Structuri pentru materiale compozite

STRUCTURI PENTRU MATERIALE COMPOZITE

Introducere

In prezent, materialele compozite tind sa inlocuiasca intr-o masura tot mai mare materialele clasice in cele mai diverse domenii, de la obiecte de uz gospodaresc pana la componente pentru navele spatiale sau ale centralelor nucleare.

Caracterizarea mecanica a materialelor compozite este insa dificila din cauza multitudinii parametrilor care trebuiesc luati in considerare pentru a exprima raspunsul materialului la diferitele conditii de solicitare.

Caracteristici mecanice ale otelurilor si fontelor: Rm, Rp₀₂, A₅, KCU

Si duritatea: HB, HR, HV.

La materialele compozite trebuiesc determinate urmatoarele proprietati mecanice:

incercarea la tractiune

incercarea la compresiune

incercarea la incovoiere

incercarea la forfecare interlaminara

incercarea adezivitatii

determinarea experimentala a fortei de legatura dintre fibra si matrice

In cadrul incercarilor nedistructive la materialele compozite se determina:

a) structura compozitului:

orientarea fibrelor

numarul de straturi

dimensiunea fibrelor

b) fractiile volumetrice de fibra si matrice

c) alte incercari

gradul de intarire al rasinilor

prezenta unor compusi straini

existenta amorselor de fisuri

dezlipiri

La materialele compozite se determina in general aceleasi caracteristici ca si la metale:

fisuri

porozitati

sulfuri

segregatii

microcavitati, aglomerari de particule, contractii.

Materialele compozite pot fi definite ca fiind combinatii de materiale cu proprietati diferite, a caror rezultate sunt concretizate prin realizarea unui nou material.

Exemple clasice pentru materiale compozite sunt: oasele si lemnul, ele sunt alcatuite din elemente care luate separat nu puteau indeplini proprietatile pe care le au acestea. Un alt exemplu sunt caramizile traditionale confectionate din argila si paie, impletiturile sau lemnul, cel mai des utilizate in constructii in timpurile stravechi.

Definitie: Materialele compozite sunt materiale omogene alcatuite din doi sau mai multi componenti sau faze care participa la realizarea proprietatilor deosebite:

matricea (materialul de baza)

fibra (materialul complementar sau ranforsantul)

Exemplu: Materialul compozit de tip: BETON ARMAT: este constituit din fibre de otel repartizate intr-o matrice din beton.

Clasificare:

Matrice

• polimerica

metalica

ceramica

Fibre (Ranforsanti)

naturale

artificiale

2.1 Particole de forma sferica, plata sau oarecare si sunt de ordinul micronilor si milimetrilor

2.2 Fibrele au dimensiunile sectiunii de ordinul micronilor frecvent intre 3-10mm pana la 100-150mm

• fibre continue cand raportul l/d>1000
• fibre discontinue: lungi: l/d=300..1000; scurte: l/d=100; f.scurte

Exemple de familii de matrici cu domenii de utilizare:

Matrice polimerica:

• rasini epoxidice
• rasini poliesterice
• poliamide
• policarbonati

Matrice metalica:

aliaje de Al (Mg, Cu, Ti, Fe)

aliaje de Mg

aliaje de Cu, Ti si Fe

Matrice ceramica:

Alumina

Carbura de Siliciu

Nitrura de Siliciu

Oxid de Zirconium

Ranforsanti:

Fibre naturale - lemnul, canepa, iuta, sisal (arbore originar din Africa)

Fibre artificiale (sintetice) pot fi:

dupa natura lor: organice si anorganice

dupa structura lor: monocristaline, policristaline si amorfe

dupa numarul de componente: monocomponente sau bicomponente

Pana in prezent cea mai mare utilizare o au fibrele anorganice. De exemplu fibrele de sticla si cele din fibra de cuart (99,9%SiO₂) si diametrele de f mm. au pret ridicat si se folosesc doar in industria aeronautica si in constructia centralelor nucleare.

Observatie:

Fibrele metalice se folosesc singure sau in combinatie cu fibrele de carbon sau sticla, si in general au putina aplicabilitate din cauza greutatii specifice mari.

Determinarea fractiei volumetrice

Metoda chimica: se dizolva matricea in solventi corespunzatori si se cantaresc fibrele ramase

V_F = r_Mm_F / r_Fm_M+r_Mm_F unde V_F este volumul fibrelor;

r_M r_F sunt densitatea matricei, respectiv a   fibrei;

m_F, m_M sunt masele fibrei, respectiv a matricei;

Metoda micrografica: sau metoda numararii (se folosesc fibre de un singur tip, acelasi diametru)

Functia volumetrica se va calcula dupa cum urmeaza:

V_F = A_F / A_C = nd² / D²

V_F este fractia volumetrica

Se numara fibrele observate si se raporteaza la suprafata considerata.