KOMPOZYTY

Klasyfikacja kompozytów ze względu na budowę

a) Kompozyty ziarniste (cząstkowe)

b) Kompozyty włóknistec)

c) Kompozyty warstwowe (laminaty)

Nanorurki - struktury nadcząsteczkowe, mające postać pustych w środku walców. Współcześnie najlepiej poznane są nanorurki węglowe, których ścianki zbudowane są ze zwiniętego grafenu (jednoatomowej warstwy grafitu).

Warstwy grafenowe mogą się zwijać w obiekty cylindryczne jedno- lub wielościenne, które wewnątrz są puste, zwane nanorurkami*) o średnicy 1,2÷2,0 nm w przypadku nanorurek jednościennych oraz do ponad 25 nm dla nanorurek wielościennych i długości ok. 1 m lub większej. Nanorurki są jednowymiarowymi przewodami kwantowymi (drutami typu 1D). Do określenia nanorurki wykorzystuje się tzw. chiralność, charakteryzowaną przez dwie liczby m i n, będące współrzędnymi sześciokąta na płaszczyźnie grafenowej, który po jej zwinięciu w nanorurkę ma identyczną orientację jak sześciokąt znajdujący się na początku układu. Każdy zestaw liczb (n,m) odpowiada innemu sposobowi zwinięcia nanorurki. Nanorurki mogą być zamknięte przez półkulę fullerenu C60 gdy średnice nanorurek i fullerenów są jednakowe, a w innych przypadkach części zamykające nie mają kształtu półkulistego. Nanorurki można wytworzyć przez syntezę elektrołukową, także katalityczną, pirolizę węglowodorów, laserowe rozpylanie grafitu lub wysokotemperaturową syntezę elektrolityczną i następne oczyszczanie. W odróżnieniu od fullerenów, nanorurek nie odkryto dotychczas w naturze, więc są materiałami całkowicie sztucznymi. Podobnie jak w przypadku fullerenów, własności nanorurek można kształtować przez domieszkowanie atomami różnych pierwiastków, jak również przez napełnianie

pustych rdzeni nanorurek atomami i cząsteczkami innych substancji. Przewodnictwo elektryczne można regulować przez interkalację metalami alkalicznymi (K, Rb, Cs) i chlorowcami (I2, Br2).

WLÓKNA WEGLOWE
Włókno węglowe (włókno karbonizowane) – włókno powstające w wyniku kontrolowanej pirolizy poliakrylonitrylu i innych polimerów organicznych, składające się prawie wyłącznie z rozciągniętych struktur węglowych podobnych chemicznie do grafitu.

Ich wysoce zorganizowana struktura nadaje im dużą wytrzymałość mechaniczną, a fakt, że składają się prawie wyłącznie z grafitu, powoduje, że są one nietopliwe i odporne chemicznie. Włókna te są stosowane jako materiał konstrukcyjny w wielu laminatach, które wspólnie nazywa się czasami "karbonami". Dodatek włókien węglowych powoduje też wzmocnienie żagli jachtowych oraz powoduje polepszenie właściwości materiału z którego wykonywane są namioty.

Włókna te dzieli się na dwa rodzaje:

1. Właściwe włókna węglowe, które zawierają 80-98% węgla, ich grafitowa struktura jest słabo rozwinięta i mało zorientowana; włókna węglowe z poliakrylonitrylu mają moduł Younga E ok. 90 GPa, a wytrzymałość na rozciąganie Rr ok. 900 MPa.

2. Włókna grafitowe zawierają ok. 99% węgla z dobrze wykształconą i zorientowaną grafitową strukturą krystaliczną; włókno grafitowe z poliakrylonitrylu mają moduł E ok. 420 GPa, wytrzymałość Rr ok. 2 500 MPa.

Karbon to potoczne, nietechniczne określenie laminatów z włókien węglowych i materiałów kompozytowych opartych na tych włóknach.

Zastosowania

Włókno węglowe stosowane jest coraz częściej w przemyśle jako zbrojenie laminatów opartych na żywicach epoksydowych wysokiej jakości. Stosowane jest szczególnie tam gdzie wymagana jest wysoka wytrzymałość produktu w połączeniu z małym ciężarem. Przykładowo przemysł energetyczny wykorzystuje takie laminaty do produkcji łopat elektrowni wiatrowych, w przemyśle lotniczym do wytwarzania śmigieł i komponentów wzmacniających strukturę kadłuba i skrzydeł, w produkcji jachtów do elementów szczególnie narażonych na duże obciążenia jak ster, maszty itp. Od dawna materiał ten stosowany jest w dziedzinie sportów ekstremalnych, bolidy Formuły 1 zbudowane są głównie z karbonu.