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

Okruhy otázek ke zkoušce

• Rozdělení kompozitních materiálů

• Materiály pro polymerní matrice kompozitů, vlastnosti

• Vlákna pro dlouhovláknové kompozity, druhy, vlastnosti

• Co je lamina a laminát, jak se značí orientace jeho lamin a jaká je jeho odolnost proti jednotlivým druhům namáhání

• Prepregy (vysvětlit význam, základní vlastnosti prepregu) a způsobyvýroby dlouhovláknových kompozitů

• Mechanismy podmiňující vysokou vrbovou houževnatost vláknovýchkompozitů

• Kratkovláknové kompozity: jejich výhody a nevýhody, použití

• Krátkovlaknové kompozity: vliv konců krátkých vláken, kritická délkavlákna

Otomanský luk

https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQNckHP2-0DKYIMMu6LQDTW6HopDVr1jGqyZEvaudYt5Pupfgd-

Pykrete

Příklady kompozitů

•Přírodní kompozity• dřevo• kost

•Umělé kompozitní materiály• Překližka• Papír • Kovové slitiny• Vyztužený beton• Vlákny vyztužené kompozity

• S polymerní matricí• S kovovou matricí• S keramickou matricí

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

Výroba nádoby z přírodního kompozitu

Špičkové aplikace kompozitních materiálů

Kompozity ve sportu a luxusní spotřebě

Kompozity - fáze

• Matrice – spojitá

• Výztuž – diskrétní

• Matrice a výztuž mohou být tvořeny: kovovými, keramickými a polymerními látkami

kovy keramika

polymery sklo

kompozity

Dva nebo více materiálů je spojeno takovým způsobem, že vlastnosti výsledné struktury nemohou být dosaženy jediným homogenním materiálem samostatně

Kompozity - princip

Rozdělení kompozitních materiálů

kompozity

částicové

Velké

částice

Disperzně

zpevněné

vláknové

dlouhovláknové krátkovláknové

orientované Náhodně or.

konstrukční

laminátysendviče

Voigt

Reuss

Kompozity:isostress a isostrain

b

b

a

auss

effE

V

E

V

E

Re

1

bbaa

Voigt

eff EVEVE

Density bbaaC VV

Modulus (bounds)

Elastické konstanty dlouhovláknovýchkompozitů

Mechanické vlastnosti kompozitů

Mechanické vlastnosti kompozitů

Pevnost kompozitů

Pevnost vlákny vyztužené matrice

Anisotropie jednosměrně vyztužené vrstvy

Konec 1. části

Kompozity - pokračování

Rekapitulace – jednosměrně vyztužený kompozit

Lamináty - značení

Kvazisotropie

Symetrie!

Průběh napětí v laminátu

Sendviče

Krátkovláknové kompozity

Krátkovláknové kompozity

Krátkovláknové k. – orientace vláken

Závislost pevnosti vlákna na průměru

Materiály vláken

Uhlíková vlákna

PAN = polyakrylonitril … prekurzor … pyrolýza bez přístupu kyslíku, 1000-3000°C

Materiály vláken

Materiály matric

• Polymerní• Reaktoplasty (termosety)

• Epoxidy• Methylmethakryláty• Polyestery• Vinylestery

• Termoplastické matrice• Polypropylén• Polyetheretherketon (PEEK)• Polyfenylénsulfid (PPS)

• Kovové• Měď• Slinuté karbidy• Cermety

• Keramické• SiC whiskery / Al2O3 matrice• SiC whiskery / Si3N4 matrice• SiC / SiC matrice• vlákna / skelná matrice• Carbon / carbon kompozity

Synergický efekt

•Pravidlo směsí : PRoM = P1f1 + P2f2 (f1 + f2 = 1)

•Synergie Pobserved >>> PRoM

•Lomová houževnatost: • sklo U~ 1 J/m2, • polyester U~ 100-1000 J/m2

• Pravidlo směsí U~ 1 – 1000 J/m2 ale….. • Pozorováno U~ 104 - 105 J/m2 !!

•Proč?

Rozhraní - smáčení

Interakce trhliny s kompozitem

-Matrice se c okolí trhliny deformuje plasticky-Změna směru trhliny u vlákna – napětí není kolmé k směru trhliny-Energie nutná k oddělení vlákna od matrice-Přetržená vlákna jsou vytahována z matrice -tření

Lomová houževnatost kompozitů

Synergie u přírodních kompozitů

Synergie

Další synergie:

MMC Al slitina + C vlákno

C vlákno oxiduje za vyšších T

Al rychle ztrácí pevnost, při

vyšších teplotách, ale odolává

oxidaci

Kompozit = pevný a neoxidující za

vysokých teplot

matrice vlákno

Synergický efekt

Dolní odhad

Vla

stn

ost

Lomové vlastnosti kompozitů

Srovnání vlastností kompozitů a jiných tříd materiálů

Zkoušení kompozitních materiálů

• Elastické vlastnosti (4 nezávislé hodnoty)• Modul pružnosti ve směru vláken

• Modul pružnosti ve směru kolmém k vláknům

• Smykový modul

• Poissonovo číslo

• Pevnostní vlastnosti (5 nezávislých hodnot)• Ve směru vláken - tah i tlak

• Ve směru kolmém k vláknům – tah i tlak

• Smyková pevnost

Výroba kompozitů

navíjení

prepregy

Výroba kompozitů

autokláv

Výroba a spojováníkompozitů

lepeníKrátká vlákna