Chemia materiałów 16.11.12 -KOMPOZYTY

Jeden z kompozytów- lepiszcze

Drugi kompozyt konstrukcyjny - właściwości mechaniczne

Kompozyty pozwalają na otrzymanie lekkich mocnych elastycznych konstrukcjach

Materiały żarowytrzymałe Np. weglik spiekany

Kompozyt składa się z osnowy i umieszczonego w niej drugiego składnika- zbrojenie – o znacznie lepszych właściwościach mechanicznych

Zbrojenie może mieć postać proszku lub włókien. Dodawane w dużej ilości – oddziałuje ono zazwyczaj tylko fizycznie na osnowę

Osnowa- najczęściej polimer bo mały ciężar i łatwość kształtowania)( ceramika, metal)

Wymienione materiały różnią się znacznie właściwościami takimi jak wytrzymałość na rozciąganie, sztywność, odporność na kruche pękanie, temperatura użytkowa, różnią się ciężarem właściwym

Osnowa

-Utrzymuje razem zbrojenie,

-Wytrzymałość na ściskanie

-Przenosi naprężenie zewnętrze na zbrojenie

-Zatrzymuje rozprzestrzenianie się pełnić

-Nadaje wyrobom żądany kształt

-Podział ze względu na osnowę

Polimerowe

Żywice termoutwardzalne jak fenoplasty i aminoplasty, duroplasty, chemoutwardzalne, silikony, tworzywa termoplastyczne

Metalowe

Ze stopu metali lekkich

Srebro+ miedz

Stop niklu

Ołów cynk

ceramiczne

materiały budowlane, cement, gips, materiały hutnicze głownie ogniotrwałe, stos. W elektronice.

(marmur-kompozyt)

Materiały kompozytowe np. laka chińska, do wyrobu naczyń i mebli otrzymywana przez przesycenie wielu cienkich warstw papieru i tkanin żywicznym „samoutwardzalnym” sokiem . równie starym kompozytem- drewniana sklejka.

Bakelit- pochodna fenoplastów

Zastosowanie

- implantologia,

- medycyna

-budownictwo

Dzielimy ze względu na umacnianie

Dypresyjne

Włókniste ( ciętymi i ciągłymi ) – najważniejszy rodzaj kompozytu, „struktura cylindryczna”, obiekt anizotropowy o symetrii cylindrycznej, obiekty podłużne, włókna szklane, węglowe lub aramidowe np. kevlara, wielkości charakter. Długość i średnica., właściwości zalezą od …. zdjecei

Strukturalne

Włókno borsic- włókno boronowe pokryte węglikiem krzemu

Włókna

Szklane

Węglowe lub grafitowe albo z amorficznego węgla

aramidowe

Kompozyty o matrycy polimerów

Matryca

Poliester z włóknem szklanym

Epoksy- głównie w lotnictwie

Poliamidy— odporność na wysoką temperaturę

Włókniste kompozyty naturalne:

Drewno – złożone z włókien celulozy w ligninie i hemicelulozie

Tkanka kostna- złożona z apatytu w związkach proteinowych

Pień drzewa zbudowany z długich pustych w środku komórek , równoległych do osi drzewa

Ściany komórek zbudowane z włókien krystalicznej celulozy- mikrofibryl rolę osnowy pełni >…… zdjecie

DREWNO SOSNOWE (kolumbijska) MA WIEKSZA WYTRZYMAŁOŚĆ NIŻ STAL

WŁÓKNO DNIA DZISIEJSZEGO kevlar – nazwa polimeru

Kevlar z grupy poliamidu, rozpuszcza się w kwasie siarkowym nie rozpuszcza w rozpuszczalnikach organicznych

Wykonuje się z nich kamizelkach kuloodporne, kaski Chełmy, rakiety tenisowe, kajaki

Jest ok. 5 i pół lżejszy od stali

Włókna ceramiczna- nanokryształy – niezwykła duża wytrzymałość na rozciaganie- przemysł kosmiczny i lotniczy

Typy

Wzmacniane dużymi cząstkami innej fazy ( polimer z wypełniaczem lub beton)

-utwardzane dyspersyjnie ( cząstki średnicy mniejsza średnica niż 0,01-0,1 um. Stopy metali, gdzie osnową jest metal a zbrojenie twardsza faza, tor w niklu)

CERMET

- elektronika

-technika reaktorowa

-austronautyka elementy konstrukcyjne silniki rakietowe odporne na ścieranie w wysokich temperaturach

LAMINATY i STRUKTURY WARSTWOWE

Kompozyty strukturalne – ciągle struktury komponentów konstrukcyjnych warstwy lub regularne struktury trójwymiarowe

Laminaty- włókna zatopione w różnego rodzaju lepiszczach

KOMPOZYTY WARTSWOWE- SANDWICHES kompozyts

-w konstrukcji dachów i skrzydeł samolotów, ścian

Rdzeń ma strukturę zbliżoną do plastra miodu

Dwie silne warstwy zewnętrznie rozdzielone warstwą słabszego i mniej gęstego materiału- rdzeń

Rolą rdzenia jest przeciwdziałanie deformacji spowodowanych siła prostopadłym do powierzchni zewnętrznych

Popularne kompozyty strukturalne – o osnowie polimerowej np. żywice, wzmacniane włóknami szklanymi węglowymi lub ar amidowymi.

Rodzaje kompozytów

- stopy strukturalne – stopy metali, metali z niemetalami, polimerów między sobą i polimerów z metalami i niemetalami, o bardzo regularnej mikrostrukturze, przykładem jest stal damasceńska (bardzo dobre właściwości mechaniczne do produkcji białej broni) i duraluminium\

NANOSTRUKTURY organiczne

- nanokapsułki i możliwość zastosowania ich w medycynie. Farmakologii I EORGANICZNE RURKI – Z SIARCZKU WOLFRAMU) wytworzone z DNA)

- Nanorurki- postać pustych w środku walców(

Najcieńsze nanorurki węglowe mają średnice rzędu 1 nanometra, a ich długość może być milion razy większa

Znakomite przewodnictwo cieplne, niezwykła wytrzymałość na rozciąganie i unikalne własności elektryczne.

KOMPOZYTY najbardziej znane ++++ krótka charakterystyka

- żelazo- beton

-Eternit – pokrycie dachowe, i elewacyjne, rury , - materiał budowlany – azbestowo- cementowych, materiał ogniotrwały, odporny na warunki atmosferyczne oraz działanie wody i ścieków, wytrzymały mechaniczne, nawet w wyrobach o niewielkich grubości, relatywnie lekki i tani.

-Szkło zbrojeniowe siatką metalowa

-Węglik spiekany

-Cermetale i inne

Polimery syntetyczne- farby, lakiery, środki smarujące, kleje

ZDJECIE!!! Wiązania

- poliactylen

-polifenylen

-polifenylowinylen

-polipirol- jeden z najważniejszych polimerów przewodzących, duża trwałość i odporność na działanie warunków atmosferycznych, zmienia barwę, jako Nano przewodnik w urządzeniach optoelektronicznych

- politiofen zastosowanie w budowie czujników chemicznych i gazowych,, zmiana barwy pod wpływem zmiany stopnia utlenienia

-polianilyna

Wiązania zapewniają duża ruchliwość elektronów wewnątrz makrocząsteczki, łatwość usunięcia elektronu z cząsteczki lub dostarczania dodatkowego elektronu, czyli wytwarzania nośnika ładunku.

ZASTOSOWANIE POLIMERÓW PRZEWODZĄCYCH

- Środki elektroluminescencyjne w polimerach sprzężonych

- polimeryczne inhibitatory korozji metali

-membrany

- sensory chemiczne i biologiczne

-tekstylia przewodzące – sensorowa tkanina która przewodzi prąd elektryczny i nie wyga prania)

-be bezbarwne powłoki przewodzące

- elementy urządzeń elektromechanicznych (np sztuczne mięśnie )

SMART MATERIALS- materiały inteligentne

- zdolność zapamiętywania, kontrolowania kształtu,

Wykorzystywane w Medycynie, ( sensorowa tkanina przewodząca prąd elektryczny nie wymagająca prania)

ZASTOSOWANIA:

- układy zawieszenia pojazdów

- narty

-rakiety tenisowe

-części garderoby

-elementy wyposażenia wnętrz np. szyby

-samozasilajace się układy piloty zdalnego sterowania

- kosmonautyka

NANOKOMPOZYT –

++1-20 nanometrów, ROŻNE DEFINICJE

++ 1-100 nanometrów

Warstwowe glinokrzemiany

-2x Nano 1 większy

-

Podział nanomateriałów kompozytowych

jeden wymiar Nano, dwa większe- Warstwowe glinokrzemiany

-2x Nano 1 większy

- jeszcze jeden

OTRZYMYWANIE

- polimeryzacja „In situ”

- mieszanie w stanie stopionym

- mieszanie w roztworze

Zalety nanokompozytów polimerowych

- zwiększona sztywność

-Stabilność wymiarowa

- poprawa efektu barierowego

-Zwiększona stabilność termiczna i odporność na działanie ognia