nem fémes szerkezeti anyagok - users.atw.huusers.atw.hu/gerikozl/ma_16.pdf · paraaramid –...
TRANSCRIPT
Nem fémes szerkezeti anyagok
Kompozitok
Kompozitok
A kompozitok vagy társított anyagok olyan szerkezeti anyagok, amelyeket két vagy több különböző anyag pl. fém- kerámia, kerámia - műanyag, kerámia - kerámia, fém - műanyag, műanyag - üveg stb. egyesítésével állítanak elő, és a köztük lévőkapcsolat a terhelés növelésével is megmarad.
Kompozitok
A kompozitok alapvetően két részre bonthatók:• a befoglaló anyagra (mátrixra)• és az abba beépülő második fázisra (erősítő vagy
társító anyagra)
Kompozitok
• A kompozitok előállításánál a két anyag előnyös tulajdonságait kombináljuk.
• A kompozitok szerkezetüket tekintve lehetnek:• részecskékből összetett ( diszperzió)• szálas ( rövid vagy hosszúszálas)• rétegelt• felületi réteges ( bevonatos)
Részecskékből összetett, szemcsés kompozitok
• A mátrixanyagba, 1µm-tól a mm-ig részecskék vannak beágyazva.
• Ilyen pl. a beton, a keményfémek ( WC, TiCrészecskék vannak a fém Co-babeágyazva.), a fémkerámiák (cermet = ceramic + metals) oxidkerámiák pl. Al2O3 vagy ZrO2 van fémes mátrixba pl. Fe, Cr, Co, Mo ágyazva.
Szálas kompozitok• Ilyenek: az üvegszál erősítésű
műanyagok, a polimerszálerősítésű műanyagok, a szénszál erősítésű műanyagok. A mátrix általában valamilyen duroplaszt. De lehetnek pl. Ni szálal erősített kerámiák A szálak irányításával az anyag izotróppá tehető. Igen fontos anyag a vasbeton.
Szálerősítésű kompozitok
Szálerősítésű kompozitokalapanyagai: szálak
• Üvegszál: olvadt üvegből fokozatosan húznak 6…12 µm átmérőjű szálakat, melyeket köteg, paplan vagy szövet formában hoznak forgalomba
• Grafit (karbon) szál: különféle karbonláncú vegyületeket tartalmazóalapanyagok pirolízisével, nyújtásával hoznak létre a szálirányban összefüggőgrafit kristályokat
Szálerősítésű kompozitokalapanyagai: hordozó (mátrix)
• A hordozóanyagok különféle, rendszerint két komponensű, hőre keményedőműgyanták
• A műgyanta egyik komponense a folyékony polimer, amelyhez a térhálósítóadalékokat hozzákeverve, majd a szálakat, töltőanyagokat bedolgozva kikeményítik
Szálerősítésű kompozitok jellegzetes példái
• Leggyakrabban üveg- vagy karbon szál és műgyanta alapanyagból készülnek
• Üvegszál erősítésű polimerek GFRP• Karbonszál erősítésű polimerek CFRP• Aromás poliamid (aramid) erősítésű polimerek
Paraaramid – KEVLARMetaaramid - NOMEX
• Legősibb szálerősítésű kompozit a vályog tégla volt (Mezopotámia, 5-6000 éve)
CF/EP
CF/aramid/EP
GFRP
Aramid/DuPont Nomex
Aramid/foam core
CF/DuPont Nomex
Szálerősítésű kompozitbólkészült szerkezetek
Szálerősítésű kompozitbólkészült szerkezetek
Szálerősítésű kompozitok:a szálak körüli feszültség mező
A szál és a hordozóanyag kötése egymáshoz (elérhető nyírófeszültség)
A terhelés átadása a szál és a hordozó-anyag között (adhéziós kötéssel)
Szálerősítésű kompozitok:a szálak körüli feszültség mező
Szálerősítésű kompozitok:az Rm és E változása
a szálak mennyiségének függvényében
Szálerősítésű kompozitok:az Rm és E változása az orientáció
függvényében
Kompozit anyagból készült szerkezetekPélda: kerékpár váz
• Lehetséges váz anyagok:– Acél cső– Alumínium, titán cső– Kompozit anyag
• A kompozit váz alkalmazásakor az anyag, alak, méret és a gyártási mód összehangolása szükséges
Kompozit anyagból készült szerkezetekPélda: versenyautó váz
• A Forma-1 autók karosszériája karbon szál erősítésűkompozit anyagból készül
• Előny: kis tömeg, nagy szilárdság, az egyedi gyártás viszonylagos olcsósága
Kompozit anyagból készült szerkezetekPélda: széllovas (windsurf)
• Test: több rétegű kompozit héj, belső merevítések, az üregeket kitöltő hab
• Árbóc: üvegszállal erősített polimer (lehet fém-fém kompozit is)
• Vitorla: rövid szálakkal erősített, szövött vagy öntött kompozit anyag (kevlar)
• Uszony: üvegszállal erősített polimer
• Árbóc gyök: poliuretán rugó
Réteges kompozitok
• a szerkezeti anyagok síkok mentén kapcsolódnak egymáshoz, és előállítsuk legtöbbször alakítással történik.
• Pl.a szendvicsszerkezetűnagyszilárdságú alumínium vagy titánlemezek közötti teret méhsejtszerűen elhelyezett polimerekkel kitöltött repülőgép burkolóelemek, ajtók, az alumíniummal bevont papír, a lakkal bevontalumínium stb.
Réteges kompozitok: síléc
Réteges kompozitok: arall
Kompozit anyagból készült szerkezetekPélda: versenyautó váz
• A karosszéria merevségét a szendvics szerkezet fokozza (két sík réteg között méhsejt mintázatú összekötő cellák)
Fa alapú kompozitok:áttekintés
1. rétegelt lemez
2. farost lemez
3. Pozdorjalap
4. Faforgácslap
5. OSB lap
6. parafa
Fa alapú kompozitok (1)• Rétegelt lemez (furnér lemez)
– Vékony falemezeket kötőanyaggal egyesítenek
– A szálirány 90o-ban változó, emiatt az anizotrópia csökken, a szilárdság javul
• Farost lemez– Rostjaira bontott faanyag és
formaldehid gyanta keveréke– Préshengerléssel formázzák
végső méretre
Fa alapú kompozitok (2)• Pozdorja lap
– Kender és len szártöredék és hőre keményedő műgyanta alkotja
– A masszát táblákká sajtolják• Faforgács lap
– Szárított faforgácsot karbamid gyantával kötnek össze
– Magas hőmérsékleten táblákkápréselik és a felületeket csiszolják
Fa alapú kompozitok (3)• OSB lap
– Irányított forgácsirányú falemez –rönkfából aprítanak rövid szalagokat, ezeket orientáltan helyezik el és gyantával összekötik
– A lapokat nagy nyomáson, 215 Co
hőmérsékleten sajtolják össze táblává
• Parafa– Parafa granulátumból sajtolnak
különböző termékeket
Összefoglalás
• A kompozit anyagok tetszőleges igények szerint alakíthatóak, mindig a szerkezet funkciójának és igénybevételének megfelelően
• A szemcsés, szálas és rétegelt kompozitokönmagukban, és egymással kombinálva is használatosak.