Typy polymerních matric

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Typy polymerních matric"

Otto Vávra
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Typy polymerích matric pro vlákové kompozity Eva Nezbedova, PIB Bro Josef Křea, LLV Praha

2 Proč kompozití materiály? Pro moho aplikací je emožé použit komodití polymery, eboť jejich materiálové charakteristikyteplotí stabilita, bariérové vlastosti, houževatost ebo mechaická pevost emohou split vysoké požadavky trhu. Modifikace základích plastů plivy, výztužemi a to a makro, mikro a aoskopické úrovi. Přejato z publikace J. Jačáře

3 Historický vývoj 1907 Patet a výrobu feolických pryskyřic (L.H.Baekelad) 1935 Patet a výrobu melami-formaldehydových pryskyřic (Ciba) Patet a výrobu epoxidových pryskyřic (P. Casta) 1942 Prví aplikace lamiátů z easyceé polyesterové pryskyřice vyztužeé GF ve stavbě lodí, letadel a automobilů 1943 Prví sedvičové kostrukce pro letadla, složeé z polyesterového lamiátu a jádro z balzového dřeva 1944 Vývoj a úspěšé letové zkoušky trupu se sedvičovou strukturou z vyztužeých plastů (Wright-Patteso) 1945 Zahájeí materiálu s voštiovou strukturou (L.S. Meyer). Prví patet a pultruzí techologie (L.Meyer a A. Howell). Patetováí allylsilaové lubrikace skleěých vláke, předchůdce silaových aplikací (R. Steima) 1953 Zahájeí výroby dílů automobilových karoserií (Corvette) 1954 Vývoj prvího lamiátového větroě v SRN 1959 Zahájeí výroby C vláke (Uio Carbide) 1967 Letové zkoušky prvího letadla složeého téměř zcela ze sklolamiátu (Widecker Research Corporatio) 1971 zahájeí výroby aramidových vláke (Du Pot) 1972 Termoplasty vyztužeé rohoží ze skleěých vláke Azdel 1975 Sériová výroba předí části karoserie ze sklem vyztužeého termoplastu (Chevrolet Moza) 198 Kokpit z C vláke pro závodí vůz Formule Středí část skříě trupu a směrové řídící plochy airbus A z uhlíkových kompozitů 1991 Saace mostovky přes řeku Ibach v Luzeru pomocí lamel z C kompozitů 2004 Soutěž Word-Wide-Failure-Exercise-Wettbewerb a osvojeí a zpřesěí teorie porušeí

4 Obecé charakteristiky Kompozití materiály jsou složey ze dvou ebo více chemicky a fyzikálě odlišých složek (fází). Tvrdší a pevější espojitá složka se azývá výztuž, spojitá a obvykle poddajější se azývá matrice. Pojem kompozit podíl výztuže musí být větší ež 5% vlastosti výztuže a matrice (mechaické, fyzikálí a chemické) se liší, výztuž je výzamě pevější v tahu a obvykle tužší ež matrice Úloha matrice je vzájemě spojovat vyztužující fázi a přeášet do í zatížeí chráit výztuž před vlivem okolí

5 Obecé charakteristiky - pokračováí Pevost a tuhost kompozitího materiálu závisí a pevosti a tuhosti vláke Vláka a jejich orietace ovlivňují i další mechaické vlastosti kompozitu V důsledku velmi odlišých vlastostí vláka a matrice složitý stav apjatosti mikromechaika vazba mezi vlákem a matricí chováí ejjedoduššího uspořádáí vláke (jedosměrě vyztužeého prvku při defiovaém zatížeí Ižeýrský přístup souhré vlastosti Převzato :G.W. Ehrestei: Polymerí kompozití materiály

6 Vlákové kompozity Materiál vláke skleěá, uhlíková, polymerí, keramická, kovová Materiál matrice polymerí, kovová, keramická, uhlíková, skleěá, sklokeramická U vyztužeých plastů se požaduje cíleé vyztužeí ve směru amáháí (90% všech vyztužeých plastů se skládá ze směsi dlouhých skleěých vláke a polyesterových ebo viylesterových pryskyřic. Jsou uspořádáy vrstevatě a jsou azýváy lamiáty. Vstřikovaé plasty s krátkými vláky se řadí mezi vyztužeé plasty

7 Výhody lamiátů velká pevost při deformaci, vysoká pevost a tuhost, kterou lze přizpůsobit směru a druhu zatížeí, při ízké hmotosti kompozitu, začá přizpůsobivost každému tvaru, začá odolost vůči dyamickému amáháí při vysokém mechaickém tlumeí, ízký součiitel teplotí délkové roztažosti, vysoká odolost proti stárutí a korozi, moho možostí kombiace matrice a vláke a míru, dobrá suroviová základa, meší požadavek a ivestice při malém počtu výrobků ( i velkoplošých), možost oprav při použití termosetické matrice.

8 Nevýhody lamiátů eexistuje stadardí kompozit, eobvyklé chováí (vlastosti kompozitu elze jedoduše odvodit součtem vlastostí jeho složek), specifické vlastosti materiálu a způsob zpracováí, obtížé edestruktiví zkoušeí materiálu, ízká mez pevosti v tahu ve směru kolmo ke směru uložeí vláke (tvorba trhli, oslabeí spojeí vláka a matrice), možé katastrofálí ásledky při havárii, vysoké áklady při dimezováí áročých kostrukcí, ízká odolost proti působeí vlhkosti za tepla, místí poškozeí, áraz, se obtížě pozávají a hůře opravují ež apř. u Al kostrukcí.

9 Matrice Úkolem matrice je přeos amáháí a vláka, přeeseí amáháí z vláka a vláko, zajištěí geometrické polohy vláke a tvarové stálosti výrobku, ochraa vláke před vlivem okolí. Matrice: TS (easyceé polyesterové ebo epoxidové pryskyřice) tvoří většiu aplikací, jsou ízkomolekulárí, při ormálí teplotě v tekutém stavu, saději zpracovávají, lepší prosycováí vláke, zpracováí probíhá při podstatě ižších teplotách ve srováí s TP. TP zpracovatelské teploty mohem vyšší, viskozita 100 až 1000x větší, vyšší houževatost, ižší E modul, ižší tepelá a chemická odolost ve srováí s TS Převzato :G.W. Ehrestei: Polymerí kompozití materiály

10 Termosetické matrice Reaktiví pryskyřice tvoří skupiu TS ejčastěji používaých při výrobě kompozitu-kapalé kapalé ebo tavitelé pryskyřice, které buď samostatě, ebo za pomoci jiých složek- tvrdidel (iiciátorů, katalyzátorů, urychlovačů, aldehydů...) vytvrzují polyadicí ebo polymerací bez odštěpeí těkavých složek: easyceé polyesterové pryskyřice (UP-R) viylesterové (VE-R) ebo feakrylátové (PFA-R) pryskyřice epoxidové pryskyřice (EP-R) feolické pryskyřice metakrylátové pryskyřice (MA-R) Izokyaátové pryskyřice

11 Reaktiví pryskyřice -shrutí Vytvrzováí pryskyřic je spojeo s exotermí reakcí, zvýšeím viskosity a smrštěím, čas a teplota jsou základími parametry pro vytvrzováí, během vytvrzováí prochází pryskyřice růzými stavy, úplé vytvrzeí je ezbyté pro dosažeí dobrých vlastostí, základí pravidlo: Vytvrzovací teplota (zejméa u easyceých PS-R pryskyřic esmí být ižší ež 10 až 20 C pod max. teplotou skelého přechodu.

12 Termoplastická matrice Krátká vláka (cca 0.2 mm)vyztužeí matrice při vstřikováí Dlouhá vláka (až do 25 mm LFT) většiou se dávkují z plastifikačího extruderu přímo do lisovací formy Nekoečě dlouhá vláka (TP vyztužeá skleěou rohoží- GMT, tkaiou, ebo jedosměrými pásy se používají a polotovary pro další zpracováí. Převzato :G.W. Ehrestei: Polymerí kompozití materiály

13 Vlastosti Výzamým vějším projevem struktury materiálu jsou jeho vlastosti mechaické, fyzikálí, chemické a techologické. Mezi základí mechaické vlastosti patří pružost, pevost, plasticita a houževatost. Další důležité mechaické vlastosti jako tvrdost, odolost proti úavě, rázovému zatížeí a tečeí jsou považováy za odvozeé pro určité podmíky amáháí. Z fyzikálích vlastostí polymerích kompozitu jsou pro aplikace ejdůležitější: odolosti vlivům teploty, vlhkosti a světelého zářeí, jejich elektrická vodivost (koduktivita) a měrý odpor (rezistivita). Chemické vlastosti materiálů jsou určováy jejich schopostí chemicky reagovat s okolím prostředím (kapalým, plyým). Chemické reakce vedou vždy ke změě chemického složeí a téměř ve všech případech i k zhoršeí užitých vlastostí. Pro posuzováí životosti je důležitá rychlost chemických reakcí, eboli jejich reakčí kietika. Techologické vlastosti materiálu charakterizují jeho vhodost k určitému zpracovatelskému procesu, který vede k produkci bezvadého výrobku. Techologické zkoušky apodobují proces výroby a určují podmíky pro použitelé techologie.

14 Porušováí Aalýza je složitá tím, že rozvoj poškozeí postupuje řadou možých mechaizmů strukturích změ: praskáí a vzik trhli v matrici ztráta soudržosti mezi vlákem a matricí vzik rozvrstveí a fázovém rozhraí Klíčovými mechaizmy uplatňujícími se v průběhu lomu jsou: Vytahováí vláke z matrice Delamiace -porušeí soudržosti mezi vrstvami a vzik rozvrstveí tvorbou volé plochy ve směru roviy plošé výztuže (delamiace), trhliy apříč vrstev V lamiátovém kompozitu s větším počtem vrstev, které se směrem působícího amáháí svírají úhel, počátečí praskáí astává praskáím matrice ve vrstvách zatížeých tahovým apětím kolmým ke směru vláke. Porušeí pokračuje delamiací, která zabírá většiu života dílce.

15 Delamiace a elastický kolaps Častým jevem u vícevrstvých trubek apř. PEX lier a GRP ávi používaých pro rozvody plyu K tomuto jevu může dojít vytvoří-li se kapsa plyu a rozhraí resp. při rychlé dekompresi, kdy bubliy plyu se vytvoří v polymeru, protože rozpuštěé plyy obtížě difudují ze stěy trubky do okolí. Výsledkem je destrukce potrubí

16 Porušováí Dalším výzamým mechaizmem lomu je rozštíputí struktury, děj s uplatěím trhliy šířící se rovoběžě s vláky. Pro určité itervaly úhlů mezi směrem výztuže a směrem zatížeí domiují přesě určeé typy lomu: Tahový 0, přetržeí vláke Iterlamiárí smyk (5, 20), smykový lom matrice Trasverzálí tahový (45, 90), tahový lom matrice Smíšeý typ (20, 45)Ż, smyk + tahový lom matrice Iiciace trhliy a její šířeí kompozitem závisí a: Počtu, pořadí a směru lamiovaých vrstev výztuže. Z hlediska této závislosti je možé rozlišit růzé druhy lomového děje: Štěpý lom: itralamiárí iterlamiárí Rozvrstveí (delamiace): iterlamiárí Trasversálí: itralamelárí

Podobné dokumenty

n fixace uvnitř obalu

n fixace uvnitř obalu TVA RO VÉ VÝPLN Ě bezpečé uložeí výrobků a dílů při maipulaci, dopravě a skladováí fixace uvitř obalu baleí dílů v průmyslu pro sériovou i kusovou výrobu baleí dílů v elektrotechickém průmyslu - atistatické