3833473454

1.3. Materiały o niskiej gęstości wykorzystywane konstrukcyjnie

Podział materiałów ze względu na spełniane funkcje techniczne pozwala wyróżnić tworzywa konstrukcyjne i funkcjonalne.

Zadaniem tworzyw konstrukcyjnych jest przenoszenie obciążeń, dlatego powinny charakteryzować się dużą wytrzymałością mechaniczną. Dodatkowe walory materiałów konstrukcyjnych np. duża twardość, odporność na korozję, żaroodporność czynią je użytecznymi w wielu gałęziach przemysłu. Tworzywa konstrukcyjne mogą być przetwarzane przy wykorzystaniu różnych technologii np. spawanie, przeróbka plastyczna czy odlewnictwo. Zapotrzebowanie na tego typu materiały ciągle wzrasta, w związku z tym poszukuje się tworzyw tańszych, trwalszych, sztywniejszych i bardziej odpornych na korozję. Ważną cechą, którą powinny posiadać materiały przeznaczone do wykonywania konstrukcji jest niska gęstość. We wszystkich środkach transportu ważna jest wytrzymałość materiału konstrukcyjnego i jego masa. Dąży się do zastępowania stopami aluminium wykorzystywanych dotychczas w produkcji samochodów - stali i żeliw. Lekkie i wytrzymałe tworzywa konstrukcyjne odporne na odkształcenia w wysokiej temperaturze niezbędne są do produkcji samolotów oraz dysz silników rakiet kosmicznych. W wyniku poszukiwań nowych lżejszych i trwalszych materiałów zainteresowano się węglem, gdyż jego gęstość jest czterokrotnie niższa niż gęstość stopów żaroodpornych, a temperatura topnienia przekracza 3400° C. Wadą materiału uniemożliwiającą jego wykorzystanie okazały się szczelinki, na których następowała inicjacja pękania. Wprowadzenie do materiału włókien o średnicy kilku mikrometrów znacznie zwiększyło jego odporność na pękanie.

„Opanowanie umiejętności wykonywania włókien węglowych o wytrzymałości na rozciąganie kilkakrotnie wyższej od stali pozwoliło na zastosowanie do budowy dysz lekkiego i sztywnego kompozytu, wykonanego z polimeru wzmocnionego włóknami węglowymi. W czasie pracy silnika rakietowego polimer stopniowo ulegał pirolizie, przez co zwęglające się ścianki dysz stawały się coraz cieńsze, tak więc ich grubość musiała być znaczna, aby dysze dotrwały do końca przewidywanego czasu pracy silnika. Kolejne rozwiązanie polegało na zastosowaniu kompozytów, w których włókna węglowe znajdują się nie w polimerowej, ale węglowej osnowie. Dzięki temu uzyskano jeszcze lepsze wyniki, gdyż kompozyt węglowy nie ulegał degradacji w czasie pracy silnika, co pozwoliło dziesięciokrotnie zmniejszyć ciężar dyszy przy takich samych

13