Kompozitní materiály



Podobné dokumenty
PMC - kompozity s plastovou matricí

CMC kompozity s keramickou matricí

Kompozitní materiály definice a rozdělení

Kompozitní materiály. přehled

Definice a rozdělení

Definice a rozdělení

Druhy vláken. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Okruhy otázek ke zkoušce

MMC kompozity s kovovou matricí

Druhy vláken. Nanokompozity

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Pracovní diagram vláken

Nauka o materiálu. Přednáška č.14 Kompozity

Vláknové kompozitní materiály, jejich vlastnosti a výroba

Keramika. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. K. Daďourek 2008

Vláknobetony. Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D ,

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. Japonsko, Kajima Corp., PVA-ECC (Engineered Cementitious Composites)ohybová zkouška

ZESILOVÁNÍ A STATICKÉ ZAJIŠTĚNÍ KONSTRUKCÍ KOMPOZITNÍ MATERIÁLY

Polymerní kompozity. Bronislav Foller Foller

Pevnost kompozitů obecné zatížení

Základy materiálového inženýrství. Křehké materiály Katedra materiálu, Strojní fakulta Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2010

Nauka o materiálu. Přednáška č.12 Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Křehké materiály. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek, 2008

Plasty. Základy materiálového inženýrství. Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2010

Vlastnosti polymerních dlouhovláknových kompozitů s různými výztužemi

Nespojitá vlákna. Technická univerzita v Liberci kompozitní materiály 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Využití kompozitních materiálů v automobilovém průmyslu Bakalářská práce

Adhezní síly v kompozitech

Nespojitá vlákna. Nanokompozity

Pevnost v tahu vláknový kompozit. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Kompozity ve strojírenství

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE

Příklady použití kompozitních materiálů

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

Keramika spolu s dřevem, kostmi, kůží a kameny patřila mezi první materiály, které pravěký člověk zpracovával.

Příklady kompozitních materiálů. Otomanský luk Pykrete Židle T3.1

Pevnost v tahu vláknový kompozit

Vláknobetony. doc. Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D ,

TRIVAPUL pultrudované profily

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Katedra materiálu.

Požadavky na technické materiály

Podstata plastů [1] Polymery

Vlastnosti a zkoušení materiálu. Přednáška č.13 Část 1: Polymery

A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ N E K O V O V É T E C H N I C K É M A T

Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

Namáhání na tah, tlak

Využití kompozitních materiálů v leteckém průmyslu

Adhezní síly. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Katedra materiálového inženýrství a chemie IZOLAČNÍ MATERIÁLY, 123IZMA

Voigtův model kompozitu

Letoxit PR 220 Verze: 18. ledna 2012 Letoxit EM 315, EM 316, EM 317

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

VÝZNAM POLYMERNÍCH NANOKOMPOZITŮ V TRIBOLOGICKÝCH SYSTEMECH

Okruhy otázek ke SZZ navazujícího magisterského studijního programu Strojní inženýrství, obor Konstrukce a výroba součástí z plastů a kompozitů

STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK

Pružnost. Pružné deformace (pružiny, podložky) Tuhost systému (nežádoucí průhyb) Kmitání systému (vlastní frekvence)

ČSN EN ISO 472 ČSN EN ISO

Porušování kompozitních tlakových

Kapitola 3.6 Charakterizace keramiky a skla POVRCHOVÉ VLASTNOSTI. Jaroslav Krucký, PMB 22

Tříbodový závěs traktoru z nekovového materiálu

Plasty v automobilovém průmyslu

2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI SKLA

OBSAH.

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební - zkušební laboratoř Thákurova 7, Praha 6 Pracoviště zkušební laboratoře:

Vítězslav Bártl. srpen 2012

Přijímací zkoušky na magisterské studium, obor M

Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí

Experimentální zjišťování charakteristik kompozitových materiálů a dílů

Kysličníková skla. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. K. Daďourek 2008

A0M36BEP Přednáška 4 Základy letadlové techniky

Zkoušení kompozitních materiálů

PŘÍKLADY 1. P1.4 Určete hmotnostní a objemovou nasákavost lehkého kameniva z příkladu P1.2 21,3 %, 18,8 %

Základní formy využití polymerů. Aditivy do polymerních látek Plasty Nátěrové hmoty Vlákna

Nauka o materiálu. Přednáška č.11 Neželezné kovy a jejich slitiny

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Zkoušení kompozitních materiálů

KOMPOZITNÍ MATERIÁLY

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

TVÁŘENÍ KOVŮ Cíl tváření: dát polotovaru požadovaný tvar a rozměry

Podniková norma Stěnové prvky z polypropylenu. Divize vstřikování Tento dokument je řízen v elektronické podobě

MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ II PLASTY

Konstrukční desky z polypropylenu

Anorganická pojiva, cementy, malty

Glass temperature history

TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ

Kap. 3 Makromechanika kompozitních materiálů

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ

ÚVOD DO MODELOVÁN V MECHANICE

Bez PTFE a silikonu iglidur C. Suchý provoz Pokud požadujete dobrou otěruvzdornost Bezúdržbovost

Hodnoty fyzikálních veličin vybraných stavebních materiálů

JČU-ZF, KATEDRA KRAJINNÉHO MANAGEMENTU STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK)

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Zařízení na tepelné zpracování. Katedra materiálu SF TU v Liberci 2010

Stealth technologie ve spojení s nanotechnoligií

OVMT Mechanické zkoušky

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

Pro vysoké rychlosti iglidur L250

Transkript:

Kompozitní materiály Základy materiálového inženýrství Katedra materiálu Strojní fakulta Technická univerzita v Liberci Pro 1. r. Fakulty architektury Doc. Ing. Karel Daďourek, 2010

Definice kompozitu Jde o pevnou látku, složenou nejméně ze dvou fází, přírodní i umělou V celku je dosahováno vlastností, které nemají složky a nedají se dosáhnout ani jejich sumací synergický (spolupracující) efekt

Historické příklady kompozitů Vysušená hlína s kousky slámy odkazy v Bibli nálezy v Izraeli 800 let PNL pevnost 7 MPa Mongolské laminované luky kombinace dřeva a vláken podstatná součást tatarských nájezdů (dostřel 300 m) Damascenská ocel kombinace nízkouhlíkové a vysokouhlíkové oceli Je patrné, jak i v dávné historii ovlivňovaly její průběh vynálezy vhodných materiálů

Izotropie materiálu Některé technické materiály jsou svou podstatou izotropní skla V řadě technických materiálů jsou základní jednotky (krystality) anizotropní, ale v důsledku náhodného rozdělení jejich velkého množství je materiál jako celek izotropní kovy, keramika Anizotropii mohou slabě narušit vnější vlivy např tažení za studena u kovů Celkově lze běžné technické materiály považovat za izotropní Kompozity jsou silně anizotropní

Fáze v kompozitu Kompozit musí obsahovat nejméně jednu spojitou fázi, která ho drží pohromadě matrice Další fáze, nespojité, které by měly být v kompozitu rovnoměrně rozptýlené, jsou disperze.

Druhy kompozitů podle typu disperze Kompozity prvního druhu pevná druhého druhu třetího druhu kapalná disperze plynná

Kompozity třetího druhu Patří sem různé pěnové hmoty : pěnoplasty pěnový polystyren kovové pěny hliníková pěna pěnokeramika pěnokorund Speciální podobné systémy - vláknové desky : grafitová plsť skleněné rohože keramické tepelné izolace

Příklad kovových pěn

Aerogel SiO2 nanopěna Nejnižší tepelná vodivost

Kompozity druhého druhu Poměrně málo časté : Některé materiály samomazných ložisek spékaný kov s disperzí oleje Spékané kovy pro ložiska vodních strojů např. čerpadel, která musí pracovat pod vodou Častější jako přírodní Dřevo jako systém trubic s mízou Skořápky mořských živočichů

Dřevo jako kompozit Přírodní Umělá struktura

Kompozity prvního druhu v technice nejdůležitější Dále se budeme zabývat téměř výhradně těmito kompozity Je možné je dělit podle matrice PMC s plastovou matricí MMC s kovovou matricí CMC s keramickou matricí speciální typy např skleněná matrice

Dělení podle tvaru disperze Druhy disperze : Vláknitá -vlákna nemají ohybovou tuhost spojitá po celé délce výrobku dlouhá plně se využije jejich pevnost krátká jejich pevnost není plně využita - Částice jednorozměrné - jehličky, tyčinky mají ohybovou tuhost vrstevnaté - destičky izometrické - globule - Desky speciální tvar kompozitu, ztrácí se rozdíl mezi matricí a disperzí

Částice v termoplastech Často jen snížení ceny mastek, křemen Snížení smrštění Zvýšení tuhosti a potlačení viskoelasticity Snížení závislosti na teplotě Tlumení zvuku polystyren a celuloza (piliny) Polyetylen + 75 % olova ochrana proti RTG a γ záření

Částice v reaktoplastech Možnost zvýšit pevnost asi o 10 % (nepodstatné), ale potlačení vrubového účinku, tlumení růstu trhlin Křemen (SiO2) pro zvýšení elektroizolačních schopností Hydratovaný kysličník hlinitý (Al2O3) (meziprodukt z bauxitu) uvolňuje při zahřátí asi 1/3 objemu vody, samozhášivost

Vlákna v reaktoplastu Nejstarší kompozity prvý patent z roku 1916 skelné lamináty Matrice epoxid, polyester, fenolplast, melaminoplast Nejrozšířenější vlákna sklo okolo 90 % Dnes i uhlík, bor, keramika, kov, aramid, juta, sisal Optimum je 70 až 80 % vláken

Vlákna v termoplastu Do polyamidu, polyetylenu, polypropylenu, polykarbonátu Vlákna 40 % sklo, uhlík, aramid Zvýšení pevnosti, tuhosti a houževnatosti Potlačení viskoelastického chování C vlákna sníží koeficient tření na 30 % 40 % skla v polyamidu (nylonu) zvýší pevnost 3x, tuhost 8x a zůstane ještě 3 % deformace při lomu. Velmi často užívaný kompozit

Tuhost kompozitu nylon s uhlíkovým vláknem Youngův modul Kompozit nylon - uhlíkové vlákno 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 % vláken 40 50

Pevnost kompozitu nylon s uhlíkovým vláknem Kompozit nylon - uhlíkové vlákno pevnost 80 60 40 ohyb 20 0 tah smyk 0 20 40 % vlákna 60

Tažené profily EXTREN výroba Prefa Brno Polyester se skleněným vláknem Obsah vláken 45 až 65 % Pevnost v tahu, tlaku i ohybu ve směru vláken 206,8 MPa Pevnost v tahu kolmo na vlákna 48,3 MPa Pevnost v ohybu kolmo na vlákna 68,9 MPa Pevnost v tlaku kolmo na vlákna 103,4 MPa Modul pružnosti 17,9 GPa Poissonovo číslo 0,33 Hustota 1,7 až 1,9 g / cm3

Ukázka profilů EXTREN

Ukázky konstrukcí z EXTRENu

Výroba ruční kladení

Výroba kompozitů - navíjení

Příklad navíjeného kompozitu PAN vlákna se nejprve po navinutí grafitizují Vlákna Ru = 3860 MPa, E = 242 GPa Ru = 1150 MPa, E = 115 Gpa, S = 1,7 g/cm3

Kovová matrice - MMC Lepší vlastnosti při vysokých teplotách : vyšší pevnost, menší creep Nižší teplotní roztažnost Vyšší otěrovzdornost Ale vyšší cena Složité technologie výroby

Hliníková matrice - nejčastější Kontinuální vlákna : bor, karborundum (SiC), korund, grafit Diskontinuální vlákna : korund, mullit (Al2O3 SiO2 ), grafit Whiskery : (vlákénka s extremně vysokou pevností) SiC potíže - kancerogenní Částice : karbidy SiC, BC

Struktury hliníkových kompozitů Kompozit AlMgSi + 40 % borových vláken, zvětšení 150 x - Kompozit AlMgSi + 41 % ocelových vláken 150 μm, zvětšeno 100x

Pevnost hliníkových kompozitů Kompozit AlMgSi s ocelovými vlákny 1 podélná pevnost 2 příčná pevnost

Houževnatost hliníkových kompozitů Kompozit AlMgSi + 50 % ocelových vláken 1 houževnatost kolmo na vlákna 2 houževnatost ve směru vláken

Gutbond - letectví Mez kluzu 95 MPa Mez pevnosti v tahu 150 MPa Tažnost 5 % Youngův modul 70 GPa Teplotní odolnost 50 až + 80 oc Útlum hluku 25 db (zbude 0,3 % hluku) Něco mezi kompozitem a laminátem

Zvyšování houževnatosti keramiky - CMC Použitím disperze s větší lomovou houževnatostí - protože pohlcovaná energie složkami se skládá podle směšovacího pravidla Vytahováním vláken - nejefektivnější budou vlákna s délkou kolem 2*lk, delší se budou přetrhávat a ne vytrhávat a kratší potřebují na vytržení menší energii

CMC s dlouhými vlákny Vlákna obvykle C nebo SiC Infiltrace do rohože kompozit C/C - C matrice pyrolyzou PAN (polyakrylonitril) - na rakety, turbiny, implantáty raketoplán Columbia Infiltrace do rohože (vysrážením SiO2 z rozpouštědla za studena) Máčení rohože do břečky a normální sušení a vypalování - libovolná keramika

Fiberforce - cement s polypropylenovými vlákny Vlákna z PP délky 18 až 50 mm Objemové množství 0,1 až 0,5 % Výrobce ARMPRO, Ontario, Kanada Abraze se sníží o 10 % Pevnost v tahu vzroste z 3,1 na 3,4 MPa Pevnost v tlaku vzroste z 22 na 24 MPa Jiná možnost - vlákna kevlar, sklo, ocel Skelety - budova taxíků na Kennedyho letišti New York

Pracovní diagram Fiberforce (vodorovně- průhyb desky, svisle - zatížení)

Sklokeramické vláknové kompozity Rohož z C nebo SiC zalitá do roztaveného skla Pevnost v tahu až 1000 MPa, Youngův modul 150 GPa Vysoká houževnatost Použití na vzduchu s C vlákny do 600 oc, s SiC vlákny do 1000 oc Velmi levná technologie

Sklokeramika Označována také jako Sitall nebo skloporcelán Matrice je hlinitokřemičité sklo nebo fosforokřemičité sklo Při tuhnutí přidány katalyzátory krystalizace - Cr 2O3, TiO2 ZnS a pod. Vykrystalizuje 40 až 50% mikrokrystalků CaSiO3 o průměru 0,5 až 1 µm - disperze Proti sklu větší pevnost v tahu a ohybu Odolnost teplotním šokům musí obsahovat Li2O, šok až 800 oc.

Kompozity na raketoplánech