Kompozity A farao pokračoval: "Hle, lidu země je teď mnoho, a vy chcete, aby nechali svých robot? Onoho dne přikázal farao poháněčům lidu a dozorcům: Propříště nebudete vydávat lidu slámu k výrobě cihel jako dříve. Ať si jdou slámu nasbírat sami! A uložíte jim dodat stejné množství cihel, jaké vyráběli dříve. Exodus 5
Příklady kompozitních materiálů Otomanský luk Pykrete Židle T3.1
Výhody kompozitních materiálů Nízká hustota Vysoké hodnoty měrných veličin Používány složky s vynikajícími vlastnostmi Přizpůsobivost návrhu Pravidlo směsí Rozhodující vliv rozhraní Směrovost vlastností Heterogenita materiálu Synergický efekt
Špičkové aplikace kompozitních materiálů
Příklady kompozitů Přírodní kompozity dřevo kost Umělé kompozitní materiály Papír! Překližka Kovové slitiny Vyztužený beton Vlákny vyztužené kompozity S polymerní matricí S kovovou matricí S keramickou matricí
Výroba kompozitů Kompozit jako markant luxusu Septik z juty
Kompozity - princip Dva nebo více materiálů je spojeno takovým způsobem, že vlastnosti výsledné struktury nemohou být dosaženy jediným homogenním materiálem samostatně
Příspěvky od jednotlivých měřítek k výslednému chování materiálu
Srovnání vlastností kompozitů a jiných tříd materiálů
Výhody a nevýhody kompozitních materiálů Výhody Vysoký poměr pevnosti a tuhosti k hustotě Vysoká odolnost proti tečení a únavě Vysoká pevnost za zvýšených teplot Vysoká houževnatost Korozní odolnost Anizotropie Nevýhody Náklady na materiály Náročné na výrobu Složité na opravy Rozptyl materiálových vlastností Anizotropie Složité zkoušky materiálů a inspekce
Rozdělení kompozitních materiálů částicov é Velk é části ce Dispe rzně zpevn ěné kom pozit vlákn y konstru ové dlouho krátkov lami kční sen vláknov láknov náty dvič é oriento é Náhod e vané ně or.
Kompozity - fáze Matrice spojitá Výztuž diskrétní Matrice a výztuž mohou být tvořeny: kovovými, keramickými a polymerními látkami
Matrice Úkolem matrice je držet pohromadě výztuž Matrice chrání vlákna před poškozením Matrice přenáší síly na vlákna
Výztuž kompozitů - vlánka Materiál v podobě vláken dosahuje maxima své pevnosti
Uhlíková vlákna
Vlákna Pokud jsme schopni materiál přeměnit na vlákno, potom má v této podobě nejlepší vlastnosti. Z mechanických vlastností vláken jsou nejdůležitější tuhost a pevnost
Synergický efekt SE nastává, pokud spojením dvou složek vychází materiál, který u nějaké vlastnosti překonává tuto vlastnost u obou použitých materiálů Pravidlo směsí je variantou váženého průměru: P RoM = P 1 f 1 + P 2 f 2 (f1 + f2 = 1) Synergism: P observed >>> P RoM Houževnatost: sklo U~ 1 J/m 2, polyester U~ 100-1000 J/m 2 pravidlo směsí U~ 1 1000 J/m 2 ale.. Pozorujeme U~ 10 4 10 5 J/m 2!! Jak je to možné?!
Lomové vlastnosti kompozitů Příčiny vysoké lomové houževnatosti: -plastická deformace matrice v okolí trhliny -vytahování přetržených vláken z matrice (pullout) -energie spotřebovaná na oddělení vlákna od matrice
Lomové vlastnosti kompozitů Další zdroje houževnatosti: Změna směru trhliny na rozhraní Další zdroje houževnatosti: Přemosťování trhliny a vytahování vláken
Perleť Mapa houževnatosti Překonání pravidla směsí
Lomové vlastnosti kompozitů
Kompozity - sendviče Structural Stacked and bonded fiber-reinforced sheets -- stacking sequence: e.g., 0/90 -- benefit: balanced, in-plane stiffness Sandwich panels -- low density, honeycomb core -- benefit: small weight, large bending stiffness Adapted from Fig. 16.16, Callister 6e. Adapted from Fig. 16.17, Callister 6e. (Fig. 16.17 is from Engineered Materials Handbook, Vol. 1, Composites, ASM International, Materials Park, OH, 1987. 9
Sendičové panely Lao C: Nádoba je z vypálené hlíny, ale teprve to nic uvnitř tvoří užitečnost nádoby.
Výroba kompozitů navíjení prepregy
Výroba kompozitů autokláv
Výroba kompozitů lepení Krátká vlákna
Kompozity směšovací pravidlo Hustota C V a a V b b Reuss E 1 Reuss eff V E a a V E b b Voigt Modul (horní a dolní limit) E Voigt eff V a E a V b E b
Mechanické vlastnosti kompozitů
Mechanické vlastnosti kompozitů
Výhody kompozitních materiálů Adapted from T.G. Nieh, "Creep rupture of a silicon-carbide reinforced aluminum composite", Metall. Trans. A Vol. 15(1), pp. 139-146, 1984. Used with permission. 10
Typické problémy kompozitů
Posouzení výhod a nevýhod kompozitů Výhody Úspora hmotnosti Odolnost proti korozi Odolnost proti únavě Výroba Snížení počtu částí/dílů Tvarová variabilita/svoboda Nízké náklady na výrobní pomůcky a přípravky Zpracování přinízkých teplotách Volnost v návrhu Spojité spektrum vlastností Anisotropie vlastností Nevýhody Vysoké náklady na výchozí materiály Chybění zavedených postupů Vlastnosti není snadné určit a popsat Nízká odolnost proti impaktu Náchylnost k napěťovým koncentrátorům Vlastnosti se mění podle výrobce Komplikované zavádění masové výroby Recyklace