365605421

MATERIAŁY POMOCNICZE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Materiałoznawstwo III

Materiały kompozytowe

(opracowanie: dr hab. inż. Krystyna Imię lińska)

1. Definicja i klasyfikacja materiałów kompozytowych

Kompozytem nazywa się materiał składający się z dwóch lub większej ilości różnych materiałów: a/ celowo zmieszanych i możliwych do wyodrębnienia metodami mechanicznymi, b/ rozłożonych w kontrolowany sposób w celu nadania optymalnych własności, cl posiadających własności wyjątkowe i lepsze niż indywidualne składniki.

Składnik ciągły kompozytu, który często występuje w większej ilości nazywany jest osnową lub matrycą (matrix). W osnowie osadzone są włókna lub ziarna (cząstki) nazywane ogólnie napełniaczem (filier) wzmocnieniem lub zbrojeniem (reinforcement).

Wyróżnia się podstawowe osnowy:

Metaliczne, ceramiczne, polimerowe, co daje podstawę do klasyfikacji kompozytów o osnowie:

• metalicznej (głównie stopy aluminium, magnezu, tytanu, niklu)

• ceramicznej (węglik krzemu, tlenek aluminium, azotek aluminium)

• polimerowej (poliestry, epoksydy - termoutwardzalne, poliamidy, polipropylen- termoplastyczne) Osnowa w materiale kompozytowym spełnia następującą rolę:

• spaja włókna w elemencie konstrukcji,

• jest odpowiedzialna za przenoszenie obciążeń na włókna,

• chroni włókna przed zniszczeniem na skutek oddziaływania czynników zewnętrznych

Najczęściej stosowane wzmocnienia to włókna szklane, węglowe (grafitowe), aramidowe (Kevlar), boru, cząstki węglika krzemu SiC, tlenku aluminium Al₂0₃, tlenku cyrkonu Zr0₂.

Faza wzmacniająca może mieć postać (rys. 1):

• nanocząstek,

• ziaren (wymiary od kilku do kilkuset mikrometrów np. spiekany proszek Al wzmocniony 14% Al₂0₃ - części obudowy aparatu fotograficznego),

• ciętych włókien krótkich o długości rzędu milimetra (np. poliamid wzmocniony włóknem szklanym-koła zębate w robocie kuchennym),

• ciętych włókien długich (od kilku do kilkunastu cm)- maty z włókien szklanych w osnowie poliestrowej do laminowania łodzi,

• włókien ciągłych (jednokierunkowych lub tkanych w dwóch kierunkach, np. zbiornik cysterny z włókien szklanych w osnowie poliestrowej nawijanych na rdzeniu.

Rys. I Rodzaje i geometria fazy wzmacniającej: a/ nanocząstki (nanowłókna), b/ ziarna (cząstki) o rozmiarach mi kromę trycznych, c/ włókna cięte (krótkie lub długie), włókna ciągłe (jednokierunkowe lub tkane w dwóch kierunkach np.