor din materiale composite poliester-fibre de sticlă, utilizate în construcţia automobilelor” – teză de doctorat, Craiova 2000;
sursa: http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S3/32.pdf
Fulerenele sau “C60″ reprezintă o clasă de compuși de atomi de carbon, care prezintă per ansamblul structurii fie forme sferice de tip dom geodezic (C60, C540) sau forme cilindrică de “tip cușcă” (nanotuburile).
Această clasă de substanțe este considerată, alături de carbonul amorf, grafitul și diamantul o formă alotropică distinctă a carbonului. Din punct de vedere al legăturilor chimice dintre atomii de carbon constitueți, fulerenele sunt înrudite structural cu grafitul.
Numele lor provine de la numele americanului Richard Buckminster Fuller, creatorul domului geodezic. Au fost descoperite de Harold Kroto, Richard Smalley și Robert Curl în 1985 la Rice University. Kroto, Smalley și Curl au primit pentru aceasta Premiul Nobel pentru chimie în 1996.
Principalul reprezentant al clasei este fulerena C60, care are 60 de atomi de carbon aranjați într-o structură icosaedrică. Unul din cele 5 solide platonice, icosaedrul este un poliedru format din 12 fețe pentagonale și 20 de fețe hexagonale. Structura este extrem de asemănătoare cu cea a unei mingi de fotbal modernă, al cărui design a fost total inspirat de domul geodezic a lui Fuller. C60 este cea mai mică fulerenă stabilă (cu fețe pentagonale non-adiacente și alternativ hexagonale).
O clasă de compuși strâns înrudiți, practic fulerene mult alungite, sunt nanotuburile de carbon, descoperite după 1991 de către japonezul Sumio Iijima, specialist în microscopie electronică.
Fulerenele prezintă următoarele proprietăți:
solide negre opace duritate mică slab conducătoare de căldură și electricitate solubile în benzină densitate 1,75-2,19 g/cm3
sursa:http://ro.wikipedia.org/wiki/Fulerenă
FIBRA DE CARBON
Fibra de carbon este considerata fibra cu un continut de cel putin 90% carbon. Pentru descrierea fibrei cu un continut mai mare de 99% carbon se foloseste termenul de fibra grafitica.
Scurt istoric
Fibra de carbon a aparut in 1957 cand, pentru a imbunatatii panza de bumbac si de matase care erau singurele disponibile pentru fabricarea ajutajelor pentru rachete, Barneby-Cheney si National Carbon au produs o cantitate mica de fibre. In 1961, A Shindo, de la Japanese Governement Industrial Research
Institute, Osaka a produs fibre de carbon din fibre poliacronitrilice (PAN). In 1967, Rolls Royce, in Anglia, a anuntat proiectul utilizatii fibrelor de carbon la componentele motorului cu reactie.
Astazi, fibra de carbon este fibra domninata in industria materialelor compozite avansate. In ultimile doua decenii, proprietatile fibrelor de carbon au crescut spectaculos ca rezultat al cererii de materiale cat mai rezistente si cat mai usoare, mai ales din partea industriei aerospatiale. Ca si raport rezistenta/greutate, fibra de carbon reprezinta cel mai bun material ce poate fi produs la scara industriala in acest moment.
Capacitatea mondiala de productie inregistreaza o continua crestere de la aparitia materialului pana in prezent, un salt spectaculos fiind inregistrat odata cu demarearea proiectului Boeing 787 Dreamliner.
Structura Fibrei de Carbon
Ca si grafitul, fibra de carbon are la baza o structura atomica plana cu legaturi foarte puternice intre atomii de carbon, covalente. In cazul grafitului, planurile sunt paralele, legaturile dintre ele fiind de tip Van der Walls ce pot fi usor rupte. In locul straturilor plane de atomi din carbon, care se gasesc in grafit, fibra de carbon este formata din panglici de atomi de carbon, spiralate, aliniate paralel cu axa fibrei.
Producerea Fibrei de Carbon
Pentru obtinerea fibrei de carbon, se folosesc o varietate mare de materiale, numite precursoare. Acestea sunt filate in filamente subtiri care sunt apoi convertite in fibra de carbon in 4 etape:
stabilizarea (oxidarea) carbonizare grafitizare tratamentul suprafeti
Fibrele continue sunt apoi bobinate si comercializate pentru tesere sau pentru alte procedee de obtinere a structurilor din fibra de carbon (filament winding, pultrusion). Astazi, materialul precursor predominant in fabricarea fibrelor de carbon este poliacrilonitrilul (PAN). Fibra de carbon astfel obtinuta are un diametru de 5 -10 μm.
Clasificarea Fibrelor de Carbon
In functie de proprietatile mecanice ale fibrelor de carbon, acestea pot fi clasificate in:
Fibre de Carbon High Modulus (HM sau Tipul I) – fibre cu modul de elasticitate mare Fibre de Carbon High Strength (HS sau Tipul II) – fibre cu rezistenta la tractiune ridicata Fibre de Carbon Intermediate Modulus (IM sau tipul III)
Bibliografie:
1. Alan Backer, Stuard Dutton, Donald Kelly – Composite Materials for Aircraft Structures2. LUPESCU, Mihai Bogdan – Fibre de Armare pentru Materialele Compozite
FIBRA DE CARBON –AVANTAJE/DEZAVANTAJE-IN INDUSTRIA AUTO
In ultimul secol masinile si camioanele au fost predominant fabricate dintr-un singur material: otelul. Nu este greu sa iti dai seama si de ce: este un material relativ ieftin, se gaseste din abundenta si este usor de modelat in forme complexe, care sa poate fi reparate si cu cele mai rudimentare unelte.
Recent a fost constatata o crestere a materialelor alternative folosite in industria auto. Cel mai popular dupa otel ar fi aluminiul, care este usor dar totusi suficient de rezistent pentru a fi folosit la fabricarea vehiculelor. Necesita insa prea multa energie pentru a fi prelucrat si nu poate fi manevrat la fel de usor ca si otelul. Deci ce alte alternative mai exista?
Fibra de carbon. Ai auzit deigur de materialul-minune, care si-a facut aparitia in forta pe scena automobilelor in ultimii cativa ani. Fibra de carbon este usoara si poate fi modelata in multe forme interesante. In plus arata chiar bine, “cool” daca vrei. Intra in articol pentru a afla care sunt avantajele dar si dezavantajele utilizarii acestui material in industria auto.
Ce este, de fapt, fibra de carbon?
Potrivit Wikipedia, fibra de carbon este un material format din fibre extrem de subtiri, cu un diametru de aproximativ 0.005–0.010 mm, si compus in mare parte din atomi de carbon. Atomii de carbon se aduna si formeaza impreuna cristale microscopice care sunt mai mult sau mai putin aliniate paralel cu axa lunga a fibrei. Cateva mii de fibre de carbon sunt rasucite impreuna pentru a forma un fir, care poate fi utilizat ca atare sau sub forma de tesatura.
Mai pe romaneste, ganditi-va la o bucata de material de la fabrica de textile. Ca si in cazul fabricarii acestuia, fire subtiri de carbon in stare aproape pura sunt rasucite impreuna pentru a forma un fir. Evident, nu poti fabrica masini din material textil (decat daca esti BMW, bineinteles – vezi conceptul Gina), deci ce faci cu el?
Strauri subtiri de astfel de material sunt asezate unul peste altul astfel incat sa aiba o anumita forma, in general manual, folosind un anumit tip de mucegai, iar apoi se aplica un polimer care sa “lege” tesatura din fibra de carbon. De cele mai multe ori, polimerul este un material epoxidic care se intareste prin incalzire, presare sau prin ambele. Dupa ce piesa este finisata, aceeasta este scoasa din mucegai, fiind gata de folosire.
Avantajele oferite de fibra de carbon
Componentele construite din fibra de carbon sunt usoare si rezistente. Ele pot fi folosite cu succes pentru masini si camioane dar si avioane, barci sau chiar biciclete deoarece ofera siguranta si ajuta la obtinerea unui bun coeficient de aerodinamicitate. Dupa cum probabil stiai, un autoturism mai usor necesita un motor mai putin puternic, avand astfel un consum mai scazut.
Dezavantajele fibrei de carbon
Desi masinile care au anumite parti construite din fibra de caron sunt mai usoare si mai performante, fabricarea materialului este mult mai costisitoare si dureaza mult mai mult ca acesta sa fie transformat in componente, comparativ cu otelul sau aluminiul.
Mai mult, dupa producerea unui accident otelul si, uneori, chiar si aluminiul pot fi readuse la forma initiala, insa in cazul fibrei de carbon acest lucru nu prea este posibil. Atunci cand sunt avariate, componentele din fibra de corbon se sfarama efectiv, iar bucatile rezultate nu pot fi reasamblate cu usurinta.
Un alt dezavantaj ar mai fi acela ca, atunci cand automobilul trebuie inlocuit, componentele din plastic, otel si aluminiu pot fi reciclate. Fibra de carbon insa nu este usor de reciclat pentru a fi inca odatat utilizata la fabricarea de noi componente auto.
Concluzie
Un lucru este sigur: chiar daca este greu de reciclat si aproape imposibil de reparat, fibra de carbon va fi utilizata cel putin la construirea masinilor performante si a celor de curse datorita calitatilor sale. Va mai dura insa destul pana sa vedem masini de serie vandute de dealeri asa cum sunt vandute astazi cele fabricate din otel.
sursa: http://www.politiarutiera.ro/index.php?option=com_content&view=article&id=2315:fibra-de-carbon-avantajele-si-dezavantajele-utilizarii-acestui-material-in-industria-auto&catid=34:stiri-politia-rutiera
TESTAREA EPRUVETELOR DIN FIBRA DE CARBON
In functie de tipul solicitarii, ruptura unei structuri din fibra de carbon poate surveni in diferite moduri:
Ruptura fibrelor (fiber fracture) – apare in momentul in care asupra laminatului actioneaza o forta de intindere sau compresiune pe directia principala a laminatului
Ruptura intre fibre (inter-fiber fracture) – reprezinta o fisura in matrice sau la interfata dintre fibra si matrice, paralela cu fibrele ce apare in urma unei solicitari de intindere sau compresiune perpendiculare pe directia principala a fibrleor
Delaminarea – reprezinta o rupura intre straturi unui laminat ca urmare a unei solicitari de forfecare in plan a unei structuri sau a unei solicitari de intindere perpendiculara pe planul de asezare fibrelor
Pentru a evidentia diferite tipuri de cedari ale unui laminat, se pot realiza diferite tipuri de experimente.
Epruvetele pot fi realizate din tesaturi de tip prepreg.
Prepregurile reprezinta tesaturi de carbon preimpregnate cu resina, ce va forma dupa polimerizare matricea. Deoarece rasina se poate activa inca de la temperatura camerei, aceste materiale necesita stocarea lor in conditii speciale, in camere frigorifice pana in momentul in care vor fi folosite.
Grosimea unui singur strat de prepreg variaza de obicei intre 0.125 su 0.25 mm. Pentru a forma laminatul, se taie fasii de material si se aseaza una peste alta, o atentie deosebita acordandu-se orientarii fibrelor. O deviatie de cateva grade a orientarii fibrelor poate schimba semnificativ rezultatele testelor.
Deoarece manipularea unor bucati mici de material poate fi problematica, se prefera fabricarea unui placi din compozit din care sa se decupeze ulterior geometria epruvetelor.
Odata terminata asezarea straturilor, laminatul se pregateste pentru polimerizare cu ajutorul autoclavei.
Autoclava reprezinta un cuptor in care atat temperatura cat si presiunea pot fi controlate. Procesul de polimerizare se realizaeaza de obicei la temperaturi intre 120°C si 170°C si presiune intre 4 si 8 atm. In figura de mai jos este pezentat un exeplu de ciclu de polimerizare.
In acelasi timp, aerul dintre straturile de material trebuie indepartat. Acest lucru se realizeaza cu ajutorul unui instalatii de vidare. Schema instalatiei este prezentate in figura de mai jos.
Figura alaturata prezinta schematic modul de functionare a autoclavei.
Taierea epruvetelor se poate realiza cu freze cu cap diamantat sau cu o instalatie de taiere cu jet de apa.
Daca se utilizeaza freza cu cap dimantat, o atentie sporita trebuie acordata vitezei de inaitare a sculei. Daca viteza este mica, materalul se poate incarzi local, existand posibilitatea degradarii structurii. Daca viteza este insa mare, fibrele se pot smulge din matrice, aparand delaminarea.
Pentru a evita strivirea materialului in bacurile de prindere ale masinii de testare, este necesara lipirea pe epruvete a unor bucati aditionale de material, numite tab-uri.
Aceste se pot realiza din fibra de sticla sau din aluminiu. Lipirea lor se face folosind un adeziv cu o buna rezistenta la forfecare in plan pentru a evita dezlipirea taburilor in timpul incercarilor.
Daca taburile sunt facute din fibra de stical, se recomanda ca taburile sa se lipeasca pe placa de compozit si abia apoi sa se taie specimenele. Astfel, alinierea cat si manipularea lor se realizeaza mult mai usor. In cazul in care acestea sunt realizate din metal, lipirea lor va trebui facuta individual, pe fiecare specimen in parte.
Inainte de lipirea tabu-urilor, suprafata trebuie asperizata folosid hartie abraziva si apoi degresata pentru a elimina orice impuritate.
Teste de tractiune
Procedura de testare precum si geometria epruvetelor supuse la intindere este prezentata in standarde precum ASTM 3039 sau ISO 527.
Pentru a evidentia ruperea fibrelor dintr-un material compozit, se folosesc epruvete de tipul celor din figura de mai jos, cu orientarea fibrelor in paralele cu directia pe care se realizeaza soliitarea.
a). ASTM 3039 c).ISO 527
Pentru a evidentia cedarea matricei, urmatoarele geometri de epruvete sunt folosite cu fibrele orientate la 90 gr fata de directia solicitarii.
(a) ASTM 3039 (b) ISO 527
Rezultatele testelor de tractiune apar sub forma curbelor rezistenta-deformatie de forma celei de mai jos.
Se observa o zona intiala plastica foarte scurta ce poate fi pusa pe seama unei miscari a epruvetei in bacurile de prindere, urmata de curba propriu-zisa din care se poate extrage modulul de elasticitate al materilului.
Punctul C corespunde punctului de rupere a primului strat de material sau a matricei. Cedare initiala (C) nu este echivalenta cu cedarea intregii structuri (D), in cazul nostru al epruvetei, celelalte straturi fiind suficient de rezistente pentru a prelua solicitarea.
Teste de compresiune
Acest tip de test evidentiaza de asemenea o cedare a fibrelor de tipul celor exemplificate in figura urmatoare.
Trebuie mentional faptul ca cedarea structurii prin flambaj nu este considerata un test de compresiune valid si trebuie evitat. De aceea se foloseste o instalatie speciala care sa impiedice acest mod ce cedare.
Testele de forfecare
Una dintre cele mai utilizate metode de testare a epruvetelor la forfecare este metoda Iosipescu. Aceasta metoda a fost folosita pentru prima data in studiul melalolor si introdusa in standardul ASTM sub numarul 5379 in anul 1993.
Aceasta metoda presupuna realizarea unei epruvete tipul celei din figura alaturata.
Cu ajutorul instalatiei de mai jos, forta de compresiune apicata de masina pe o singura componanta a acestea, este transformata in forata taietoare ce actioneaza asupra epruvetei.
Ca si in cazul testelor de intindere rezultatele testelor de forfecare se obtin sub forma unor curbe caracteristice, un exemplu fiind prezentat in graficul urmator.
(a) 90° (b) 0°
Se poate observa ca epruvete cu fibrele orientate la 90° cedeaza cu mult inaintea celor orientate la 0°, deoarece in primul caz matricea este cea care cedeaza si nu fibra, fisura fiind una interlaminara.
Delaminarea
Modul de cedare interlaminar (delaminarea) este foarte important deoarece se cunoaste ca materialele laminate au o rezistenta scazuta la solicitari perpendiculare pe planul de asezare al fibrelor.
DelaminareaFoto: compozite.net
Unul dintre cele mai folosite teste pentru a pune in evidentia delaminarea poarta denumirea de DCB. Epruvetete pentru acest tip de test sunt de tip bara si a fost dezvoltate pentru materiale unidirectionale.
Epruvetele sunt realizate asemanator cu cele petru intindere, cu deosebirea ca, la unul din capete in planul de simetrie se introduce o bucata de material care sa faciliteze pornirea unei fisuri in lungul acestui plan.
Lungimea lor trebuie sa fie de cel putin 125 mm, latime cuprinsa intre 20 si 25 mm, iar grosimea de 3 pana la 5 mm.
Dupa lipirea taburilor speciale specimenul se prinde in masina de forta. Lunginea initiala a fisurii se masoara de la punctul de aplicare al fortei pana la varful fisurii. Aceasta lungime trebuie sa fie de aproximativ 50 mm.
Pentru a ajuta la masurarea vitezei de propagare a fisurii, se traseaza linii subtiri verticale la fiecare milimentru de la varful acesteia.
In urma testelor, se observa o crestere a fortei de tractiune pana in momentul in care fisura incepe sa se propage.
Bibliogafie:
1. J.M. Hodgkinson – „ Mechanical testing of advanced fibre composites”, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England
2. Donald F. Adams – „Experimental Characterization of Advanced Composite Materials”, CRC Press
AUTOCLAVA
Majoritatea pieselor realizate din compozite cu matrice termorigide folosite in industria aerospatiala sunt polimerizate la temperaturi inalte pentru a asigura temperaturi de lucru suficient de mari. De exemplu, un compozit carbon/epoxy polimerizat la 180°C timp de 2 ore ar putea avea o temperatura de tranzitie (Tg – glass transition temperature) de 200°C in atmosfera uscata si de numai 160°C in conditii de umezeala. Acest lucru ar permite compozitului sa aiba o temperatura de lucru de maxim 135°C.
O modalitate de a polimeriza materialul compozit ar putea fi intr-un cuptor, aplicand vid asupra lui. Cele mai bune rezultate insa, se obtin folosind o presiune de compactare mai mare de o atmosfera. Aceasta se obtine de obicei folosind autoclava.
Autoclava
Autoclava reprezinta in principiu, un cuptor in interiorul caruia se poate contola atat presiune cat si temperatura,
prevazut cu sisteme prin care sa se poata aplica vidul asupra piesei. De obicei o autoclavaeste controlata printr-un computer, iar presiune se obtine folosind bioxid de carbon sau azot, pentru a reduce riscul producerii de incendii. O instalatie standard pentru fibre de carbon in matrice polimerica (carbon/epoxy) este capabila sa realizere temperaturi de peste 200°C si presiune de pana la 7-8 bar. Pentru compozite termoplastice sautermorigide de inalta temperatura se folosesc autoclave capabile sa realizeze temperaturi de 400°C si presiuni de 12 bar.
Piesa din compozit se incalzeste se obiecei prin convectie termica, circulatia realizandu-se cu ajutorul unor ventilatoare.
Principiu de functionare
In mod normal, structura din compozit este vidata in momentul in care asezarea straturilor se finalizeaza, pentru a tine materialul in pozitie si pentru a inlatura
aerul dintre straturi. Inainte de inchiderea usilor, piesa vidata se conecteaza la furnurule de vid si la termocuplele din interiorul autoclavei. Presurizarea si incalzirea piesei va incepe imediat dupa acest moment. Dupa ce presiunea in interiorul incintei depaseste o atmosfera, aplicarea vidului se poate opri. Vitaza de crestere a temperaturii si presiunii sunt controlate de durata intregului proces pentru a asigura polimerizarea compozitului in toata masa lui si pentru a reduce posibilitatea aparitiei unor solicitari interne datorate dilatarii materialului.
Vascozitatea rasinii scade odata cu cresterea temperaturii pana in momentul in care devine gelatinoasa. Este important ca presiunea maxima sa fie atinsa inaintea acestui moment pentru a permite eliminarea unor eventuale bulede aer dintre straturile de fibre si pentru a se elimina rasina in exces.
Ciclu de polimerizare in autoclava
In unele cazuri, se poate mentine un palier intermediar de temperatura premergator temperaturii maxime tocmai pentru a se asigura eliminarea aerului dintre straturi si pentru a evita producerea de reactii exoterme (in care se degajeaza caldura), ce pot aparea in special in laminate groase (de peste 50 de straturi). De asemenea, in acest mod se poate asigura o temperatura uniforma in toata masa piesei. Pentru rasini de ultima generatie insa, procesul de polimerizare poate fi realizat fara a folosi un palier intermediar.
Matritele folosite in autoclava trebuie sa aiba o masa termica mica, pentru a evita incalzirea sau racirea lenta a compozitului si de asemenea un coeficient de dilatatie termica mic, similar cu cel al laminatului.
Bibliografie:
1. Alan Backer, Stuard Dutton, Donald Kelly – Composite Materials for Aircraft Structures
Fibra si tehnologia Kevlar au fost inventate in 1965 de catre compania DuPont (SUA) si introduse pe piata in 1970. Kevlar-ul este o poliamida cu proprietati mecanice deosebite, fiind de 5 ori mai rezistenta decat otelul, considerat la o greutate egala.
Pentru aceste considerente, Kevlar-ul a fost prima fibra polimerica organica adecvata utilizarii in compozite avansate, fiind totodata una dintre cele mai importante fibre sintetice dezvoltate pana in prezent. Kevlar-ul este un polimer inalt cristalin care datorita formei de bagheta a moleculelor de para-aramid si a procesului de obtinere prin filarea precursorului produc anizotropia fibrelor, asemanator fibrelor de carbon.
Caracteristici generale:
Greutate redusa Alungire mica la rupere Rezistenta la intindere si modul de elasticitate mari Rezistenta chimica mare Conductivitate electrica mica Rezistenta la foc, autostingere Tenacitate inalta Excelenta stabilitate dimensionala
Astazi se produc trei tipuri de fibre Kevlar cu propietati diferite. Productia mondialade Kevlar era in 1999 de aproximativ 2.5 ori mai mare decat cera de fibre de carbon, la o capacitate mondiala de productie de doar 1,5 mai mare.
Rezistenta si modulul de elasticitate ale Kevlar-ului 29 sunt comparabile cu cele ale sticlei, in timp de densitatea este de aproape jumatate din cea a sticlei.
Aplicatiile Kevlar-ului sunt numeroase si variate. Kevlar-ul este cel mai bine cunoscut pentru aplicatiile in domeniul vestelor antiglont. Alte aplicatii cuprind:
Blindajul rezistent la srapnel, pentru motoarele avioanelor cu reactie, pentru protectia pasagerilor in cazul unei explozii
Manusi de protectie Obiecte sportive: schiuri, rachete, casti de protectie, ambarcatiuni Anvelope Franghii si cabluri Produse de frictiiune si garnituri (inlocuitor de azbest), placute de frana Parti structurale ale corpului avioanelor Furtune industriale Tesaturi hibride, in special cu fibre de carbon pentru a furniza rezistenta la deteriorare, soc,
cresterea deformarii limita de rupere si prevenirea fracturilor catastrofale
Totusi, Kevlar-ul are cateva dezavantaje:
Fibrele absorb umiditatea, astfel compozitele armate cu Kevlar fiind mai sensibile decat cele cu sticla sau carbon
Din cauza rezistentei mari la taiere, sunt necesare scule speciale pentru taierea tesaturii uscate sau prepreg-ului si burghie speciale pentru perforarea laminatelor intarite.
Bibliografie:
1. LUPESCU, Mihai Bogdan – Fibre de Armare pentru Materialele Compozite2. Avionul de cursa lunga de noua generatie Boeing 787 Dreamliner a aterizat duminica
pentru prima oara pe un aeroport din afara Statelor Unite ale Americii, la Farnborough, in apropiere de Londra, pentru a participa la un salon aeronautic, anunta AFP.
3.4. Boeing 787 Dreamliner cu numarul de inmatriculare ZA003 a aterizat la ora 7,08 GMT in fata
ziaristilor din intreaga lume veniti sa vada aceasta aeronava a viitorului, construita in proportie de 50% din materiale compozite, care o fac mai usoara si, deci, mai putin energofaga.
5. Aparatul va fi expus la sol pana marti, pentru a fi studiat de profesionistii industriei aeronautice. Pentru moment, nu este prevazut niciun zbor de incercare.
6.
7. Primul zbor in afara Americii este usor umbrit de anuntul recent al unor posibile intarzieri in comercializarea avionului.
8. Dupa ce oferise asigurari ca primul Dreamliner va livrat companiei nipone ANA pana la sfarsitul anului, Boeing a avertizat in iunie ca acest moment ar putea fi amanat pentru inceputul anului 2011.
9. Pana atunci, constructorul japonez testeaza ZA003 pentru a verifica sistemele de securitate si de confort ale avionului.
10. Primul zbor de incercare a avut loc in 22 decembrie 2009, cu doi ani intarziere fata de estimarile initiale.
11. Dreamliner este considerat crucial pentru viitorul Boeing, care nu a mai lansat un nou model de aeronave de cursa lunga de 15 ani, cand a propus B777.
12. Constructorul sustine ca acest avion va permite o economie de carburant de 20% si iar costurile de mentenanta vor fi cu 30% mai mici, in comparatie cu aeronavele de aceeasi talie. De asemenea, sustine Boeing, avionul va fi mai silentions si ofera un grad sporit de confort pentru pasageri.
13. La aceasta clasa, concurentul european al Boeing, Airbus, care a comercializat recent Jumbo A380, dezvolta si el primul aparat construit preponderent din materiale compozite, A350 WXB, primele livrari fiind prevazute pentru 2013.
14. sursa:http://economie.hotnews.ro/stiri-companii-7595342-video-aeronava-boeing-787-dreamliner-efectuat-primul-zbor-afara-sua.htm
Recommended
