background image

K O M I S J A   B U D O W Y   M A S Z Y N   P A N   –   O D D Z I A

à   W   P O Z N A N I U 

Vol. 29 nr 1 

 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 

2009

 

JACEK JACKOWSKI

*

 

RUCH CIEK

àEJ OSNOWY 

W KAPILARACH MATERIA

àU ZBROJENIA 

RECYKLOWANEGO MATERIA

àU KOMPOZYTOWEGO 

Z NASYCANYM ZBROJENIEM 

 

W  artykule  przedstawiono  analiz

Ċ  zachowania  ciekáego  metalu  w  kapilarach  (fazy  staáej) 

w obecno

Ğci dodatkowej fazy ciekáej. Zagadnienie dotyczy recyklingu metodą rozdzielania skáad-

ników metalowych materia

áów kompozytowych uzyskiwanych przez nasycanie ciekáym metalem 

porowatych  kszta

átek zbrojenia. Coraz powszechniejsze stosowanie tych nowoczesnych tworzyw 

konstrukcyjnych  wskazuje  na  celowo

Ğü  opracowania  technologii  ich  recyklingu.  Charakter  tych 

materia

áów  sprawia,  Īe  jedynym  sposobem  ich  recyklingu  jest  rozdzielanie  skáadników.  Samo-

rzutne  wyp

áywanie  metalu  osnowy  z  kapilar  jest  nieskuteczne,  wiĊc  konieczne  jest  stosowanie 

odpowiednich  o

Ğrodków recyklingowych intensyfikujących ten proces. Skutkiem ich stosowania 

jest  tzw.  uk

áad recyklingowy záoĪony ze zbrojenia kompozytowego, ciekáej osnowy kompozyto-

wej  oraz  ciek

áego oĞrodka. W takim ukáadzie rozdzielenie skáadników recyklowanego materiaáu 

kompozytowego  polega  na  zast

ąpieniu  osnowy  w  kapilarach  zbrojenia  ciekáym  oĞrodkiem.  Do-

Ğwiadczenia wskazują jednak, Īe nie kaĪdy materiaá kompozytowy jest w równym stopniu podatny 
na zabiegi recyklingu. Analiza b

Ċdąca przedmiotem niniejszego artykuáu stanowi próbĊ wyjaĞnie-

nia  przyczyn  nieskuteczno

Ğci  standardowych  zabiegów  recyklingowych  wzglĊdem  niektórych 

materia

áów kompozytowych, a takĪe wskazania kierunków dziaáaĔ celem poprawy skutecznoĞci 

tych zabiegów. 

S

áowa kluczowe: kompozyty metalowe, recykling, zjawiska powierzchniowe

 

1. WST

ĉP 

Specyficzn

ą grupĊ nowoczesnych tworzyw konstrukcyjnych stanowią meta-

lowe  materia

áy  kompozytowe  z  nasycanym  zbrojeniem.  Są  one  wytwarzane 

przez  nasycenie  porowatego  zbrojenia  ciek

áym  metalem  (najczĊĞciej  stopem 

technicznym) zwanym osnow

ą. Zbrojeniem jest specjalna ksztaátka uformowana 

i  dopasowana  do  konkretnego  elementu  (wyrobu  kompozytowego),  stanowi

ąca 

ca

ákowitą  lub  czĊĞciową  jego  objĊtoĞü.  Záa  zwilĪalnoĞü  materiaáu  zbrojenia 

sprawia, 

Īe proces jego nasycania jest wymuszany za pomocą ciĞnienia [1, 2, 5] 

                                                 

*

 Dr hab. in

Ī. – Instytut Technologii Materiaáów Politechniki PoznaĔskiej. 

background image

 

J. Jackowski 

 

30

od  pocz

ątku  procesu  nasycania  ksztaátki  zbrojącej  do  chwili  caákowitego  za-

krzepni

Ċcia nasycającej osnowy. Efektywne ciĞnienie utrzymywane w caáej ob-

j

ĊtoĞci nasyconej ksztaátki w podanym okresie zapewnia minimalną porowatoĞü 

wytwarzanego  materia

áu,  co  wynika  z  maksymalnego  wypeánienia  objĊtoĞci 

kapilar  kszta

átki  zbrojącej,  a  takĪe  maksymalnej  kompresji  okluzji  gazowych, 

których unikni

Ċcie w procesie nasycania jest niemoĪliwe [3].  

Ka

Īdy  element  kompozytowy  z  nasycanym  zbrojeniem  prĊdzej  lub  póĨniej 

staje si

Ċ odpadem (np. produkcyjnym lub poamortyzacyjnym) i jako taki powi-

nien by

ü racjonalnie wykorzystany. Jedynym skutecznym sposobem recyklingu 

takich  odpadów  jest  rozdzielenie  sk

áadników tworzących materiaá. Roztopienie 

metalowej  osnowy  wype

ániającej  kapilary  zbrojenia  nie  jest  dostatecznie  sku-

teczne.  Warto  podkre

Ğliü,  Īe  w  przypadku  odlewu  kompozytowego  mającego 

tylko cz

ĊĞciowo kompozytową strukturĊ (zbrojenie stanowiące czĊĞü elementu) 

konwencjonalne  przetopienie  pozwoli  odzyska

ü  tylko  tĊ  czĊĞü  osnowy,  która 

by

áa poza zbrojeniem. Osnowa powstająca w kapilarach zbrojenia mimo zmiany 

stanu skupienia nie ulega oddzieleniu od zbrojenia. Konieczne jest u

Īycie dodat-

kowej fazy ciek

áej, zwanej oĞrodkiem recyklingowym. NaleĪy ją dobraü w taki 

sposób, aby mo

Īliwe byáo zastąpienie nią osnowy w kapilarach ksztaátki zbroje-

nia [7, 9] i aby proces odbywa

á siĊ samorzutnie [4].  

Wyniki  do

ĞwiadczeĔ  [8,  10]  dowiodáy,  Īe  recykling  metodą  rozdzielenia 

sk

áadników jest skuteczny, gdy ksztaátki zbrojące recyklowany materiaá wyko-

nane  s

ą z materiaáów wáóknistych (wáókno glinokrzemianowe, wĊglowe, grafi-

towe). Gdy kszta

átki zbrojenia są wykonane z identycznych lub podobnych che-

micznie  materia

áów  spiekanych  (spiekany  materiaá  ziarnisty),  skutecznoĞü  za-

biegów  recyklingu  prowadzonych  w  identycznych  warunkach  lub  z  u

Īyciem 

innego metalu osnowy nasycaj

ącej okazaáa siĊ niedostateczna [8]. Stwierdzenie 

to sta

áo siĊ podstawą przypuszczenia, Īe przyczyna tego zjawiska tkwi w geome-

trii kapilar zbrojenia. 

2. ZMIANY ENERGII POWIERZCHNIOWEJ 

W UK

àADZIE RECYKLINGOWYM 

Do  oblicze

Ĕ  zmian  energii  powierzchni  zachodzących  w  ukáadzie  recyklin-

gowym  z

áoĪonym  z  materiaáu  kompozytowego  z  nasycanym  zbrojeniem 

i o

Ğrodka wykorzystano schemat przedstawiony na rys. 1. Ilustruje on kapilarĊ 

o nieregularnym kszta

ácie w materiale ksztaátki zbrojącej Z, wypeánioną ciekáym 

metalem  osnowy  M,  w  otoczeniu  ciek

áego  oĞrodka  recyklingowego  O.  O  po-

cz

ątku  i  kierunku  wypáywania  metalu  z  kapilary  decydują  dwa  czynniki:  stan 

ciek

áoĞci metalu osnowy i oĞrodka oraz relacja wartoĞci skrajnych Ğrednic kapi-

lary (d

1

 i d

2

 na rys. 1). Na rysunku przyj

Ċto, Īe ruch metalu osnowy w kapilarze 

odbywa si

Ċ od strony lewej ku prawej. 

background image

Ruch ciek

áej osnowy w kapilarach materiaáu zbrojenia

 

recyklowanego materia

áu ... 

31 

 

 

Rys. 1. Schemat wyp

áywania ciekáej osnowy kompozytowej M z kapilary materiaáu zbrojenia 

Z w obecno

Ğci oĞrodka O 

Fig. 1. Diagram of the outflow of liquid composite matrix M from the reinforcement capillary 

Z in the presence of an O medium  

Stan  pocz

ątkowy  caákowicie  wypeánionej  metalem  kapilary  opisuje  zaleĪ-

no

Ğü: 

 

,

4

ʌ

4

ʌ

2

2

2

1

1

O

M

O

M

M

Z

d

d

S

F











˜

 

Z

Z

Z

 

(1) 

w której: F 

–  energia powierzchni uk

áadu [J], 

S 

–  powierzchnia kontaktu ciek

áej osnowy kompozytowej z mate-

ria

áem kapilary [m

2

], 

d

1

 i d

2

 –  skrajne 

Ğrednice kapilary wedáug rys. 1 [m], 

Z

Z-M

  –  energia  powierzchniowa  na  granicy  ciek

áego metalu osnowy 

i materia

áu zbrojenia [J/m

2

], 

Z

M-O

  –  energia  powierzchniowa  na  granicy  ciek

áego metalu osnowy 

i ciek

áego oĞrodka [J/m

2

]. 

Z kolei stan tu

Ī po rozpoczĊciu wypáywania osnowy z kapilary moĪna zapi-

sa

ü jako 

O

M

O

M

O

M

O

Z

M

Z

d

h

d

d

h

d

h

d

S

F





















 

Z

Z

Z

Z

Z

4

ʌ

ʌ

4

ʌ

ʌ

)

ʌ

(

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

2

,  (2) 

gdzie: h

1

 i h

2

  –  grubo

Ğü warstw oĞrodka i osnowy, odpowiednio, wepchniĊtej do 

kapilary i wypchni

Ċtej z niej [m], 

Z

Z-O

 

–  energia powierzchniowa na granicy materia

áu zbrojenia i oĞrod-

ka [J/m

2

]. 

Na tej podstawie zmian

Ċ energii powierzchni ukáadu towarzyszącą przejĞciu 

od stanu (1) do stanu (2) mo

Īna opisaü wzorem: 

 

O

M

M

Z

O

Z

h

d

h

d

F

F

F











 



 

'

Z

Z

Z

2

2

1

1

1

2

ʌ

)

(

ʌ

(3) 

background image

 

J. Jackowski 

 

32

ĩadna  z  wartoĞci  energii  powierzchniowej  z  zaleĪnoĞci  (3)  nie  jest  znana, 

a zatem o charakterze zmiany 

'F (przyrost lub ubytek) nie mo

Īna na tej podsta-

wie  wnioskowa

ü.  PoniewaĪ  w  odniesieniu  do  cieczy  pojĊcia  napiĊcia  po-

wierzchniowego i energii powierzchniowej s

ą w sensie iloĞciowym równowaĪne 

[6], mo

Īna skorzystaü z równania Duprego dla stanu równowagi kropli ciekáego 

metalu M na pod

áoĪu materiaáu zbrojenia Z w otoczeniu oĞrodka O. Wzór opisu-

j

ący ten stan (rys. 2) ma postaü: 

 

,

cos

O

M

Z

O

M

M

Z

O

Z









 



T

Z

Z

Z

 

(4) 

przy  czym 

O

M

Z

/



T

  –  skrajny  k

ąt  zwilĪania  materiaáu  zbrojenia  przez  ciekáą 

osnow

Ċ metalową w otoczeniu oĞrodka. 

 

Rys.  2.  Równowaga  kropli  ciek

áego  metalu  na 

powierzchni  materia

áu  zbrojenia  w  otoczeniu 

                               o

Ğrodka 

Fig.  2.  Balance  of  a  drop  of  liquid  metal  at  the 
surface of the reinforcement material in the medium 
                            surroundings 

 

Po wstawieniu zale

ĪnoĞci (4) do zaleĪnoĞci (3) otrzymujemy: 

 

,

ʌ

cos

ʌ

2

2

/

1

1

O

M

O

M

Z

O

M

h

d

h

d

F









 

'

Z

T

Z

 

(5) 

a zatem 

 

).

cos

(

ʌ

2

2

/

1

1

h

d

h

d

F

O

M

Z

O

M



˜

 

'





T

Z

 

(5a) 

 

Je

Ğli obie ciecze w ukáadzie (ciekáy metal osnowy i oĞrodek) potraktuje siĊ 

jako  cia

áa nieĞciĞliwe, to z zaleĪnoĞci (5a) wynika, Īe warunkiem swobodnego 

wyp

áywania osnowy, a zatem samorzutnego zajĞcia procesu, jest: 

,

0



'F

 czyli 

 

.

cos

/

/

2

1

O

M

Z

d

d







T

 

(6) 

 

Oznacza to, 

Īe wypychanie osnowy metalowej z kapilary przez oĞrodek we-

d

áug schematu z rys. 1 nastąpi w kaĪdym przypadku, gdy 

T

Z–M

/O

 > 90°, i 

Īe pro-

ces ten b

Ċdzie tym skuteczniejszy, im wiĊksza bĊdzie wartoĞü tego kąta, jednak 

Ğrednica kapilary w miejscu wypychania osnowy kompozytowej bĊdzie zawsze 
mniejsza  ni

Ī  w  miejscu  opuszczania  zbrojenia.  Stosunek  wymiarów  Ğrednic 

w ró

Īnych  miejscach  kapilary  dla  wartoĞci 

T

Z–M

/O

  równych:  180

q,  150q  i  120q 

wynosi odpowiednio: 1; 0,87; 0,5.  
 

Wniosek ten oprócz swej oczywisto

Ğci ma inną wadĊ, mianowicie nie stano-

wi 

Īadnej wskazówki doboru oĞrodka recyklingowego.  

 

Mo

Īna dokonaü analizy zaleĪnoĞci (4), korzystając ze znajomoĞci wáaĞciwo-

Ğci powierzchniowych substancji stanowiących ukáad recyklingowy. Na rysun-

background image

Ruch ciek

áej osnowy w kapilarach materiaáu zbrojenia

 

recyklowanego materia

áu ... 

33 

ku 3 przedstawiono stan równowagi kropli dwóch ró

Īnych cieczy (ciekáego me-

talu osnowy i o

Ğrodka) spoczywających na podáoĪu z materiaáu zbrojenia w at-

mosferze  gazu  (w

áaĞciwoĞci  powierzchniowe  charakterystyczne  dla  przedsta-

wionych uk

áadów są dostĊpne w literaturze lub stosunkowo áatwe do oszacowa-

nia). Równowag

Ċ kropli osnowy opisuje zaleĪnoĞü:  

 

,

cos

G

M

Z

G

M

M

Z

G

Z











 

T

Z

Z

Z

 

(7) 

a kropli o

Ğrodka wzór: 

 

,

cos

G

O

Z

G

O

O

Z

G

Z











 

T

Z

Z

Z

 

(8) 

gdzie:

G

M

Z

/



T

 –  skrajny  k

ąt  zwilĪania  materiaáu  zbrojenia  przez  ciekáy  metal 

osnowy w atmosferze gazu, 

G

O

Z

/



T

 –  skrajny k

ąt zwilĪania materiaáu zbrojenia przez ciekáy oĞrodek 

w atmosferze gazu. 

Pozosta

áe oznaczenia są takie same jak w zaleĪnoĞciach (1) i (2). 

 

 

Rys. 3. Równowaga kropli metalu M oraz o

Ğrodka O na podáoĪu Z w atmosferze gazu G 

Fig. 3. Balance of the M metal drop and the O medium on the Z base in the atmosphere of G gas

 

 

Z zale

ĪnoĞci (7) i (8) wynika, Īe 

 

,

cos

cos

/

/

G

O

Z

G

O

G

M

Z

G

M

M

Z

O

Z















 



T

Z

T

Z

Z

Z

 

(9) 

co pozwala przekszta

áciü zaleĪnoĞü (4) do postaci: 

 

,

cos

cos

cos

/

/

/

O

M

Z

O

M

G

O

Z

G

O

G

M

Z

G

M













 



T

Z

T

Z

T

Z

 

(10) 

a tym samym wed

áug zaleĪnoĞci (3): 

 

.

ʌ

)

cos

cos

(

ʌ

2

2

/

/

1

1

O

M

G

O

Z

G

O

G

M

Z

G

M

h

d

h

d

F















 

'

Z

T

Z

T

Z

 

(11) 

Oznacza to, 

Īe warunek samorzutnego wypáywania osnowy z metalowej ka-

pilary  w  warunkach  kontaktu  z  o

Ğrodkiem i braku ĞciĞliwoĞci cieczy (

0



'F

przyjmie posta

ü: 

 

.

)

cos

cos

(

/

/

2

1

O

M

G

O

Z

G

O

G

M

Z

G

M

d

d

















Z

T

Z

T

Z

 

(12) 

background image

 

J. Jackowski 

 

34

3. WYP

àYWANIE OSNOWY Z KAPILAR ZBROJENIA 

Z  zale

ĪnoĞci  (6)  wynika,  Īe  wypáywanie  osnowy  kompozytowej  z  kapilar 

zbrojenia  w  otoczeniu  ciek

áego  oĞrodka  recyklingowego  moĪe  siĊ  odbywaü 

w skrajnie korzystnym przypadku (

T

Z-M/O

 = 180°) w kapilarach o kszta

ácie zbli-

Īonym do walca (d

1

/d

2

 < 1), ale nie walcowym. Z chwil

ą gdy w dowolnym miej-

scu  kapilary  nast

ąpi  naruszenie  podanej  nierównoĞci,  ruch  metalowej  osnowy 

w kapilarze ustanie, a tym samym recykling si

Ċ zatrzyma.  

Zgodnie  z  zale

ĪnoĞcią (12), zachowanie roztopionej osnowy kompozytowej 

w procesie recyklingu materia

áu kompozytowego w oĞrodku moĪe byü inne. Dla 

zilustrowania  procesu  wykonano  obliczenia,  przyjmuj

ąc  wartoĞci  danych  (dla 

wyra

Īenia (12)) zbliĪone do realnego ukáadu recyklingowego záoĪonego z cera-

micznego  zbrojenia  nasyconego  stopem  aluminium  oraz  stopionej  mieszaniny 
soli o

Ğrodka: 

Z

M–G

 = 1000 mN/m,   

$

150

/

 



G

M

Z

T

,   

Z

O–G

 = 100 mN/m, 

,

0

/

$

 



G

O

Z

T

   

Z

M–O

 = 600 mN/m. 

Dla podanych warto

Ğci: 

.

6

,

1

600

)

0

cos

100

150

cos

1000

(

2

1



 



˜





$

$

d

d

 

 

Oznacza to, 

Īe wypychanie ciekáego metalu osnowy kompozytowej z kapila-

ry  zbrojenia  mo

Īe  siĊ  odbywaü  w  duĪo  szerszym  zakresie,  aniĪeli  wynika  to 

z zale

ĪnoĞci (6). 

 

Schemat zachowania ciek

áej osnowy kompozytowej w warunkach recyklingu, 

odniesiony do przedstawionego wy

Īej wyliczenia, przedstawiono na rys. 4. Sche-

mat przedstawia kapilar

Ċ o ksztaácie dwóch stoĪków ĞciĊtych o wspólnej podsta-

wie.   Znaczna ró

Īnica wymiarów Ğrednic (d

1

 < d

2

) pozwala przyj

ąü, Īe ruch roz-

topionej  osnowy  kompozytowej  w  kapilarze  (w  obecno

Ğci oĞrodka) w początko-

wej fazie procesu b

Ċdzie siĊ odbywaü w kierunku prawej strony. Na schemacie 4a 

zaznaczone s

ą dwa poáoĪenia páaszczyzny miĊdzyfazowej: metal osnowy – oĞro-

dek recyklingowy. Po

áoĪenie 1 ukáad osiągnie, gdy kąt 

T

Z-M/O

 b

Ċdzie miaá wartoĞü 

120

q. Gdyby ten kąt miaá wartoĞü 180q, páaszczyzna kontaktu obu faz osiągnĊáaby 

po

áoĪenie 2. Oznaczaáoby to stan maksymalnego usuniĊcia (wypchniĊcia) osnowy 

kompozytowej  z  kapilary  przez  o

Ğrodek.  W  tym  stanie  osnowa  zawarta  miĊdzy 

p

áaszczyznami 2 i 3 pozostaje w kapilarze, gdyĪ dalszy jej wypáyw w istniejących 

warunkach jest niemo

Īliwy. Na schemacie 4b przedstawiony jest stan maksymal-

nego wypchni

Ċcia osnowy kompozytowej, wyliczony z zaleĪnoĞci (12) przy zaáo-

Īonych i podanych wyĪej wartoĞciach 

Z

 i 

T

. Wypychanie ciek

áej osnowy bĊdzie 

trwa

áo  do  chwili,  gdy  páaszczyzna  miĊdzyfazowa  (osnowa  –  oĞrodek)  osiągnie 

 

background image

Ruch ciek

áej osnowy w kapilarach materiaáu zbrojenia

 

recyklowanego materia

áu ... 

35 

a) 

 

b) 

 

c) 

 

Rys. 4. Schemat zachowania osnowy kompozytowej w kapilarze o zmiennych 

Ğrednicach w trak-

cie recyklingu z u

Īyciem oĞrodka 

Fig. 4. Diagram of the composite matrix behaviour in the capillary of varying diameters during the 

recycling with the use of a medium 

po

áoĪenie 4. Z chwilą osiągniĊcia tego stanu dalsze wypáywanie osnowy z kapi-

lary  ustanie,  a  jej  wype

ániona  metalem  przestrzeĔ  bĊdzie  siĊ  mieĞciü  miĊdzy 

po

áoĪeniami 3 i 4. Gdy ruch metalu ku prawej stronie ustanie, a metal zachowa 

stan  ciek

áy  i wáaĞciwoĞci  ukáadu nie  ulegną  zmianie,  rozpocznie siĊ  jego  ruch 

w stron

Ċ przeciwną. Zostanie on wymuszony przez parcie oĞrodka na páaszczy-

zn

Ċ okreĞloną poáoĪeniem 3 i bĊdzie trwaá do momentu ukazanego na schemacie 

4c, to znaczy do osi

ągniĊcia przez metal osnowy kompozytowej i oĞrodek páasz-

czyzn odpowiadaj

ących poáoĪeniom 5 i 6. Dalszy ruch ciekáego metalu w kapi-

larze  b

Ċdzie  miaá  charakter  posuwisto-zwrotny  i  bĊdzie  siĊ  odbywaü  miĊdzy 

p

áaszczyznami 3 i 4 oraz 5 i 6 (rys. 4b i 4c). Ruchom tym nie bĊdzie towarzyszyá 

ubytek metalu w kapilarze, a trwa

ü one bĊdą do chwili zakrzepniĊcia metalu.  

background image

 

J. Jackowski 

 

36

4. PODSUMOWANIE 

Przedstawione wyliczenia oraz mechanizm zachowania ciek

áej osnowy kom-

pozytowej  w  trójfazowym  uk

áadzie  recyklingowym  táumaczą  zaobserwowany 

fakt  nieca

ákowitego  wypáywania  osnowy  z  kapilar  zbrojenia,  a  tym  samym 

ograniczon

ą  skutecznoĞü  recyklingu  metalowych  materiaáów  kompozytowych 

z nasycanym  zbrojeniem.  Z  przedstawionych  rozwa

ĪaĔ  wynikają  dwie  grupy 

wniosków.  Pierwsza  dotyczy  toku  i  wyników  wykonanych  oblicze

Ĕ, druga za-

pewnienia  warunków  technologicznych  skutecznego  prowadzenia  recyklingu 
kompozytów w realiach przemys

áowych. 

Obliczenia  prowadzono  dwutorowo.  Obliczenia  zako

Ĕczone uzyskaniem za-

le

ĪnoĞci  (6)  wskazują,  Īe  jedynym  czynnikiem  decydującym  o  skutecznoĞci 

procesu  recyklingu  jest  warto

Ğü  skrajnego  kąta  zwilĪania  materiaáu  kapilary 

przez  metal  osnowy  kompozytowej  w  otoczeniu  o

Ğrodka 

)

(

O

M

Z



T

.  Zbadanie 

tego  parametru  w  realnych  uk

áadach  recyklingowych  jest  metodycznie  trudne, 

a jego  celowo

Ğü wątpliwa, gdyĪ róĪnica wartoĞci tego kąta (np. 140q lub 160q) 

nie jest istotna, co wynika ze schematu pokazanego na rys. 4a. 

Zale

ĪnoĞü (12) jest bardziej záoĪona, ale jednoczeĞnie zapewnia precyzyjniej-

sze  prognozy  technologiczne.  Wymaga  znajomo

Ğci  aĪ  piĊciu  parametrów,  ale 

cztery  z  nich  s

ą  moĪliwe  do  ustalenia  z  uĪyciem  np.  tablic  fizyczno-chemicz-

nych. Najtrudniejszym do okre

Ğlenia parametrem w zaleĪnoĞci (12) jest wartoĞü 

napi

Ċcia  miĊdzyfazowego  na  granicy  ciekáej  osnowy  metalowej  i  ciekáego 

o

Ğrodka (

Z

M–O

). Jednocze

Ğnie, co wynika z tejĪe zaleĪnoĞci, znaczenie tego pa-

rametru  jest  pierwszoplanowe.  W  my

Ğl  zaleĪnoĞci  (12)  jego  wartoĞü  powinna 

by

ü jak najmniejsza.  

Z obu zale

ĪnoĞci (6) i (12) wynika, Īe nieregularne ksztaáty kapilar zbrojenia 

kompozytowego  s

ą  zasadniczą  przyczyną  niecaákowitego  samoczynnego  wy-

p

áywania z nich recyklowanej osnowy. Geometria kapilar w rzeczywistych ma-

teria

áach stosowanych w charakterze zbrojenia kompozytowego jest nieporów-

nywalnie bardziej z

áoĪona niĪ przedstawiona na rys. 4, stąd bezpoĞrednia wery-

fikacja  wyników  przedstawionych  rozwa

ĪaĔ z uĪyciem np. obserwacji metalo-

graficznych  jest  nierealna.  Istnieje  mo

ĪliwoĞü poĞredniej weryfikacji, lecz wy-

maga ona u

Īycia urządzenia pozwalającego na wirowanie recyklowanego mate-

ria

áu kompozytowego w ciekáym oĞrodku. Wirowanie takie wywoáa dodatkową 

si

áĊ  odĞrodkową  (oprócz  wynikającej  z  grawitacji),  która  moĪe  spowodowaü 

wymuszone wyp

áywanie osnowy kompozytowej z kapilar zbrojenia. Jest to naj-

wa

Īniejszy wniosek wynikający z przedstawionych rozwaĪaĔ i ĞciĞle związany 

z praktyk

ą  recyklingu  metalowych  materiaáów  kompozytowych  z  nasycanym 

zbrojeniem.  

background image

Ruch ciek

áej osnowy w kapilarach materiaáu zbrojenia

 

recyklowanego materia

áu ... 

37 

LITERATURA 

[1]  Chadwick  G.  A.,  Squeeze  casting  of  metal  matrix  composites  using  short  fibre  performs, 

Material Science and Engineering, 1991, vol. A135, s. 23 – 28. 

[2]  Fukunaga H., Squeeze casting processes for fibre reinforced metals and their mechanical proper-

ties, w: Cast Reinforced Metal Composites, American Society of Metals 1988, s. 101 – 107. 

[3]  Jackowski J., PorowatoĞü odlewów kompozytowych wytwarzanych przez nasycanie zbro-

jenia metalem, Pozna

Ĕ, Wyd. Politechniki PoznaĔskiej 2004. 

[4]  Jackowski J., Rola napiĊü miĊdzyfazowych w recyklingu metalowych tworzyw kompozy-

towych  z  nasycanym  zbrojeniem,  Archiwum  Technologii  Maszyn  i  Automatyzacji,  2006, 
vol. 26, nr 1, s. 39 – 46.  

[5]  Michaud V., Mortensen A., Infiltration processing of fibre reinforced composites govering 

phenomena, Composites, 2001, part A 32, s. 981 – 996.  

[6]  Missol W., Energia powierzchni rozdziaáu faz w metalach, Katowice, Wyd. ĝląsk 1975.  
[7]  Nagolska D., Recykling odlewów z metalowych kompozytów nasycanych, praca doktorska, 

Politechnika Pozna

Ĕska, Wydziaá Budowy Maszyn i Zarządzania 2002 (niepublikowana).  

[8]  Nagolska  D.,  Recykling  odlewów  kompozytowych  zbrojonych  spiekiem  glinokrzemiano-

wym, Kompozyty (Composites), 2008, nr 4, s. 409 – 413. 

[9]  Nagolska  D.,  Szweycer  M.,  Jackowski  J.,  Analysis  of  recycling  mechanism  of  saturated 

metal composites, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2001, vol. 21 nr spec., 
s. 145 – 151.  

[10]  Recykling odlewów z kompozytów metalowych zawiesinowych i z nasycanym zbrojeniem, 

sprawozdanie z grantu KBN nr 3T08B 022 - 26 (niepublikowane). 

Praca wp

áynĊáa do Redakcji 6.03.2009 

Recenzent: prof. dr hab. in

Ī. Witold Missol 

MOTION OF LIQUID MATRIX IN THE REINFORCEMENT MATERIAL 

CAPILLARIES OF THE RECYCLED COMPOSITE MATERIAL 

WITH SATURATED REINFORCEMENT 

S u m m a r y

 

The paper presents analysis of liquid metal behaviour in the capillaries (of the solid phase) in the 

presence of an additional liquid phase. The problem is related to the recycling process carried out by 
separation  of  the  components  of  metal  composite  materials  obtained  by  saturation  of  the  porous 
reinforcement  profile  with  liquid  metal.  The  more  and  more  common  application  of  these  modern 
construction materials is conducive to usefulness of developing of their recycling technologies. The 
kind of these materials causes that the only way of managing these materials consists in separation of 
their components. Spontaneous outflow of the matrix metal is ineffective and, therefore, appropriate 
recycling media should be used that might intensify the process. In result of their  application a so-
called  recycling  system  arises,  composed  of  the  composite  reinforcement,  liquid  composite  matrix, 
and liquid medium. In case of such a system the separation of the recycled composite material con-
sists in replacing the matrix with a medium contained in the reinforcement capillaries. Nevertheless, 
the experience indicates that susceptibility of the composite materials to the recycling procedures is 
differentiated. The analysis being a subject of the present paper is an attempt to explain the reasons of 
poor effectiveness of the recycling treatment applied to some composite materials and to indicate the 
aims of activity in order to improve effectiveness of these processes. 

Key words: metal composites, recycling, surface phenomena