kompozitni materiali il mm25 slo

Povezujemo inovativne rešitve.

KOMPOZITNI MATERIALI

Novo mesto, junij 2014

Mitja MuhičRaziskave

Povezujemo inovativne rešitve.

2

Kompozitni materiali

Composite materials

Intro to Composites

Composites in Aviation

How To Make Your Own Carbon Fiber (Fibre) Parts

NASA 360 - Composite Materials

Kompoziti so materiali oblikovani s kombiniranjem posameznih materialov-komponent v novo strukturo, ki je boljša od vsote posameznih komponent

Povezujemo inovativne rešitve.

3

Kompozitni materiali = KompozitiComposite materials = Composition materials = Compositeshttp://www.sciencearchive.org.au/nova/059/059key.html?q=nova/059/059key.htm

Dva ali več materialov-komponent z izrazito različnimi fizičnimi in kemičnimi lastnostmi> združeni, ustvarijo material z boljšimi lastnostmi, ki so različne od posameznih komponent

Posamezna komponenta ostane ločena znotraj kompozita – komponente se ne mešajo in ne topijo

Lastnosti kompozitov:

• Nizka masa

• Togost in trdnost/nosilnost

• Trajnost

• Toplotna korozijska odpornost

• Oblikovna prilagodljivost

• Naraščajoča proizvodja

• Visoki stroški

• Dragi materiali

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

4

Kompozitni materiali

Kompozitni materiali:  gradbeni objekti (mostovi), navtika (čolni), bazeni, avtomobilska industrija (karoserija, nosilni elementi), letalska industrija (letala), vesoljska industrija/tehnologija

Povezujemo inovativne rešitve.

5

Narava: Les kompozit: • Celuloza dolga vlakna (Škrob zelo kompleksna oblika)) • Lignin mehka struktura vezivo(Celuloza je prisotna tudi v bombažu in lanu, vendar lignin naredi les precej močnejši kot pa je tkanina iz bombaža in lana.)

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

6

Blatna opekaPosušeno blato; tlačna trdnost, šibka upogibna trdnostSlama; natezna trdnostSlama v kvadru iz blata; posušeno trdo, odličen gradbeni material. Natezna in tlačna trdnost

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

7

BetonMajhni kamni (prod, gramoz)) vezani s cementom dobra tlačna trdnostKovinske žice, palice, mreže, kabli dobra natezna trdnost (Ojačan beton).

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

8

Steklena vlakna, konec 1940, prvi moderen kompozit, najbolj razširjen. Delež 65 % med vsemi kompoziti, navtika (ladijski trupi), surfi, športni rekviziti, bazeni, gradbeni paneli in avtomobili: karoserijski deli.

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

9

Inženirski kompozitni materiali

Kompozitni materiali

Gradbeni materiali beton, cement, kovinske ojačitve Kovinski kompoziti Metalurgija prahov – Sintranje

Keramični kompoziti (Keramični, kovinski materiali)Umetne mase (polimeri) ojačane z vlakni (steklena, ogljikova)

Povezujemo inovativne rešitve.

10

Sestava kompozitovVečina kompozitov izdelanih iz dveh materialov – komponent:1. Matrica – vezivo polnilo polni in povezuje2. Vlakna delci močnejši material – ojačitevVlakna so zelo močna- odporna na nateg toda krhka, lomljiva pri upogibu. Matrica poleg tega da drži vlakna skupaj, prav tako varuje vlakna pred poškodbami z razporejanjem obremenitev – napetosti med vsemi vlakni (Vlakna kolektivno prevzamejo obremenitev, Obremenitev se razporedi med vlakni).

Matrica je dovolj mehka da jo lahko oblikujemo z orodji, in jo lahko zmehčamo z ustreznimi topili in popravljamo. Npr.: Vsaka deformacija plošče iz kompozita povzroči raztezanje njenih vlaken, ki so to sposobna prenašati. Tudi tanka plošča je zelo močna. Hkrati so kompozitne plošče tudi zelo lahke, kar je velika prednost.

Z ustrezno izbiro materialov matrice, ojačitev – vlaken in izdelovalnega – tehnološkega procesa lahko naredimo ustrezen material za specifične zahteve.

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

11

Materiali matricaMatrica, večine modernih kompozitov je umetna plastična masa – smola (polimeri, termoplasti, duroplasti) (Uporaba umetnih plastičnih mas v matricah je razlog za poimenovanje ‘ojačana plastika – reinforced plastics' kakor navadno imenujemo kompozite GFRP, CFRP). Plastične mase so polimeri ki držijo ojačitev skupaj in določajo fizične lastnosti končnega produkta.

Duroplasti so med pripravo tekoči s segrevanjem se strdijo in postanejo togi (Kot npr. Vulkanizacija). Proces strjevanja je nepovratni proces. Materiali se ne mehčajo z višanjem temperature. Duroplasti so odporni na obrabo in kemijske procese zato so zelo trajni tudi v extremnih pogojih.

Termoplasti kot že ime pove, so trdi pri nizkih temperaturah in se s segrevanjem mehčajo. Čeprav so termoplasti manj pogosti kot duroplasti imajo nekatere prednosti kot so žilavost – lomna odpornost, velika sposobnost recikliranja, obstojnost surovega materiala, čista tehnologija proizvodnja brez topil.

Keramični materiali, ogljik in kovine se uporabljajo za matrice za visoko specialne namene.. Npr., keramični materiali pri ekstremnih temperaturah (Npr. toplotni izmenjevalci), ogljik se uporablja pri trenju in obrabi (Npr. ležaji in gonila).

Materiali ojačitevSteklena vlakna so daleč najbolj razširjena ojačitev. GFRP

Ogljikova vlakna so mnogo močnejša od steklenih vlaken. CFRP Kompoziti iz ogljkovih vlaken so zelo močni in zelo lahki materiali. Športni avtomobili, letalstvo, športni rekviziti, medicina (kosti)Draga proizvodnja

Bor-ova vlakna so še močnejša in dražja od ogljikovih vlaken.

Polimeri so lahko tudi dober material za ojačitev v kompozitih Kevlar je zelo močno vlakno iz polimera, ki naredi kompozit tudi zelo žilav. Primerni za lahke in zanesljive konstrukcijske elemente (strukturni elementi letal, čelade, neprebojni jopiči, ojačitev pnevmatik)

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

12

Kompozitni materiali

Kompoziti iz termoplastov

Razvoj kompozitov v avtomobilski industriji, ki bazirajo na smolah iz termoplastov je močno narašča.

BASF veliko investira v razvoj kompozitov iz termoplastov za avtomobilsko industrijo 2013 July Ultracom™ thermoplastic composites for the automotive sector.

Razvoj BASF v korporaciji s TenCate and Owens Corning: vlakna in trakovi impregnirana z BASF's Ultramid® polyamide (PA) and Ultradur® PBT (Polybutylene terephthalate) smolami iz termoplastov. Japonski proizvajalec ogljikovih vlaken Teijin introduced its Sereebo brand carbon fibre thermoplastics je vpeljal linijo karbonskih vlaken iz termoplastov. Teijin razvija visoko zmogljivo produkcijo komponent iz ogljikovih vlaken in termoplastov s časovnim ciklom manjšim od minute.

Povezujemo inovativne rešitve.

13

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

14

Fibre-reinforced plastic (FRP) (also fibre-reinforced polymer) is a composite material made of a polymer matrix reinforced with fibres. The fibres are usually glass, carbon CFRP, aramid, although other fibres such as paper or wood or asbestos have been sometimes used. The polymer is thermosetting plastic: epoxy, vinylester or polyester, phenol formaldehyde and thermoplastic polyamide (PA) resins (smola) and termp. FRPs are commonly used in the aerospace, automotive, marine, construction industries and ballistic armor.

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

15

http://www.carbonfiber.gr.jp/english/field/images/plane01_b.jpg

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

16

http://www.carbonfiber.gr.jp/english/field/images/plane02_b.jpg

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

17

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

18

Kompozitni materialihttp://www.autozeitung.de/technik/carbon-cfk-im-automobilbau-der-superwerkstoff?panorama=1

Povezujemo inovativne rešitve.

19

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

20

http://news.nationalgeographic.com/news/energy/2010/11/101118-carbon-fiber-bmw-megacity/

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

21

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

22

http://www.sglacf.com/fileadmin/webdata/Imagemaps/SGL_Wertsch%C3%B6pfungskette_EN.png

Kompozitni materiali

From a single fibre to a BMW i3. The journey of carbon.BMW i3 carbon fiber body

An Inside Look at BMW's Carbon Fiber 

Povezujemo inovativne rešitve.

23

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

24

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

25

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

26

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

27

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

28

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

29

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

30

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

31

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

32

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

33

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

34

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

35

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

36

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

37

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

38

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

39

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

40

Tehnološki procesi kompozitov

Izdelava objektov iz kompozitnih materialov običajno poteka z oblikovanjem v kalupih.

Ojačitveni material najprej namestimo v kalup in kalup nato napršimo / zalijemo z matričnim materialom – polimerne smole.

Tlak/podtlak se uporabi za iztis zračnih mehurčkov.

Kalup segrejemo, matrični material se strdi (thermoset, duroplasti).

Proces je pogosto ročen, čedalje pogostejša pa je tudi avtomatizacija.

Ena od metod je Pultruzija pultrusion ( How it works: Pultrusion ) (a term derived from the words 'pull' and 'extrusion'). Proces je idealen za izdelavo ravnih dolgih elementov s konstantnim prerezom kot so nosilci.

Pogosto se za kompleksne oblike uporablja tkanina iz vlaken, katero namestimo v kalup in namažemo s smolo - matričnim materialom ter nato posušimo.

V avtomobilski in letalski industriji se uporabljajo kompoziti, ki imajo obliko satovja. Lastnosti satovja je visoka trdnost upogibna togost in nizka masa.

Obdelava CFRP: Vodni curek, lasersko rezanje

Kompozitni materiali

Serijski visoko produktivni procesi:

Materiali matric:

• Hitro sušeči termosets-duroplasti

• Termoplasti (vroče

preoblikovanje)

• Hibridni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

41

Kompozitni materiali

Serijski visoko produktivni procesi:

Materiali matric:

• Hitro sušeči termosets-duroplasti

• Termoplasti (vroče preoblikovanje)

• Hibridni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

42

Kompozitni materiali

Kompoziti iz karbonskih vlaken imajo potencial znižanja mase do 70 % in porabe goriva do 50 %, pod pogojem, da se produkcija poveča za vsaj 10 do 100 krat.

Novo materialno področje = Nova proizvodna infrastruktura = Nova delovna mesta

Zmanjša se odvisnost od naftnih derivatov

Omogočajo lažjo vpeljavo avtomobilov na alternativni pogon (hybrid, električni, gorivne celice)

Carbon Fiber Industry: Can’t Develop lower cost fiber until there is demand.Other Industries: Can’t Develop new applications until price is lower.

Velikost industrije karbonskih vlaken (70,000 to 90,000 tons per year) ne more podpirati množične proizvodnje avtomobilov (10 to 100 million tons per year)

Evropa ima projekt zmanjšanja proizvodnih stroškov CRFP komponent za 90% v petih letih. BMW je naredil velik korak v tej smeri s projektom i3.

http://nextbigfuture.com/2012/04/carbon-fiber-composites-could-make-cars.html

Povezujemo inovativne rešitve.

43

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

44

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

45

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

46

Kompozitni materiali

https://www.sglgroup.com/cms/international/products/index.html?__locale=enhttp://www.benteler-sgl.com/metamenue/home/home/index.html

Povezujemo inovativne rešitve.

47

Michael F. Ashby Materials Selection in Mechanical Designhttp://jpkc.fudan.edu.cn/picture/article/255/1c/8c/8a256ed84a98beafbd225ea6936e/43f6d2e4-9479-4872-9970-f70754fce954.pdf

Material families and classes

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

48

Material property charts

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

49

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

50

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

51

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

52

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

53

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

54

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

55

Kompozitni materiali

Povezujemo inovativne rešitve.

56

Modern Physical Metallurgyand Materials EngineeringScience, process, applicationsSixth EditionR. E. Smallman, CBE, DSc, FRS, FREng, FIMR. J. Bishop, PhD, CEng, MIM http://metalurgimitun.files.wordpress.com/2008/09/engineeing-modern-physical-metallurgy-and-materials-engineering1.pdf http://www.kokch.kts.ru/me/t9/SIA_9_Composites.pdf

Kompozitni materiali