Sprawozdanie z ćwiczenia nr MISW 2
Temat: Wytwarzanie i badanie własności materiałów
kompozytowych
I. Wstęp teoretyczny
Materiał kompozytowy jest kombinacją dwóch lub więcej materiałów
(elementy wzmacniające, wypełniacze i lepiszcze stanowiące osnowę kompozytu)
różniących się rodzajem lub składem chemicznym w skali makroskopowej. Składniki
materiałów kompozytowych zachowują swoją tożsamość, ponieważ całkowicie nie
rozpuszczają się w sobie, jak również nie łączą się w inne elementy, natomiast
oddziałują wspólnie. Zwykle składniki te mogą być identyfikowane fizycznie i
wykazują powierzchnie rozdziału między sobą.
Podział kompozytów ze względu na:
a. pochodzenie
i. sztuczne
ii. naturalne
b. rodzaj zbrojenie
i. zbrojone włóknem ciągłym
ii. zbrojone włóknem nieciągłym
iii. zbrojone dyspersyjnie
iv. zbrojone warstwowo
c. rodzaj osnowy
i. metalowa
ii. niemetalowa
Czynniki wpływające na właściwości kompozytów
a. właściwości osnowy i zbrojenia
b. ilość włókien
c. geometria zbrojenia
d. doskonałość powiązania osnowy i zbrojenia
II. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z technologią wytwarzania
materiałów kompozytowych oraz zbadanie wytworzonych elementów pod kątem ich
zastosowania.
III. Wykonanie ćwiczenia
1. I część ćwiczenia
W pierwszej części ćwiczenia wytworzyliśmy 2 próbki materiału kompozytowego. 2
osoby z naszej grupy wycięły paski zbrojenia do tych materiałów. W przypadku pierwszej
próbki była to mata szklana (3 paski), a drugiej kartka papieru (10 pasków). Inne osoby z
grupy posmarowały formy do wytworzenia materiałów kompozytowych smarem
łożyskowym (podłoże i ścianki od spodu i z boku), a następnie skręciły dokładnie
śrubami. Następnie uszczelniliśmy boki form plasteliną, aby przygotowana póz
niej
mieszanina się nie wylała. Następnym krokiem było wykonanie osnowy. Wykonaliśmy ją
z 60 g epidianu (żywica epoksydowa) i 6 g utwardzacza, które przelaliśmy do kubka i
dokładnie wymieszaliśmy.
Po wymieszaniu zaczęliśmy tworzyć kompozyt. Do formy wlaliśmy niewielką ilość
osnowy. Następnie dodaliśmy zbrojenie (pierwszy kompozyt - 1 pasek maty szklanej,
drugi kompozyt - 3 paski papieru), i tak na zmianę (po jednym pasku maty szklanej, a w
przypadku drugiego materiału za drugim razem 4 paski papieru, a ostatnia warstwa
zbrojenia składała się z 3 pasków papieru). W czasie wlewania osnowy musieliśmy
dokładnie ją rozprowadzać i dodawać ją ostrożnie, żeby nie dodać jej za dużo na raz. Tak
przygotowane próbki trzeba było zostawić na co najmniej 24h, ponieważ tyle czasu trwa
zastyganie epidianu z utwardzaczem.
Przygotowane próbki są przedstawione na poniższych zdjęciach (Ryc. 1 i Ryc. 2).
Ryc. 1 Próbka kompozytu zbrojona matą szklaną
Ryc. 2 Próbka kompozytu zbrojona papierem
2. II część ćwiczenia
Po zastygnięciu osnowy (powyżej 24h) próbki wykonane przez nas zostały poddane
próbie rozciągania. W tej części ćwiczenia wykonaliśmy pomiary próbek suwmiarką i
analizowaliśmy wyniki badań 7 próbek, wykonane w specjalnym programie do tych
celów. Na wykresach stworzonych przez ten program można odczytać zależność siły od
wydłużenia (w %). Z tabeli załączonej do wykresów, można było dowiedzieć się:
a. jakie siła była potrzebna do złamania próbki
b. jakie było nominalne wydłużenie
Wyniki pomiarów:
1) Kompozyt zbrojony rowingiem
Ryc. 3 Próbka zbrojona rowingiem
Tabela 1 Wymiary próbki nr 1
Długość [mm] 199
Szerokość [mm] 15
Wysokość [mm] 8
Średnica otworu [mm] 7,5
Odległość otworu od końca próbki [mm] 104 95
Ryc. 4 Wykres zależności wydłużenia od siły dla próbki nr 1
Tabela 2 Wyniki pomiarów dla próbki nr 1 (siła, wydłużenie)
Siła w czasie zerwania [N] 877,25
Wydłużenie [mm] 0,61
Wydłużenie [%] 0,2
2) Kompozyt zbrojony matą szklaną
Ryc. 5 Próbka zbrojona matą szklaną
Tabela 3 Wymiary próbki nr 2
Długość [mm] 195
Szerokość [mm] 14,5
Wysokość [mm] 8,3
Średnica otworu [mm] 5,2
Odległość otworu od końca próbki [mm] 98,8 96,2
Ryc. 6 Wykres zależności wydłużenia od siły dla próbki nr 2
Tabela 4 Wyniki pomiarów dla próbki nr 2 (siła, wydłużenie)
Siła w czasie zerwania [N] 2024,86
Wydłużenie [mm] 1,47
Wydłużenie [%] 0,9
3) Kompozyt zbrojony papierem
Ryc. 7 Próbka zbrojona papierem
Tabela 5 Wymiary próbki nr 3
Długość [mm] 194,25
Szerokość [mm] 14,75
Wysokość [mm] 8,60
Średnica otworu [mm] 6,20
Odległość otworu od końca próbki [mm] 96,60 91,20
Ryc. 8 Wykres zależności wydłużenia od siły dla próbki nr 3
Tabela 6 Wyniki pomiarów dla próbki nr 3 (siła, wydłużenie)
Siła w czasie zerwania [N] 1372,17
Wydłużenie [mm] 1,07
Wydłużenie [%] 0,4
4) Kompozyt zbrojony rowingiem ciętym
Ryc. 9 Próbka zbrojona rowingiem ciętym
Tabela 7 Wymiary próbki nr 4
Długość [mm] 201
Szerokość [mm] 15
Wysokość [mm] 6,4
Średnica otworu [mm] 5,4
Odległość otworu od końca próbki [mm] 102,7 97,5
Tabela 8 Wyniki pomiarów dla próbki nr 4 (siła, wydłużenie)
Z otworem Bez otworu
Siła w czasie zerwania [N] 360,68 1732,31
Wydłużenie [mm] 0,23 0,96
Wydłużenie [%] 0,1 3,5
5) Kompozyt zbrojony tkaniną szklaną
Ryc. 10 Próbka zbrojona tkaniną szklaną
Tabela 9 Wymiary próbki nr 5
Długość [mm] 203,5
Szerokość [mm] 16,1
Wysokość [mm] 7,2
Średnica otworu [mm] 5,6
Odległość otworu od końca próbki [mm] 104 95
Tabela 10 Wyniki pomiarów dla próbki nr 5 (siła, wydłużenie)
Z otworem Bez otworu
Siła w czasie zerwania [N] 1261,05 1792,22
Wydłużenie [mm] 0,85 0,89
Wydłużenie [%] 0,3 6,6
6) Kompozyt zbrojony proszkiem Al2O3
Ryc. 11 Próbka zbrojona proszkiem Al2O3
Tabela 11 Wymiary próbki nr 6
Długość [mm] 195
Szerokość [mm] 15
Wysokość [mm] 8
Średnica otworu [mm] 5,5
Odległość otworu od końca próbki [mm] 101,5 93,5
Tabela 12 Wyniki pomiarów dla próbki nr 6 (siła, wydłużenie)
Z otworem Bez otworu
Siła w czasie zerwania [N] 839,38 1189,88
Wydłużenie [mm] 0,45 0,48
Wydłużenie [%] 0,2 4,0
7) Kompozyt zbrojony żywicą przewodzącą
Ryc. 12 Próbka zbrojona żywicą przewodzącą
Tabela 13 Wymiary próbki nr 7
Długość [mm] 158,5
Szerokość [mm] 14,65
Wysokość [mm] 7,45
Średnica otworu [mm] 6,6
Odległość otworu od końca próbki [mm] 69 89,5
Tabela 14 Wyniki pomiarów dla próbki nr 7 (siła, wydłużenie)
Z otworem Bez otworu
Siła w czasie zerwania [N] 638,19 971,93
Wydłużenie [mm] 0,39 0,5
Wydłużenie [%] 0,2 10,7
Ryc. 13 Wykres zależności siły od wydłużenia dla próbek 4, 5, 6 i 7 z otworem
Ryc. 14 Wykres zależności wydłużenia od siły dla próbek 4, 5, 6 i 7 bez otworów
3. Siła zerwania
Wzór:
Obliczenia:
Tabela 15 Siła zerwania
Siła [N] Pole przekroju
Siła zerwania [
[mm2]
Próbka 1 877,25 60 14,62
Próbka 2 2024,86 77,19 26,23
Próbka 3 1372,17 73,53 18,66
Próbka 4 1732,31* 360,68 96* 34,56 18,04* 10,44
Próbka 5 1792,22* 1261,05 115,92* 40,32 15,46* 31,28
Próbka 6 1189,88* 839,68 120* 44 9,92* 19,08
Próbka 7 971,93* 638,19 109,12* 49,15 8,91* 12,98
* wyliczone dla próbek bez otworów
IV. Wnioski
1. Najwięcej siły trzeba było użyć do zerwania próbki nr 2 (zbrojona matą
szklaną), a najmniej do zerwania próbki nr 1 (zbrojonej rowingiem);
2. Największe wydłużenie osiągnęła próbka nr 7 bez otworu (zbrojona żywicą
przewodzącą), a najmniejsze próbka nr 4 z otworem (zbrojona rowingiem
ciętym);
3. Kompozyt nr 3 (zbrojony papierem) nie miałbym absolutnie żadnego
zastosowania w praktyce, ponieważ zbrojenie nie spełnia tutaj swojej roli;
4. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że próbkę z
otworem jest łatwiej zerwać niż tę samą próbkę, ale bez otworu;
5. Wytrzymałość kompozytów wzrasta wraz z upływem czasu;
6. Ważne jest precyzyjne odmierzenie ilości epidianu i utwardzacza potrzebnych
do wytworzenia osnowy;
7. Wartości wymiarów próbek są obarczone błędem ludzkim;
8. Próbka nr 7 ma największy stopień połączenia osnowy ze zbrojeniem;
9. Próbki nr 2 i nr 5 można by było wykorzystać to produkcji kadłubów łodzi i
kajaków, charakteryzują się one największą siłą zerwania;