365605423

2

Cechy geometryczne elementów wzmacniających dają podstawę do podziału kompozytów na włókniste i ziarniste (wzmacniane cząstkami).

Kompozyty z rdzeniem (komórkowym, piankowym lub innym) oraz kompozyty warstwowe (laminaty) nazywamy kompozytami strukturalnymi.

Rys. 2 Przykłady kompozytów strukturalnych: a/ płyta i rura z laminatu, b,c/ konstrukcje przekładkowe z rdzeniem z pianki (b), plastra miodu (c).

2. Czynniki wpływające na własności materiałów kompozytowych

Własności kompozytu uzależnione są od następujących czynników:

•    Własności osnowy, własności fazy wzmacniającej,

•    Ilości włókien

•    Geometrii fazy wzmacniającej (wielkość cząstek, długość i orientacja włókien).

•    Doskonałości powiązania osnowy i fazy wzmacniającej

Własności osnowy i włókien. Własności osnowy determinują odporność cieplną kompozytu, dlatego kompozyty z osnową polimerową można stosować jedynie w temperaturach do ok. 150°C, (np. z osnową epoksydową utwardzane w temperaturze 130-180°C), kompozyty z osnową metalową - z metali lekkich Al, Mg do temperatur rzędu 300°C a z Ti rzędu 550 °C Jedynie osnowy ze stopów Ni i Co umożliwiają pracę w temperaturach rzędu max. 700-1000°C. Kompozyty z osnową ceramiczną (SiC, Al₂0₃) wytrzymują temperatury do 1650°C a kompozyty węgiel amorficzny/włókno grafitowe (z ochronną powłoką SiC) - 2700°C (np. dziób wahadłowca kosmicznego).

Własności i ilość fazy wzmacniającej wpływają na gęstość, rozszerzalność cieplną, moduł sprężystości według zależności określanej mianem reguły mieszanin. Dla przykładu gęstość kompozytu p_c można obliczyć znając gęstości włókien pf i osnowy p_m:

pc=pfV_f+p_mV_m    (1)

przy czym do obliczeń najczęściej stosuje się udziały objętościowe V_m, V_f, V_p odpowiednio: osnowy, włókien, cząstek. Stosuje się indeksy pochodzące z j. angielskiego: c- composite (kompozyt), m - od słowa matrix (ang. osnowa), f- fibres (włókna), p particles (cząstki), Udział objętościowy włókien V_f wyraża się stosunkiem objętości zajmowanej przez włókna do objętości całego kompozytu.

Wstawiając w równaniu (1) w miejsce gęstości inne wielkości, np. K - przewodnictwo cieplne, rozszerzalność cieplną można przewidywać jakie będą wybrane własności kompozytu. Moduł Younga E, jedną z najważniejszych właściwości mechanicznych potrzebnych konstruktorom (od E i grubości elementu zależy sztywność konstrukcji) można również przewidywać na podstawie reguły mieszanin dla pojedynczej warstwy kompozytu wzmocnionego jednokierunkowymi włóknami ciągłymi przy obciążaniu rozciągającym w kierunku długości włókien (1 na rys. 3).

(2)

(3)

E_c=E_mV_m+EfVf (górna granica na rys. 3b)

W kierunku poprzecznym (2) moduł oblicza się z zależności (3)

£ _ En,Ef    (dolna granica na rys. 3b)

^c V_mE_f + V_fE_m

Obliczenia wskazują na dużą anizotropię własności kompozytów jednokierunkowych, (moduł sprężystości w kierunku prostopadłym do długości włókien jest zbliżony do modułu czystej osnowy, czyli wielokrotnie mniejszy niż włókien, stąd konieczność budowy konstrukcji warstwowych (laminatów) w których włókna

2