materijali 1
-
Upload
nehal-vaghela -
Category
Documents
-
view
72 -
download
7
description
Transcript of materijali 1
-
MATERIJALI IKOMPOZITI
Lekcija 15
-
to su kompozitni materijali (kompoziti) ?
Kompozitni materijali su viefazni materijali sastavljeni iz dva ili vie razliitih vrstih materijala (zasebno dobivenih), koji su osmiljeni tako da je u njima raspodjela faza kontinuirana kako bi se poboljalo jedno ili vie svojstava osnovnom materijalu. To su obino svojstva kakva ne posjeduje niti jedan materijal sam za sebe, tj. nova svojstva to je novi materijal.
Zato koristiti kompozitne materijale?
za poveanje krutosti, vrstoe ili dimenzijske stabilnosti za poveanje udarne ilavosti za poveanje otpornosti na toplinu za smanjenje trokova za smanjenje apsorpcije vode za smanjenje toplinske ekspanzije za poboljanje otpornosti na troenje za veu korozijsku otpornost za smanjenje mase za poboljanu konstrukcijsku fleksibilnost
-
Ojaala
Metali
Polimeri Keramike
MMC
PMC CMC
Slika 1. Kompozitni materijali svi sadre ojaala.
MMC - metal matrix composite
PMC - polymer matrix composite
CMC - ceramic matrix composite
-
vlakna polimerna smola kompozit
(ojaalo) (matrica)
Slika 2. Nastajanje i sastav kompozitnog materijala
Kompoziti su satavljeni iz najmanje dvije faze:
osnovnog materijala (matrica) i ojaala
-
Uloge matrice i ojaala
Karakteristike osnovnog materijala (matrice):
popustljivija od ojaala vra od ojaala osigurava dobro povezivanje s ojaalom osigurava zatitu ojaala od utjecaja okoline osigurava prijenos optereenja s jednog na drugi djeliak ojaala uklanja posmino naprezanje kompozita
Karakteristike ojaala (dispergiran unutar matrice kao sitne estice ili vlakna):
tvri i vri nego matrica osiguravaju kompozitu veliku tvrdou i vrstou poveavaju kompozitu udarnu ilavost, itd.
-
KOMPOZITI
S POLIMERNOM MATRICOM, PMC
S KERAMIKOM MATRICOM, CMC
S METALNOM MATRICOM, MMC
koriste se na razliite naine i imaju iroku upotrebu:
staklom ojaani polimerni kompoziti (GFRP)
ugljinim vlaknima ojaani polimerni kompoziti (CFRPC)
aramidnim vlaknima ojaani polimerni kompoziti (AFRP)
ojaala poboljavaju vrstou, krutost, otpornost na abraziju, otpornost na puzanje, toplinsku vodljivost
visoke radne temperature
nezapaljivost loe: skupi su i velike gustoe
za upotrebu na visokim temperaturama
(avionske plinske turbine)
smanjuju masu -(manja potronja goriva)
loe: vrlo su krhke
Slika 3. Podjela kompozita s obzirom na matricu
-
Kompoziti s obzirom na matricu i ojaala
metalno-metalni metalno-keramiki metalno-polimerni
keramiko-polimerni keramiko-keramiki keramiko-metalni
polimerno-polimerni polimerno-metalni polimerno-keramiki
Polimerna matrica Keramika matrica Metalna matrica
Slika 4. Podjela kompozita s obzirom na vrstu matrice i vrstu ojaala
Sve se vie upotrebljavaju tzv. ugljik-ugljik kompoziti koji mogu izdrati vrlo viske radne temperature do 1700 C
-
a) b)
c) d)
Slika 5. Nain raspodjele ojaala unutar matrice: a) sitna vlakna bez reda, b) jednosmjerno poredana isprekidana vlakna, c) jednosmjerna vlakna, d) dvosmjerna vlakna
Svojstva kompozita ovise o vrsti matrice i njezinim svojstvima te o svojstvima, nainu raspodjele, veliini i vrsti estica ojaala i njihovoj orijentaciji unutar matrice kao i o volumnom udjelu komponenti. Takoer, ovise i o kvaliteti povezivanja matrice i ojaala.
S obzirom na promjer, duljinu i vrstu materijala ojaala u obliku
vlakana dijele se dijele na:
viskere i vlakna
Viskeri vrlo malenimonokristali koji imaju mnogo manji promjer u odnosu na duljinu, a mogu biti iz grafita (ugljika) te tvrdih tehnikih keramikih materijala: silicijevog karbida, silicijevog nitrida i aluminijevog oksida koji se dobivaju posebnim postupcima
Vlakna najee staklena ili polimerna
-
Slika 6. Neki primjeri tvorniki razliito pletenih (tkanih) vlakana ojaala.
Kompozitni materijali su anizotropni imaju bolja svojstva u smjeru vlakana.
-
Laminatna struktura kompozita
Slika 7. Lamele s razliito orijentirnim vlaknima ojaala slau se i lijepe meusobno u laminat uz djelovanje tlaka
lamele
laminat
-
Slika 8. Shematski prikaz nastajanja sendvi panela
Ljepilo
Saasta struktura
Vanjska ploa
Vanjska ploa
Gotov sendvi panel
-
Ojaivai iz staklenih vlakana
lako se dobivaju kemijski su otporna GFRP do temperature od 2000C zbog polimerne matrice
Upotreba:
automobilska industrija, brodogradnja, tankovi
a)
b)
Slika 9. Ojaala iz staklenih vlakana: a) namotaj staklene niti, b) pletena tkanina iz staklenih niti
-
Proizvodi iz staklenim vlaknima ojaanih polimeraProlo je vie od 50 godina od upotrebe kompozita stakloplastika. Danas je
njihova primjena vrlo velika.
Slika 10. Staklom ojaani nezasieni poliester: a) tank za gorivo iz 1960. godine, b) trup broda
-
Slika 11. Kawasaki x-4 jet Ski - staklom ojaana plastika
-
Slika 12. Staklom ojaana plastika palube broda
-
Ugljina vlakna kao ojaalo u polimernoj matrici
Ugljina vlakna, CFRP:
visoki specifini modul i specifina vrstoa ak i na visokim temperaturama
skup postupak dobivanja iz PAN-a promjer vlakana : 4-10 m, premazan s epoksidnom smolom za osiguranje lijepljenja s matricom
najvea upotreba CFRP-a: avionski dijelovi kuita raketnih motora sportski rekviziti, itd.
Slika 13. Namotaj ugljinih vlakana
-
Slika 14. Dijelovi automobila oznaeni zelenom bojom su iz kompozitaojaanog ugljinim vlaknima
-
Aramidnim vlaknima ojaan polimer (AFRP)
Aramidna vlakna (Kevlar, Nomex)
plastomerni materijal visoka vlana vrstoa, slaba tlana mehaniki stabilan od 200 do 2000C netporan na jake kiseline i baze
Upotreba:
zatitna odjea (pancirke) sportski rekviziti, itd.
Slika 15. Namotaj aramidnih vlakana
-
a) b)
Slika 16. Dijelovi helikoptera i aviona iz kompozita: a) iz polimera ojaanog ugljinim vlaknima, b) iz polimera ojaanih staklenim i ugljinim vlaknima
-
Slika 17. Proizvodi iz staklom ojaanih polimernih kompozita
-
Slika 18. Sportski rekviziti iz staklom ojaanih polimernih kompozita
Slika 19. Most za pjeake iz staklom ojaane poliesterske smole. Duina mosta je 120m a raspon 63m.
-
Slika 20. Vlak Talent na kojem su boni zidovi iz vlaknima ojaane plastike
-
Slika 21. Airbus 380 - je zbog konstrukcija iz polimernih kompozita laki nego da je potpuno izgraen iz ekvivalentnih metalnih konstrukcija i to za priblino 15 tona
-
Slika 22. Hotel Burj Al Arab u Dubaiu. U svojoj konstrukciji sadri 33 000 m2 staklom ojaanih
sendvi panela
-
Kompoziti s metalnom matricom,MMC
Matrica: super legure Al, Mg, Cu, TiOjaala: C, SiC, B, Al2O3 vlakna, Al2O3 esticePrimjena: komponente automobilskog motora konstrukcijski dijelovi svemirskih letjelica, teleskopa - kompoziti iz B i C valkana u Al matrici
turbinski motori (W vlakna u superlegurama)
-
Vrsta kemijskog spoja
Keramike estice Metalna matrica Upotreba
Boridi Titanov boridMolibdenov boridKromov borid
Co / NiCr / Ni
Ni
Najee rezni alati
Karbidi Volframov karbidTitanov karbidMolibdenov karbidSilicijev karbid
CoCo ili W
CoCo
Najee rezni alati i abrazivi
Oksidi Aluminijev oksidMagnezijev oksidKromov oksid
Co / CrCo / Ni
Cr
Vrhovi alata, dijelovi plinskih turbina
Tablica 1. Primjeri kompozita iz metalne matrice i keramikih ojaala
-
Kompoziti s keramikom matricom, CMC
za upotrebu kod velikih naprezanja i na visokim temperaturama ( turbinski motori aviona)
Prednosti
velika vrstoa i modul vrlo visoka radna temperatura smanjena masa (manja potronja goriva)
Slika 23. Dijelovi svemirske letjelice iz keramikih kompozita
-
Materijali:Polimeri (smole): bilo koja, npr. epoksi, poliester, vinilesterVlakna: bilo koja, primjer staklena vlakna
Slika 24. Shema proizvodnje kompozita iz staklom ojaanih polimera (PMC)
-
Tablica 2. Usporedna svojstva materijala
Svojstva Metali Polimeri Keramike
Gustoa (Mgm-3) 2-16 1-2 2-17
Talite (C) 200-3500 70-200 2000-4000
Toplinska provodljivost visoka niska srednja
Toplinska rastezljivost srednja visoka niska
Specifini toplinski kapacitet nizak srednji visok
Elektrina provodljivost visoka vrlo niska vrlo niska
Vlana vrstoa (MPa) 100-2500 30-300 10-400
Modul elastinosti (GPa) 40-400 0.7-3.5 150-450
Tvrdoa srednja niska visoka
Otpornost na koroziju srednja-slaba dobra-srednja dobra
MATERIJALI IKOMPOZITI