background image

Porównanie struktur i własno

ś

ci wybranych materiałów 

kompozytowych 

 

Kompozyt jest to materiał utworzony z co najmniej dwóch składników (faz) o ró

ż

nych 

własno

ś

ciach maj

ą

cy własno

ś

ci lepsze i/lub własno

ś

ci nowe (dodatkowe) w 

porównaniu ze składnikami u

ż

ytymi osobno lub wynikaj

ą

cymi z prostego sumowania 

tych własno

ś

ci 

 
Składniki kompozytu     



 

faza ci

ą

gła - matryca (osnow

ą

 



 

faza rozproszona - zbrojenie

 

 

Własno

ś

ci, które chcemy uzyska

ć

 projektuj

ą

c materiał kompozytowy:  



 

podwy

ż

szona wytrzymało

ść

 wła

ś

ciwa, 

 



 

podwy

ż

szona sztywno

ść

 wła

ś

ciwa, 

 



 

odporno

ść

 na p

ę

kanie

 

 

Ż

NE POSTACIE WZMOCNIE

Ń

 KOMPOZYTOWYCH: 

1) przypadkowe uło

ż

enia wzmocnie

ń

                                                                             

     

 

a) proszki (granulki) 
b) włókna krótkie 

2) jednokierunkowe uło

ż

enie włókien  

    

 

a) włókna ci

ą

głe  

b) włókna krótkie 

1)  dwukierunkowe wzmocnienia :  

a) tkaniny  
b) warstwy z ró

ż

nych włókien  

2) Przestrzenne wzmocnienia :  
    

 ortogonalne  

Typy materiałów kompozytowych:  



 

kompozyt umacniane (wzmocnione) dyspersyjnie, 

 



 

kompozyty umacniane cz

ą

stkami, 

 



 

kompozyty umacniane włóknami. 

 

 
Kompozyty

 

zbrojone dyspersyjnie 

  metalowa  osnowa  wzmocniona  cz

ą

stkami  ceramicznymi  lub  metalicznymi  o 

ś

rednicy 

10÷100 nm w ilo

ś

ci do ok. 15% obj

ę

to

ś

ci kompozytu  

 

obci

ąż

enie  przenoszone  jest  głównie  przez  osnow

ę

  -  zbrojenie  dyspersyjne 

nie poprawia znacz

ą

co cech mechanicznych i wytrzymało

ś

ciowych kompozytu 

w umiarkowanych temperaturach 

 

 

mechanizm  wzmocnienia:  utrudnianie  przez  rozproszone  cz

ą

stki  ruchu 

dyslokacji w osnowie 

 

 

wzmocnienie  jest  efektywne  w  wysokich  temperaturach  (do  ok.  80%  temp. 
topnienia) 

 

 

niewielki  udział  cz

ą

stek  znacznie  poprawia  np.  odporno

ść

  na  pełzanie 

kompozytu w porównaniu z odporno

ś

ci

ą

 materiału osnowy

 

 
 
 
 

background image

Kompozyty zbrojone cząstkami 

  obci

ąż

enie przenoszone przez obie fazy  

  mechanizm  wzmocnienia:  ograniczanie  przez  cz

ą

stki  odkształce

ń

  matrycy  w 

obszarze s

ą

siaduj

ą

cym z powierzchni

ą

 ka

ż

dej cz

ą

stki  

  wzmocnienie jest efektywne, je

ś

li:  

- udział cz

ą

stek przekracza 20% obj

ę

to

ś

ci kompozytu   (niekiedy 

nawet 

90%)  
-   cz

ą

stki s

ą

 równomiernie rozło

ż

one w kompozycie  

- cz

ą

stki powinny mie

ć

 mniej wi

ę

cej te same wymiary we  

wszystkich 

kierunkach i by

ć

 małe 

 
Kompozyty zbrojone włóknami 

  element no

ś

ny -  włókna w obj

ę

to

ś

ci 45-70% obj

ę

to

ś

ci kompozytu  

 

matryca  (metalowa  lub  polimerowa)  -    spoiwo  ł

ą

cz

ą

ce  włókna,  zapewniaj

ą

ce 

rozdział  obci

ąż

enia  zewn

ę

trznego  pomi

ę

dzy  włókna,  a  tak

ż

e  chroni

ą

ce  je 

przed czynnikami zewn

ę

trznymi 

 

 

najwi

ę

ksza  efektywno

ść

  spo

ś

ród  materiałów  kompozytowych  -  najlepsze 

własno

ś

ci  mechaniczne  i  wytrzymało

ś

ciowe  przy  najmniejszym  ci

ęż

arze 

wła

ś

ciwym 

 

 

podstawowe  znaczenie  praktyczne:  kompozyty  włókniste  o  osnowach 
polimerowych  zbrojonych  włóknami  w

ę

glowymi,  grafitowymi,  szklanymi, 

boronowymi i aramidowymi 

 

 

Podział kompozytów ze wzgl

ę

du na osnow

ę

 



 

kompozyty o osnowach organicznych, 

 



 

kompozyty o osnowach metalicznych, 

 



 

kompozyty o osnowach ceramicznych. 

 

 

Wytwarzanie kompozytów 

metoda kontaktowa 



 

"

chałupnicza", r

ę

czna metoda wytwarzania kompozytów włóknistych. 

 



 

produkcja    elementów  powierzchniowych  w  krótkich  seriach  lub 
pojedynczych  egzemplarzach,  od  których  nie  jest  wymagana  du

ż

wytrzymało

ść

 i trwało

ść

, ani te

ż

 jednorodno

ść

 kolejnych wytworzonych 

elementów. 

 



 

zbrojenie:    maty  i  tkaniny  „przyci

ę

te”    tak,  aby  odwzorowywały  kształt 

produkowanego elementu. 

 



 

kolejne  warstwy  tkaniny  nas

ą

cza  si

ę

 

ż

ywic

ą

  poliestrow

ą

  lub 

epoksydow

ą

  i  układa  na  sobie  w  odpowiedniej  formie  umo

ż

liwiaj

ą

cej 

uzyskanie po

żą

danego kształtu. 

 



 

o  jako

ś

ci  produktu  finalnego  decyduj

ą

  przede  wszystkim  jako

ść

  formy 

oraz kwalifikacje producenta 

 

metoda natryskowa 



 

udoskonalona  i  zmechanizowana  odmiana  metody  kontaktowej  - 
formowanie  r

ę

czne  zast

ą

piono  formowaniem  przy  u

ż

yciu  pistoletu, 

umo

ż

liwiaj

ą

cego  jednoczesne  nanoszenie  na  form

ę

  zarówno 

ż

ywicy, 

jak i włókien w odpowiednich proporcjach 

 

background image



 

włókna  maj

ą

  posta

ć

  ta

ś

m  składaj

ą

cych  si

ę

  z  wielu  pojedynczych 

włókien, 

poł

ą

czonych 

specjalnym 

lepiszczem 

 i poci

ę

tych na krótkie pasemka (tzw. ci

ę

ty roving) 

 



 

metoda efektywniejsza i prostsza w stosowaniu od metody r

ę

cznej, ale 

wykazuje te same wady 

 



 

elementy  nie  s

ą

  jednorodne,  maj

ą

  stosunkowo  mał

ą

  wytrzymało

ść

,  a 

ich jako

ść

 jest trudna do przewidzenia

 

metoda ci

ą

gła wytwarzania pr

ę

tów, rur,   kształtowników 



 

automatyczna produkcja elementów o stałym przekroju 

 



 

zbrojenie  -    ta

ś

m

ą

  składaj

ą

c

ą

  si

ę

  z  wi

ą

zki  równoległych  włókien 

poł

ą

czonych lepiszczem  (tzw. ci

ą

gły roving) 

 



 

ta

ś

my 

rovingiem 

przechodz

ą

 

przez 

wann

ę

 

 

ż

ywic

ą

 

termoutwardzaln

ą

,  impregnuj

ą

c

ą

  włókna  i  pełni

ą

c

ą

  rol

ę

  matrycy  i 

przeci

ą

gane  s

ą

  przez  stalowy  tłocznik,  nadaj

ą

cy  elementowi  wst

ę

pny 

kształt oraz kontroluj

ą

cy wła

ś

ciwy skład kompozytu 

 



 

"półprodukt" przeci

ą

gany jest przez kolejny, bardzo precyzyjny tłocznik 

nadaj

ą

cy  ostateczny  kształt  przekroju  poprzecznego.  Układ  grzewczy 

tłocznika inicjuje proces utwardzania 

ż

ywicy 

 



 

pr

ę

dko

ś

ci

ą

  produkcji  steruj

ą

  przeci

ą

garki,  ci

ą

gn

ą

ce  pr

ę

t  (pr

ę

dko

ść

 

si

ę

ga kilkudziesi

ę

ciu m/godz. )

 

metoda nawijania włókien 



 

idea  metody:  ci

ą

głe  nawijanie  włókien  na  obracaj

ą

cy  si

ę

  rdze

ń

  o 

kształcie  bryły  obrotowej,  aby  uzyska

ć

  po

żą

dany  układ  geometryczny 

włókien 

 



 

w  zale

ż

no

ś

ci  od  kierunku  obrotu  rdzenia  i  sposobu  przesuwu  tzw. 

sanek  z  b

ę

bnem  z  nawini

ę

tym  włóknem  mo

ż

na  wykona

ć

  nawijanie 

obwodowe, 

ś

rubowe i planetarne 

 



 

regulowana pr

ę

dko

ść

 przesuwu sanek i pr

ę

dko

ść

     obrotowa rdzenia 

umo

ż

liwia zmian

ę

 k

ą

ta nawijania w zakresie 5-85° 

 



 

ta

ś

my rovingu wst

ę

pnie nasyconego 

ż

ywic

ą

 musz

ą

 by

ć

 ogrzane przed 

nawini

ę

ciem na rdze

ń

, aby 

ż

ywica przeszła w stan płynny 

 



 

rdze

ń

  jest  ogrzewany  w  celu  zapewnienia  dokładnego  powi

ą

zania  ze 

sob

ą

 kolejnych nawijanych warstw

 

 

Zastosowania kompozytów:  



  Mc Laren / Mercedes 



  MOSTY 



  Ci

ę

gna z włókien w

ę

glowych w mo

ś

cie podwieszonym 



  Spr

ęż

enie d

ź

wigaru mostowego 



  podpory pod linie wysokiego napi

ę

cia (CH) 



  Słup spr

ęż

ony ci

ę

gnami w

ę

glowymi 



 

Podpory elektrowni wiatrowych (DK

 
 
 
 
 
Opisane materiały ceramiczne i kompozytowe ze wzgl

ę

du na swe własno

ś

ci s

ą

 materiałami których 

rozwój nie jest ograniczony i stanowi

ą

 perspektyw

ę

 przyszło

ś

ciow

ą

 dla wielu gał

ę

zi przemysłowych.