1

Uvod u kompozitne materijale. Definicija, kalsifikacija, nivoi grae i strukture, komparativne karakteristike. Kompozitni materijali sa polimernom matricom. Ojaavajui konstituenti-ugljenina vlakna, staklena vlakna, organska vlakna. Polimerne matricetermovravajui polimeri, termoplastini polimeri. Sredstava za modifikovanje veze izmeu matrice i vlakana-meupovrina staklena vlakna-polimerna matrica, meupovrina karbonska vlakna-polimerna matrica, meupovrina araminda vlakna-polimerna matrica Tehnologije polimernih kompozitnih materijala- postupci izrade kompozita u otvorenom kalupu (runo slaganje, rasprivanje, tehnika autoklava, mainsko namotavanje), postupci izrade kompozita u zatvorenom kalupu (vrue presovanje u kalupu, injekciono presovanje u kalupu, pultruzija, hladno presovanje u kalupu, ubrizgavanje smole). Kompoziti materijali sa metalnom matricom. Tipovi ojaanja u kompozitima sa metalnom matricom - estice, kratka vlakna, neprekidna vlakna na bazi aluminijumoksida, bora, grafita, silicjum-karbida. Tehnologija kompozitnih materijala sa metalnom matricom- metalurgija praha. Kompozitni materijali sa keramikom matricom. Podela prema tipu ojaanja i matrice kompoziti sa oksidnom keramikom matricom i kompoziti sa neoksidnom keramikom matricom. Tehnologija kompozititnih materijala sa keramikom matricom. Grafit/karbon kompozitni materijali. Dobijanje ugljeninih i grafitnih vlakana i njihovo korienje u kompozitima. Tehnologija grafit-karbon kompoitnih materijala. Nano kompozitni materijali. Funkcionalni kompozitni materijali. Makro kompozitni materijali. Drvo. Beton. Hibridni kompoziti. Modelovanje fiziko-mehanikih svojstava kompozitnih materijala. Pravilo meanja. Mikromehanika kompozitnih materijala. Mehanika vrstoa kompozitnih materijala. Mehanizi degradacije svojstava kompozitnih materijala. Mehanizmi starenja. Mehanizmi nastajanja i razvoja oteenja pri toplotnim, biolokim hemijskim dejstvima i delovanjima mehanikih naprezanja. Karakterizacija strukturnih konstituenata kompozitnih materijala. Karakterizacija vlakana, snopova vlakana i tekstilnih struktura. Karakterizacija matrice i preprega.

Karakterizacija jaine veze vlakno matrica. Ispitivanje mehanikih svojstava kompozitnih materijala: Statiko testiranje kompozita-testovi zatezanja kompozita, testovi savijanja, poreenje karakteristika zatezanja i savijanja, testovi kompresije, metode ispitivanja kompozita smicanjem, interlaminarna vrstoa na smiicanje. Dinamiko testiranje kompozita- ispitivanje udarnim naprezanje visoke i niske energije, ispitivanjem ciklinim mehanikim naprezanjima. Ispitivanje povrine kompozita-ispitivanje na habanje. Principi izbora kompozitnih materijala. Primeri primene u hemijskoj industriji, elektronika i informacione tehnologije, vazduhopovstvo, brodogradnja, graevinarstvo i infrastruktura, automobilska industrija i industrija vagona, biomedicinska primena kompozita. Cilj kursa Cilj predmeta je da studenti steknu terorijska znanja o strukturi, svojstvima, procesima sinteze, dobijanja i prerade svih klasa kompozitnih materijala. Studenti e se osbosobiti da projektuju eljena svojstva i karakteriu strukturne konstituente i ispituju

Kompozitni materijali ili

kompoziti su dobiveni umjetnimspajan jem dvaju ili vie kemijski razliitih materijala

s jasnom granicom izmeu njih.Heterogeni materijali koji se sastoje od vie materijala

a sciljem dobivanja materijala takvih svojstava kakva neposjeduje niti jedna

komponenta sama za sebe.Kompozitni materijali

Zato kompoziti ?Prednosti nad

tradicional nimkonstru kcijskimmat erijalima:Mehanika svojstva

(specifina vrstoa, krutost)Otporn ost na korozijuOdrav anjeVijek trajanjaDizajn

iranjesvojstav aKompozitni materijali

Kompozitni materijali ili kompoziti su dobiveni umjetnimspajanjem dvaju ili vie kemijski razliitih materijala s jasnom granicom izmeu njih. Heterogeni materijali koji se sastoje od vie materijala a sciljem dobivanja materijala takvih svojstava kakva neposjeduje niti jedna komponenta sama za sebe

Keramika vlaknaZa kompoziteotporne na visoke temperature (preko 1000o

C)Za izradu MMCNeoksidnaker amika -na osnovi SiC, Al (Al2

O3

, AlSi)Oksidnaker amika -

yttriumaluminiumg arnet(YAG) (Y3

Al5

O12

)W jezgra, a oko nje SiC (CVD)

13. KOMPOZIT NI MATERIJA LI

Kompoziti su tvorevine dobivene umjetnim spajanjem dvaju ili vie razli

itihmaterijala s ciljem postizanja specifi

nih karakteristika i svojstava, kakva ne posjedujeniti jedan materijal (komponenta)

sam za sebe. U odnosu na tradicionalne materijalekom poziti posjeduju

brojne prednosti:-

otpornost na koroziju;-

mala gusto

a i mala masa;-

povoljan odnos vrsto e i gusto

e (specifi na vrsto

a);-

povoljan odnos modula elasti nosti i gusto

e (specifi na krutost);-

mogu

nost proizvodnje dijelova sloenog oblika;-

jednostavno i jeftino odravanje;-

dulji vijek trajanja;-

mogu

nost dizajniranja svojstava.Njih ova primjena u zrakoplovstvu prvenstveno je

uvjetovana niskom gusto om, visokom vrsto

om i kruto u s obzirom na gusto u kao i odli

nim fizikalnim svojstvima.Up orabom kompozitnih materijala u izradi zrakoplovnih

konstrukcija zna ajno se moesmanjiti teina zrakoplova i

time ostvariti manja potronja goriva ili je mogu e pove

atikorisnu nosivost na ra un manje teine to opet povoljno utje

e na trokovnu isplativost.Slje de

a je prednost kompozita mogu nost njihova oblikovanja u izratke

sloenog oblika ime se smanjuje ne samo broj

pozicija nekog sklopa, ve i potreba za pri vr

ivanjem ispajanjem. Prednosti su dvostruke: uz manji broj pozicija skra

uje se vrijeme potrebnoza montau, ali se smanjuje i broj potencijalno opasnih mjesta

iniciranja pukotine budu ida elementi kao to su vijci i razli

iti provrti djeluju kao koncentratori naprezanja. Uodnosu na konvencionaln e

konstrukcijske materijale kompoziti su manje osjetljivi napojavu razli

itih oblika ote enja to doprinosi njihovoj trajnosti. I napokon treba

istaknutida su to materijali koji se mogu dizajnirati (projektirati) u cilju postizanja upravo

onakvihsvojsta va kakva se trae kod odre ene primjene, a koja nisu ostvariva kod

materijalakom ponenata. Zbog svega toga kompoziti predstavljaju uspjenu alternativukon

vencionalnim metalnim materijalima u izradi konstrukcijskih elemenata kao to suoplata

krila i trupa te brojni drugi elementi zrakoplova. Razvoj modernih zrakoplovaveli

kim djelom uvjetovan je primjenom upravo kompozitnih materijala

iji udjel 113neprekidno raste kako je to prikazano tablicom 46 na primjeru tri

serije Boeingovihzra koplova.Tablic a 46. Primjena polimernih kompozita kod Boeinga

Tip zrakoplovaUk upna masapolimerni h kompozita, kgUteda mase, kg

Boeing 737 681 272Boeing 757 1516 676Boeing 767 1535 636Kompozitn i dijelovi u

pravilu su 20 % do 30 % laki u odnosu na istovrsne metalnedijelov e. Na slici 72

dan je pregled razli itih pozicija zrakoplova Boeing 777200izra

enih od kompozita.Slik a 72. Dijelovi zrakoplova Boeing 777200 izra

eni od polimernih kompozita

Ukupna masa kompozitnih materijala ugra enih u ovaj zrakoplov

iznosi 7540 kg od ega71% ine polimerni kompoziti uglji

nog oja anja, a preostali dio kompoziti staklenogoja

anja.Svaki kompozitni materijal u osnovi sadri oja

alo i matricu . Stoga jeukupnoponaa nje kompozita odre

eno sljede im:-

svojstvima materijala matrice i oja

ala;-

veli inom i rasporedom

(raspodjelom) konstituenata;VrataOplatamotor aGlavnavrataStra njaoplataZakrilc aZakrilcaRubkrila Horizontalnistabil izator

KljunKriloKormil oOplatakrilaOplat e SpojleriOplatatru pa

Vertikalnistabiliz ator

114-

volumnim udjelom konstituenata;-

oblikom konstituenata;-

prirodom i jako u veza me

u konstituentima .Osnovna zada a matrice je povezivanje oja

ala, prijenos optere enja na oja

ala injihova zatita od povrinskog ote enja. Prema vrsti materijala

matrica moe biti polimerna (polimerni kompozitPMC), metalna

(metalni kompozitMMC) i kerami ka (kerami

ki kompozitCMC). Op enito, metali i polimeri rabe se kao

materijali matrice dabi se ostvarila traena duktilnost, dok se kerami

ke matrice dodatno oja avaju radipoboljanja lomne ilavosti.

Danas se javlja i nova skupina kompozitnih materijala, a rije

je o ugljik/ugljik kompozitima na

injenim ulaganjem uglji nih vlakana u piroliziranuugl ji

nu matricu. Nadalje, zna ajni su i hibridni

kompoziti koji sadre oja anje od baremdvije vrste razli

itih vlakana. Prema obliku oja ala razlikuju se kompoziti s

esticama , vlaknima oja ani kompoziti ,

slojeviti kompoziti (laminati) i sendvi konstrukcije

(kompozitni sendvi i), slika 73. Slojeviti kompoziti i sendvi

konstrukcije pripadaju skupinitzv. strukturnih kompozita.a) b) c)Slika 73.

Osnovni tipovi kompozita prema obliku oja alaa) kompozit s

esticama, b) kompozit s vlaknima, c) slojeviti kompozitKom poziti s

vlaknima sadre vlaknasta oja ala koja mogu biti u obliku viskera

(vrlotanke niti kerami kih monokristala visoke

isto e s velikom omjerom duljina/promje r), vlakana

i ica (tipi ni materijali:

elik, molibden, volfram). 13.1. Vlaknima oja ani polimerni kompoziti

Polimerni kompoziti sa injeni su od polimerne smole kao matrice i oja

alauglavnom u obliku vlakana. Tipi no sadre relativno

vrsta, kruta vlakna u duktilnoj iilavoj polimernoj smoli. Vrlo

esti kompoziti staklenog i uglji nog oja

anja sadre kruta i 115

vrsta, ali krhka vlakna ugra ena u polimernu matricu, koja

nije osobito ni kruta niti vrsta.Uobi ajeno je da su materijali

matrice ilavi i duktilni kako bi prenosili optere

enjena vlakna, a s druge strane sprije ili da pukotine izme

u prekinutih vlakana napredujukroz cijeli kompozit. No naravno,

matrica mora biti i dovoljno vrsta kako bi pridonijelauku pnoj

vrsto i kompozita. S obzirom na ponaanje pri povienim temperaturama

polimerne se matrice mogu podijeliti na plastomerne kod kojih dolazi do promjena

podutjecajem topline i duromerne koje se ne mijenjaju povienjem temperature.

Duromernemat rice koriste se za zahtjevnije strukturne primjene, a naj e

e se rabe epoksidnesmol e koje su otpornije prema vlazi i

imaju bolja mehani ka svojstva u odnosu naplastomere, slika 74.

835511253020406080100 120Poliester Poliamide Epoksi PoliimideMatrica

V l a

n a

v r s t o

a, N / m m 2

410032009002000050010 001500200025003000350 040004500Poliester Poliamide Epoksi PoliimideMatrica

E, N / m m 2

Slika 74. Prikaz vla

ne vrsto e i modula elasti

nosti razli itih vrsta matricaU novije vrijeme razvijaju se i

plastomerne matrice postojane pri visokim temperaturama kao to su npr. poliimidi

ija temperaturna granica dugotrajne primjene

iznosi 250 do 300

C. Tu su i drugi visokotemperat urni plastomeri

koji imaju potencijal za budu e primjeneu zrakoplovstvu i koji mogu

uspjeno zamijeniti epoksidne smole koje su jo uvijeknaj e

e matrice polimerno kompozitnih elemenata zrakoplova.Vla kna kao

sastavna komponenta polimernih kompozita imaju funkciju pove

ati vrsto u i krutost materijala matrice u

svrhu zadovoljenja odre enih konstrukcijskih zahtjeva. U

principu, vlakna kao nositelj optere enja trebaju biti to

vr a i kru a tepoliester poliamid epoksid poliimidpoliester

poliamid epoksid poliimidM o d u l e l a s t i

n o s t i, N / m m