1 Materiały kompozytoweKompozyty Materiały kompozytowe (z wyłączeniem drewna) Maciej Sumara ZIP1n-31, ZUT
2 Kompozyt (łac. compositus = złożony)Kompozyty Kompozyt (łac. compositus = złożony) jest to materiał utworzony z co najmniej dwóch komponentów (faz) o różnych właściwościach w taki sposób, że ma właściwości lepsze i (lub) właściwości nowe (dodatkowe) w stosunku do komponentów użytych osobno lub wynikających z prostego sumowania tych właściwości – kompozyt jest materiałem zewnętrznie monolitycznym, jednakże z widocznymi granicami między komponentami”. (Encyklopedia Powszechna, PWN 1988, t. 5, s. 187) Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
3 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Definicja 1967 1. Kompozyt jest materiałem wytworzonym przez człowieka 2. Kompozyt musi składać się z co najmniej dwóch różnych (pod względem chemicznym) materiałów z wyraźnie zaznaczonymi granicami rozdziału między tymi komponentami (fazami) 3. Komponenty kompozytu tworzą go przez udział w całej objętości 4. Kompozyt powinien mieć właściwości różne od jego komponentów Definicja Lawrence J. Broutman, Richard H. Krock (1967) Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
4 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Definicje Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
5 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Zarys historyczny Egipcjanie (od ok lat p.n.e.) - sklejka drewniana Izraelici (od XIII w. p.n.e.) – domy z bloków z mieszanki błotnej wzmocnionej słomą i końską sierścią 1931 – pierwszy patent na otrzymywanie włókien szklanych 1942 – połączono żywicę z włóknem szklanym 1943 – pierwsze próby zastosowania kompozytów dla celów wojskowych 1957 – pierwszy szybowiec z włókien szklanych (Fs 24 Phönix) 1961 – otrzymanie włókien węglowych 1972 – otrzymanie włókien aramidowych Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
6 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Polski akcent Prof. dr hab. inż. mDr H.C.Leszek A. Dobrzański , Politechnika Śląska - Wydział Mechaniczny Technologiczny, spiekane materiały narzędziowe, materiały inteligentne, materiały/kompozyty nanostrukturalne prof. dr hab. inż. Mikolaj Szafran , Politechnika Warszawska – Wydział Chemiczny, projektowanie materiałów ceramicznych Dr hab. inż. Janusz German , Katedra Wytrzymałości Materiałów, Instytut Mechaniki Budowli Politechniki Krakowskiej, Damage of Composite Laminates dr hab. inż. Maria Gazda , Politechnika Gdańska Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, Fizyka ciała stałego .. Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
7 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Walory kompozytów doskonałe parametry sztywnościowe i wytrzymałościowe, doskonałe właściwości mechaniczne, mały ciężar właściwy, tworzenie materiału o określonych właściwościach. Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
8 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Popularne kompozyty beton, asfalt, opony samochodowe, eternit, cermetale, drewno, szkło zbrojone siatką metalową, węgliki spiekane . Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
9 Budowa kompozytów Kompozyty składają się zazwyczaj z 2 faz:ciągłej, osnowy (matryca), rozproszoną, otoczona osnową (zbrojeniem) a) Kompozyty ziarniste (cząstkowe) b) Kompozyty włókniste c) Kompozyty warstwowe (laminaty warstwowe) Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
10 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Osnowa utrzymuje zbrojenie zapewnia wytrzymałość na ściskanie przenosi naprężenie zewnętrzne na zbrojenie, zatrzymuje rozprzestrzenianie się pęknięć, nadaje wyrobom żądany kształt. najczęściej polimer (poliepoksyd, poliester) może być to metal (Ti, Ni, Fe, Al, Cu) lub ich stopy lub ceramika (np.Al2O3,SiO2, SiC, TiO2) Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
11 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Zbrojenie Zadaniem zbrojenia jest wzmacnianie materiału, poprawianie jego właściwości mechanicznych. Zbrojenie może mieć postać: włókna ciągłego lub nieciągłego, Tkaniny z włókien Prętów Proszku Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
12 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Zbrojenie i osnowa • Połączenie między osnową i zbrojeniem jest niezwykle ważnym czynnikiem: – Im silniejsze wiązanie pomiędzy dwiema fazami tym lepiej. – Wiązanie może być bezpośrednie oraz pośrednie (powstaje trzecia faza pomiędzy matrycą a elementem zbrojenia). Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
13 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Rodzaje kompozytów Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
14 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Podział kompozytów pochodzenie (naturalne, stworzone przez człowieka) przeznaczenie (konstrukcyjne, szczególne wł. fizyczne, chemiczne) rodzaj osnowy, rodzaj zbrojenia. Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
15 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Sposoby wytwarzania kompozyty cząsteczkowe – technikami metalurgii proszków, kompozyty włókniste przeróbka plastyczna (walcowanie, wyciskanie, prasowanie) metalurgia proszków metody z ciekłą osnową (infiltracja ciekłych metali do porowatych kształtek) Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
16 Kompozyty cząsteczkoweSkładają się z ciągłej matrycy w której umieszczone są izolowane elementy drugiej fazy. Cząstki fazy zdyspergowanej modyfikują właściwości matrycy obciążenie zewnętrzne przenoszone jest tak przez osnowę, jak i fazę rozproszoną w postaci cząsteczek o sztywności i twardości większej od sztywności i twardości osnowy Wzmocnienie jest efektywne, jeżeli cząstek jest odpowiednio dużo, tzn. powyżej 20% objętości kompozytu Przykład: spieki ceramiczno metalowe (cermety) Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
17 Kompozyty Kompozyty włókniste Fazę wzmacniającą, służącą jako element nośny, stanowią różnego rodzaju włókna, wprowadzone w celu zwiększenia wytrzymałości, sztywności. Osnowa stanowi spoiwo łączące włókna, zapewnia rozdział obciążenia zewnętrznego między włókna, oraz chroni je przed czynnikami zewnętrznymi; w niewielkim natomiast stopniu uczestniczy w przenoszeniu obciążeń zewnętrznych. Przykład: Zewnętrzne poszycie Trabanta Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
18 Kompozyty Kompozyty warstwowe Dwie silne warstwy zewnętrzne rozdzielone warstwą słabszego i mniej gęstego materiału (rdzeń). Rolą rdzenia jest przeciwdziałać deformacjom spowodowanym siłą prostopadłą do powierzchni zewnętrznych. Często rdzeń ma strukturę plastra miodu. Przykład: sklejka drewniana. Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
19 Węgliki krzemu (SiC) w osnowie aluminiowejKompozyty Węgliki krzemu (SiC) w osnowie aluminiowej Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
20 Prasowanie tłoczywa arkuszowegoKompozyty Prasowanie tłoczywa arkuszowego Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
21 Przetłaczanie różnicą ciśnieńKompozyty Przetłaczanie różnicą ciśnień Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
22 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Ręczne wytwarzanie Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
23 Przykład zastosowaniaKompozyty Przykład zastosowania . Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
24 Przykład zastosowaniaKompozyty Przykład zastosowania Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
25 Przykład zastosowaniaKompozyty Przykład zastosowania Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
26 Przykład zastosowaniaKompozyty Przykład zastosowania Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
27 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Źródła: Leszek A. Dobrzanski, Niemetalowe materialy inzynierskie, 2008, Prezentacja dr hab. inz. Maria Gazda, Politechnika Gdanska, Prezentacja prof. dr hab. inz. Mikolaj Szafran, Politechnika Warszawska Prezentacja Dr hab. inż. Janusz German , Politechnika Krakowska Strona Monachium Maciej Sumara - ZIP1n ZUT
28 Maciej Sumara - ZIP1n-31 - ZUTKompozyty Dziękuję za uwagę. Maciej Sumara - ZIP1n ZUT