akreditacija i sertifikacijauniverzitetpim.com/wp-content/uploads/2020/03/vi-blok...konstrukcije u...

PREDMET:

MATERIJALI

PODACI PREDAVČA I ASISTENTA

Prof.dr Veljko Vuković (vanredni profesor)

Asistent: ≈

Tel: 00387/65-518-335

E-mail: [email protected]

BANJA LUKA

mailto:[email protected]

OBLAST PREDAVNJA

14. Kompozitni materijali

16.Polumeri, Termoplasti, Duroplasti i Elastomjeri

19.Staklo

KOMPOZITNI MATERIJALI

Kompozit je uglavnom građen od međusobno čvrsto spojenih

različitih materijala radi dobivanja novog, drugačijeg materijala, s

fizičkim ili hemijskim svojstvima koja nadmašuju svojstva pojedinačnih

dijelova.

Mnoge savremene tehnologije zahtevaju materijale sa kombinacijom

svojstava koju nemaju ni legure, ni keramički materijali, ni polimeri.

Kao primjer mogu da se navedu komponente avionskih konstrukcija,

gde se od materijala zahteva mala gustina, velika čvrstoća i velika

krutost.

Ovakva svojstva imaju kompozitni materijali (kompoziti), koji

predstavljaju kombinaciju dva ili više materijala sa različitim svojstvima u

mikro i/ili makroskopskoj razmeri.

https://hr.wikipedia.org/wiki/Materijal


Kompoziti se mogu sistematizovati prema matrici i prema dodatku na

više načina:


Podjela kompozitnih materijala prema dodatku


Kompoziti prema dodatku mogu biti:

- ojačani česticama,

- ojačani vlaknima i

- laminatni.

Kompozit ojačan česticama je beton, koji predstavlja mješavinu

cementa i šljunka - pijeska;

Stakloplastika je kompozit ojačan vlaknima, jer je sačinjena od staklenih

vlakana ubačenih u matricu od polimera;

Šperploča je laminatni kompozit koji se sastoji od unakrsno lepljenih

furnira drveta.


KOMPOZITI OJAČANI ČESTICAMA

Kompoziti ojačani česticama sastoje se od matrice u koju su smeštene

čestice različitog oblika, ali približno istih dimenzija u svim pravcima.

Veličina i zapreminski udeo čestica znatno utiču na svojstva ovih

kompozita.

Da bi se postiglo neophodno ojačavanje, čestice treba da budu manje

od 1μm u prečniku i ravnomerno raspoređene u matrici. Zapreminski

udeo čestica najčešće iznosi 30-40%. Najpoznatiji kompoziti iz ove

grupe su kermeti.


KOMPOZITI OJAČANI ČESTICAMA

Sadrže čestice veličine do 1 mm, koje ne mogu da blokiraju dislokacije

Cilj ojačavanja česticama nije postizanje čvrstoće, već dobijanja

nestandardnih kombinacija osobina.

Pravilo smeše ne važi za mehaničke osobine, već samo za gustinu:


KOMPOZITI OJAČANI ČESTICAMA-PRIMJENA

Brusni alati – sastoje se od brusnih zrna (tvrda keramika: Al2O3, SiC…),

vezivnog sredstva (polimer, elastomer,…) i pora


KOMPOZITI OJAČANI ČESTICAM-PRIMJENA


KOMPOZITI OJAČANI VLAKNIMA

Kompoziti ojačani vlaknima se dobijaju ubacivanjem vlakana u meku

matricu.

Matrica prenosi silu sa vlakna na vlakno, obezbeđuje plastičnost i

žilavost i sposobnost oblikovanja, dok vlakna prenose opterećenje.

Vlakna mogu da budu različite dužine i rasporeda, što bitno utiče na

svojstva kompozita.



Orijentacija vlakana.

Kompoziti sa proizvoljnom orijentacijom vlakana ponašaju se

izotropno, ali je efekt ojačavanja mali.




Kompoziti sa vlaknima u jednom pravcu imaju optimalne vrednosti

čvrstoće i krutosti ako opterećenje deluje u pravcu vlakana, ali su

navedena svojstva loša ako je opterećenje upravno na pravac vlakana.




Da bi se postigla dobra svojstva u više pravaca, koriste se slojevi sa

različitom orijentacijom (tkanjem) vlakana.


Kompoziti ojačani kraćim valknima

Ojačavanje se postiže prenosom napona sa osnove na vlakna.

Ključna je dužina vlakana, zato se dijele na kompozitne materijale

ojačane: diskontinualnim i kontinualnim vlaknima

Kratka vlakna imaju dužinu od oko 30 mm

Primeri:

Nautika (trupovi čamaca i manjih brodova)


Kompoziti ojačani kraćim valknima

Rezervoari (manji radni pritisci


Kompoziti ojačani dužim vlaknima

Dužina vlakana treba da je što veća, često celom dužinom radnog

predmeta

Primeri

Avio-industrija – epoksidna smola ojačana ugljeničnim vlaknima (oplata

aviona, kacige,…)



Građevinarstvo – epoksidna smola ojačana ugljeničnim, aramidnim ili

staklenim vlaknima (ojačavanje konstrukcija, reparatura nakon

zemljotresa,…)



Sportska oprema - epoksidna smola ojačana ugljeničnim vlaknima

(reketi, štapovi za pecanje, ramovi bicikala,…

Balistička zaštita – fenolna smola ojačana aramidnim vlaknima (šlemovi,

oklop vozila i brodova)


LAMINATNI KOMPOZITNI MATERIJALI

Imaju višeslojnu strukturu, vrste:

Konvencionalni laminati – spoj dva ili više posebno dobijena materijala

u obliku kvazi-dvodimenzionalne strukture: višeslojni čelici, legure

aluminijuma ili titana, sportska oprema (polimer+drvo…)


LAMINATNI KOMPOZITNI MATERIJALI

Sendvič – spoj dva ili više posebno dobijena materijala u obliku kvazi-

dvodimenzionalne ili trodimenzionalne strukture: lepenka, saćaste

konstrukcije u vazduhoplovstvu i nautici


Primjena laminatnih kompozitnih materijala


SVRHA KOMPOZITNIH MATERIJALA

Kompoziti se stvaraju s ciljem poboljšanja kombinacija mehaničkihkarakteristika kao što su:

Povišenje krutosti, čvrstoće i dimenzione stabilnosti

Povišenje udarne žilavosti

Povećanje otpornosti na habanje

Smanjenje vibracije i buke

Povišenje toplotne postojanosti

Sniženje troškova

Sniženje toplotne ekspanzije

Povećanje korozione postojanost

Smanjenje mase (težine)

Poboljšanu konstrukcijsku fleksibilnost


Karakteristike proizvoda od kompozita

Čvrstoća kompozita najviše ovisi o čvrstoći i udjelu tvrde faze u matrici.

Na slici je predočen dijagram naprezanje - deformacija za kompozitni

materijal i za materijal vlakna odnosno matrice.

POLIMERI

Polimeri su prirodne ili vještačke materije koje se sastoje od

velikih molekula sačinjenih od povezanih serija ponovljenih

jednostavnih monomera.

Poli (mnogo) + meros(dio) = polimer → «od mnogo dijelova»

Polimeri obuhvaćaju vrlo široku skupinu materijala kao što su:

plastike,

gume i

ljepila

Sastoje se od puno malih molekula vezanih u dugačke lance

(makromolekule).

POLIMJERI

Polimerisu dugački lanci molekula, a nazivaju se i makromolekuli ili

džinovski molekuli.

To su supstance nastale medjusobnim povezivanjem molekulskih

jedinjenja (monomera),koji se obično ponavlјaju po nekom pravilu, u

velike molekule (makromolekule).

Nastaju u reakciji polimerizovanja, odnosno hemijskim povezivanjem

monomera.

POLIMJERI

1866.GODINE prvi put je upotrebljena reč POLIMER –molekul

koji se sastoji iz mnogo (grčki poli-mnogo) dijelova (grčki meros-

deo)

Prvi polimeri su se proizvodili od prirodnih organskih materijala

životinjskog i biljnog porekla:

DRVO, GUMA, PAMUK, VUNA, KOŽA, SVILA, CELULOZA,

ENZIMI-PRIRODNI POLIMERI

POLIMJERI

Proizvodnja organskih sintetičkih polimera razvija se početkom

XX. Stoljeća, kada je od reakcije acetilena i vodika dobivena

je molekula etilena C2H4.

Procesom polimerizacije hemijskom reakcijom otvore se

dvostruke veze između atoma C čime se dobiva

makromolekula polietilen (PE),

a ) Molekula etilena b) Strukturna formula polietilena (PE)

POLIMJERI

Dakle, polimerne molekule sintetiziraju se od odgovarajućih

monomera u procesu koji se naziva polimerizacija: monomeri

(jednostavniji niskomolekulni spojevi, najčešće nezasićeni) se

vezuju u polimernu molekulu kao složeniju strukturu

Razne vrste monomera

POLIMJERI

SINTETIČKI (VEŠTAČKI) POLIMERI:PLASTIKA

U industrijskoj proizvodnji polimeri se koriste za izradu:

Posuda za hranu i piće

Folija, kućišta za računare i monitore,

Tekstila, medicinskih uređaja, pjena, boja

Igračaka, aparata, sočiva, zupčanika, elektronskih i električnih

proizvoda, karoserija i dijelova automobila, itd.

POLIMJERI

Svjetska proizvodnja polimera

POLIMJERI

PODRUČJE PRIMENE POLIMERNIH MATERIJALA

POLIMJERI

PRIMERI PRIMENE POLIMERNIH MATERIJALA

POLIMJERI

Primjena polimjera za ambalažu prehranbene industrije

POLIMJERI

Vrste polimera

Zavisno o prirodi veze među makromolekularnim lancima (sekundarne

veze) i njihovoj učestalosti mogu se dobiti tri osnovne skupine polimera:

POLIMERI

TERMOPLASTI - PLASTOMJERI

OPŠTE O TERMOPLASTIMA

Termoplast ili Plastomer je plastika, koja se kod određene

temperature može oblikovati. Ovaj je postupak reverzibilan.

Može se hlađenjem i ponovnim zagrijavanjem ponoviti onoliko

puta koliko dok ga se ne pregrije i nastane takozvana termička

razgradnja.

Još jedna jedinstvena značajka termoplastike je mogućnost

zavarivanja.

TERMOPLASTI-PLASTOMJERI

OPŠTE O TERMOPLASTIMA

Termoplastični polimeri nisu otporni na povišene temperature,

pa kad zagriju postanu pogodni za oblikovanje, a zatim kao

tekućina pogodni za ubrizgavanje.

Nakon hlađenja, smjesa stvrdne i zadržava željeni oblik.

Termoplastični materijali mogu se reciklirati.

Danas postoji veliki broj različitih termoplastičnih materijala.

TERMOPLASTI

STRUKTURA TERMOPLASTA

Sekundarne veze između vrlo dugih lanaca ili dijelova lanaca su slabe

veze→TERMOPLASTI (plastomeri).

Struktura im je amorfna ili djelomično kristana

TERMOPLASTI-PLASTOMJERI

TELFON

Telfon je polimer u koji je dobiven tako da je fluor (F) zamijenio vodonik

(H) u polietilenu (PE).

Potpuno je kristalan i ne da se lako termoplastično prerađivati.

Topljenje mu je približno 327°C, a termičko razlaganje na cca 400°C.

Optimalna temperatura za oblikovanje je 350 - 380°C.

DUROPLASTI

Duroplast je umreženi polimeri imaju prostorne veze među

makromolekulama ostvarene kovalentnim vezama u sve tri dimenzije,

koje su općenito ostvarene na velikom broju mjesta.

To daje materijalu veću tvrdoću, čvrstoću, krtost i veću dimenzionalnu

stabilnost →DUROPLASTI (termostabili)

Poprečne veze kod duroplasta

DUROPLASTI

Droplasti se oblikuju lijevanjem u neumreženom stanju, a proces

polimerizacije odvija se u prvoj fazi proizvodnje oblikovanjem dugih

lančanih makromolekula koje se završno križno povezuju u konačno

oblikovanom proizvodu pomoću toplote i pritiska (tlačni liv). Osim za

livanje predmeta, mogu se koristiti i kao matica u kompozitima ojačanim

sa staklenim ili tekstilnim vlaknima.

Dijelovi od durolasta proizvedeni livenjem

DUROPLASTI

LIVENI PROIZVODI OD DUROLASTA

DUROPLASTI

Duroplasti mogu biti:

Alkidi s dobrim elektro-izolacijskim svojstvima.

Epoksidi isporučeni kao smola otvrđuju adicijskom reakcijom na sobnoj

ili povišenoj temperaturi zavisno o aditivima i njihovoj količini.

Zbog malog stezanja pri otvrđivanju dobro prianjaju uz metal i silikatno

staklo.

DUROPLASTI

MEHNIČKA SVOJSTVA DUROPLASTA

otporni su na hemikalije,

dobra su im i elektro-izolacijska svojstva

dimenzionalno su stabilni.

Poliesteri, poliamidi i silikoni imaju slična mehanička, fizčka i

elektro-izolacijska svojstva.

Poliesteri se naročito puno koriste kao matica kompozita

pojačanih nitima npr.: staklena vuna + poliesterska smola =

stakloplastika za proizvodnju plastičnih brodova, autodijelova

DUROPLASTI

MEHNIČKA SVOJSTVA DUROPLASTA

Polimidi

Poliamidi imaju niski koeficijent trenja m i veliku otpornost

prema trošenju-habanju

Silikoni se lako elastično deformisu. Primjenjuju se u

građevinarstvu, i metalonoj industriji

ELASTOMJERI-GUMA

Elastomeri (od lat. elasticus: rastezljiv + -mer) su jedna od glavnih vrsta

sintetskih polimernih materijala. Proizvodi se hemijskim reakcijama od

monomera koji su uglavnom dobiveni iz nafte i prirodnog plina

Poprečno povezani polimeri imaju susjedne lance povezane

kovalentnim vezama

Ova veza je ostvarena na manjem broju mjesta, radi se o materijalima

izrazitih elastičnih karakteristika →ELASTOMERI (gume).

Brojnije poprečne veze povećevaju znatno tvrdoću, čvrstoću, krtost i

dimenzionalnu stabilnost.

ELASTOMJERI

ELASTOMJERI

Neumreženi elastomer naziva se sirovi kaučuk ili lateks. To je

zapravo sok tropskog drveta kaučukovca.

Struktura važnog sastojka prirodnog kaučuka prikazana je na

slici

Molekularna struktura prirodne gume (kaučuka)

ELASTOMJERI-GUMA

KARAKTERISTIKE

Svojstvo elastičnosti

Velike sposobnosti prigušivanja vibracija

Široku primjenu gume pri opterećenji i rasterećenju

Tipična krivulja promjene produženja

i skraćenja u zavisnosti o sili za gumu

ELASTOMJERI

ELASTOMJERI-GUMA

MEHNIČKE KARAKTERISTIKE GUME

Tvrdoća gume 45-80 Sh

Jačina na kidanje gume varira od 7 do 28 Mpa, opada sa

porastom temparature

Modul elastičnosti za meke oko 1,5 MPa i preko 700MPa za

tvrde

Hukov zakon važi samo za deformaciju od 20% pri zatezanju i

20 do 25% pri pritisku

Sa padom temparature tvrdoća gume raste, a na dovoljno

niskoj temparaturi guma postaje krta, veoma tvrda i lomljiva

ELASTOMJERI

Postupak proizvodnje presovanjem

Određena količina granulata polimera ubacuje se u zagrijani donji dio

kalupa.

Nakon toga, gornji dio kalupa djeluje određenim pritiskom na granulat

do ispunjavanja šupljina kalupa polimerom.

Po završenom procesu istiskivač izbacuje gotov proizvod iz kalupa

ELASTOMJERI-GUMA

Postupak proizvodnje injekcijskim presovanjem

Kako se radi o skupoj opremi postupak se koristi za

proizvodnju većih serija.

ELASTOMJERI

Postupak proizvodnje injekcijskim presovanjem

Postupak se koristi za proizvodnju duromera i plastomera.

Granulat se nasipa u lijevak, odakle se uvodi u cilindar i pužnicom

potiskuje u dio cilindra s grijačima gdje se granulat tali.

Pužnica injektira rastaljeni polimer u hladni kalup gdje se polimer

otvrdnjava

Nakon toga, kalup se otvara a proizvod se istiskivačem izbacuje van.

ELASTOMJERI

Proizvodi postupkom inekcijskog duvanja od plastomjera i

elastoplastomjera

Razni oblici boca

Rezervoari goriva

Dijelovi namještaja

Daske za jedrenje

Razna kvalitetnija pakovanja prehranbenog i medicinskog-kozmetičkoj

industriji

Igračke

Itd.

ELASTOMJERI

ELASTOMJERI

Posebno livenje

STAKLO

Najstariji pronađeni predmeti, izrađeni od materijala sličnog staklu,

prema procjenama arheologa potiču iz mlađeg kamenog doba, što

znači da su stari približno 9000 godina.

Staklo je materijal neorganskog porijekla i amorfne strukture, čiji

osnovni sastav čini oksid silicijuma (SiO2), kome se po potrebi dodaju

drugi oksidi (najčešće B2O3, Al2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O i PbO

Struktura stakla zavisi od stukture oksida silicijuma.

U čvrstom stanju ovaj oksid može da bude kristalan ili amorfan, što

zavisi od brzine hlađenja.

Kristalno stanje se postiže sporijim hlađenjem (keramika), a amorfno

stanje brzim hlađenjem (staklo).

STAKLO

PODJELA STAKLA

Svojstva stakla zavise od: hemijskog sastava, uslova dobijanja i

načina prerade.

Osnovna svojstva stakla su:

mala gustina (2,4-2,6 g/cm3),

mala električna i toplotna provodljivost,

velika hemijska i toplotna postojanost,

visoka propustljivost svetlosti,

velika tvrdoća i čvrstoća,

mala žilavost.

STAKLO

PODJELA STAKLA

Prema hemijskom sastavu, stakla se dijele na:

silikatna (na bazi SiO2, uz dodatak Na2O, CaO i drugih oksida),

olovna (na bazi SiO2 i PbO, uz dodatak Na2O i drugih oksida),

borosilikatna (na bazi SiO2– kvarcno).

Prema namjeni, stakla se dijele na:

obična stakla (ravno staklo, za ambalažu, boce, tegle),

tehnička stakla (optičko, zaštitno, otporno prema povišenim

temperaturama, staklena vlakna i vuna)

STAKLO

Proizvodi od stakla

Proizvodi providninog stakla ,

Proizvodi poluprovidnih stakala

Proizvodi neprovidnih stakala

Obojena stakla.

Staklo se boji dodatkom određenih materijala, i to:

zlata ili bakra (crveno staklo),

oksida kobalta (plavo),

oksida bakra (zeleno),

oksida mangana (ljubičasto).

STAKLO

PROIZVODNJA PLOČASTIH STAKLA

Do kraja 18. vijeka pločasto se staklo izrađivalo isključivo tehnikom

duvanja ustima.

Staklena masa se duvanjem kroz staklarsku lulu najprije rastezala u

cilindar kojemu su se rezale obje kape.

Zatim se cilindar rezao uzdužno i na drvenom stolu valjao te zaglađivao

u ploču.

STAKLO

PROIZVODNJA STAKLA

Proces dobijanja stakla se odvija u više faza, koje obuhvataju:

pripremu sirovina,

topljenje,

oblikovanje (duvanjem, presovanjem, izvlačenjem, valjanjem i

livenjem) i naknadnu obradu oblikovanih staklenih proizvoda

(mehanička- brušenje i poliranje; termička i hemijska).

STAKLO

PROIZVODNJA PLOČASTIH STAKLA

Pločasto staklo izrađuje se “plivajućim” postupkom od početka

šezdesetih godina prošlog stoljeća.

Staklo je inače čvrsta materija, ali bi se zbog strukture moralo uvrštavati

među tekućine. Zato staklo nazivamo i pothlađenom tekućinom.

STAKLO

VRSTE RAVNIH STAKALA

Ravnih stakala na osnovu čistoće kalsiraju se tehnološkim

procesom proizvodnje i mogu biti kao :

Furko ravno staklo

Pisburg ravno staklo i

Flot ravno staklo

STAKLO

RAVNA STAKLA

Najveći praktični značaj ima ravno prozorsko staklo, čiji se tipični sastav

kreće u granicama: 70-76% SiO2, 10-14% (CaO+MgO) i 13-18%

alkalnih oksida, uglavnom Na2O.

Ravno staklo se dobija valjanjem ili izvlačenjem.

Pri valjanju, rastopljeno staklo se propušta između valjaka, čime se

dobija ploča debljine jednake rastojanju između valjaka.

Dobijena ploča se manjim valjcima transportuje u komoru za

odgrevanje.

Ovim postupkom se dobija staklo veoma glatke površine.

STAKLO

PEĆ ZA PROIZVODNJU RAVNOG STAKLA

STAKLO

PROIZVODNJA RAVNOG STAKLA VALJANJEM

STAKLO

PROIZVODNJA RAVNOG STAKLA IZVLAČENJEM

STAKLO

PROIZVODNJA STAKLENIH PREDMETA U KALUPIMA

STAKLO

LIJEVANJE I PRESANJE STAKLENIH PROIZVODA

STAKLO

PROIZVODNJA STAKLENIH PROIZVODA PRESANJEM

STAKLO

CENTRIFUGALNI POSTUPAK PROIZVODNJE STAKLENIH

PROIZVODA

STAKLO

Proizvodnja staklenih cijevi

STAKLO

STAKLENA VLAKNA

Staklo u rastopljenom stanju može da se isteže u veoma tanka vlakna, pri

čemu dolazi do strukturnih promena i ojačavanja.

Staklena vlakna se prema dužini dijele na:

duga i kratka,

Prema debljini na:

ultratanka, supertanka, tanka i vlakna za izolaciju.

Prema nameni, vlkna se dele na:

tekstilna i na vlakna za toplotnu i zvučnu izolaciju.

STAKLOSTAKLENA VLAKNA

Jezgro se pravi od visokosilikatnog staklenog vlakna, prečnika 5-100μm, i

služi za prenos svetlosti (elektromagnetnog talasa). Prevlaka usmerava

svetlost, odnosno ne dozvoljava njeno rasipanje van jezgra, čime se

značajno smanjuju gubici u prenosu. Obloga štiti optički kabl od spoljnih

uticaja i oštećenja. Proizvodnja optičkih kablova spada u tzv. visoke

tehnologije.

Izgled klasičnog

optičkog kabla

STAKLOSTAKLENA VLAKNA

.

STAKLOSTAKLENA VLAKN

STAKLO

BITNE KARAKTERISTIKE STAKLA

Staklo ne gori, nije zapaljivo.

Ima homogene i glatke površine, lako se čisti i zadovoljava sve

higijenske uslove.

Staklo je vrlo otporno na hemijske uticaje. Postojano je u većini

kiselina i lužina,

Ne topi se u vodi, a istovremeno je korozivno vrlo postojano.

Staklo ne apsorbuje i ne odaje vlagu,

Ne isušuje se i ne savija se.

.

STAKLO

BITNE KARAKTERISTIKE STAKLA

Kada dobije određeni oblik, dalje ga ne mijenja.

Nije osjetljivo na hladnoću i temperaturne promjene, ne mijenja

boju i ne zamućuje se.

Ne preuzima ni ne odaje mirise.

Staklo je savremeni ekološki građevinski materijal s

dugogodišnjom tradicijom, čija budućnost obećava

STAKLO

MEHANIČKE KARAKTERISTIKE STAKLA

STAKLO

MEHANIČKE KARAKTERISTIKE STAKLA- Čvrstoća na savijanje

Čvrstoća na savijanje po definiciji znači da su one napetosti na

savijanje, koje će s 5 % vjerojatnosti izazvati lom, prema statistici u 95

% slučajeva veće od vrijednosti navedenih u tabeli

STAKLO

MEHANIČKE KARAKTERISTIKE STAKLA-Toplotna svojstva

KRAJ -VI-BLOKA

HVALA NA PAŽNJI !

2018.god.

akreditacija i sertifikacijauniverzitetpim.com/wp-content/uploads/2020/03/vi-blok...konstrukcije u...

Documents