Materiály pro rekonstrukce Materiály pro rekonstrukce staveb – CI57 staveb – CI57 Polymery a Polymery a kompozity kompozity Ing. Michal Stehlík, Ph.D. Ing. Michal Stehlík, Ph.D. Ústav stavebního zkušebnictví Ústav stavebního zkušebnictví FAST VUT v Brně FAST VUT v Brně
Materiály pro rekonstrukce staveb – CI57. Polymery a kompozity Ing. Michal Stehlík, Ph.D. Ústav stavebního zkušebnictví FAST VUT v Brně. Rozvoj stavební výroby – materiálová základna 1. kámen dřevo přírodní materiály cihla vápno umělé materiály sádra - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Materiály pro rekonstrukce Materiály pro rekonstrukce staveb – CI57staveb – CI57
Polymery a kompozityPolymery a kompozity
Ing. Michal Stehlík, Ph.D.Ing. Michal Stehlík, Ph.D.
Ústav stavebního zkušebnictvíÚstav stavebního zkušebnictvíFAST VUT v BrněFAST VUT v Brně
Rozvoj stavební výroby – Rozvoj stavební výroby – materiálová základna 1materiálová základna 1
kámenkámendřevo přírodní materiálydřevo přírodní materiálycihlacihlavápno umělé materiályvápno umělé materiálysádrasádraPrůmyslová revolucePrůmyslová revoluce …………………………..1850 …………………………..1850betonbetonkovykovykeramika keramika prvý kvalitativní skokprvý kvalitativní skoksklosklovyztužený beton vyztužený beton izolace asfaltové ………………………………….1900izolace asfaltové ………………………………….1900
pryskyřice a pod.pryskyřice a pod.náhrady kovů, skla, porcelánu, kůže, náhrady kovů, skla, porcelánu, kůže,
gumy…..gumy…..
Způsob tvorby Způsob tvorby makromolekulmakromolekul
Polymery vznikají z jednoduchých molekul Polymery vznikají z jednoduchých molekul (monomerů) systémem řetězení(monomerů) systémem řetězení
Makromolekuly jsou rozdílných délek a tvarůMakromolekuly jsou rozdílných délek a tvarů Vytvořený polymer má Vytvořený polymer má stejné procentuelní stejné procentuelní
složení jako monomer, liší se ale vysokou složení jako monomer, liší se ale vysokou molekulovou hmotností a nízkým bodem molekulovou hmotností a nízkým bodem měknutí měknutí
Polymerace identických molekul monomeru Polymerace identických molekul monomeru vytváří vytváří homopolymeryhomopolymery
Dva nebo více rozdílných monomerů vytváří Dva nebo více rozdílných monomerů vytváří kopolymerykopolymery
Makromolekuly - rel. mol. hmotnost Makromolekuly - rel. mol. hmotnost ►10000►10000 Počet atomů v makromolekule ► 1000Počet atomů v makromolekule ► 1000 Tři formy zesíťování monomerů: a) lineární (termoplast)Tři formy zesíťování monomerů: a) lineární (termoplast)
b) plošné (elastomer) , c) prostorové (duroplast)b) plošné (elastomer) , c) prostorové (duroplast)
Technologie výroby Technologie výroby polymerůpolymerů
PolymerizacePolymerizace – sloučení monomeru bez – sloučení monomeru bez vedlejších zplodin ..A-A-A-A..vedlejších zplodin ..A-A-A-A..
PolykondenzacePolykondenzace – sloučení min. dvou – sloučení min. dvou monomerů, odštěpují se vedl. zplodiny monomerů, odštěpují se vedl. zplodiny
A + B A + B ►makromolekula + voda►makromolekula + voda ..A-B-A-B-A-B-A....A-B-A-B-A-B-A.. PolyadicePolyadice – sloučení min. dvou monomerů bez – sloučení min. dvou monomerů bez
zplodinzplodin A + B ►makromolekula + vodaA + B ►makromolekula + voda ..A-B-A-B-A-B-A..A-B-A-B-A-B-A
Rozdělení polymerůRozdělení polymerů
Dle původuDle původu: a) polosyntetické (z celulozy): a) polosyntetické (z celulozy) b) syntetické (z monomerů)b) syntetické (z monomerů) Dle základní makromolekulární hmotyDle základní makromolekulární hmoty::
a) termoplasty, b) termosety (duroplasty, a) termoplasty, b) termosety (duroplasty, reaktoplasty), c) elastomery (pryže), d) ostatní reaktoplasty), c) elastomery (pryže), d) ostatní
Dle dalšího použitíDle dalšího použití: a) recyklovatelné: a) recyklovatelné
b) nerecyklovatelné b) nerecyklovatelné
Složení technických Složení technických polymerůpolymerů
Tech. polymery jsou kompozitní materiály,Tech. polymery jsou kompozitní materiály,skládající se z: skládající se z: 30% polymeru + 69% výplně + 1% barviva.30% polymeru + 69% výplně + 1% barviva. Technické polymery se vyrábí obyčejně ve třech Technické polymery se vyrábí obyčejně ve třech
Rozdíly mezi polymery a silikáty Rozdíly mezi polymery a silikáty
polymerypolymery X X silikátysilikáty bez pórů pórovitébez pórů pórovitéřádově řádově >> deformace deformace << deformace deformacezávislost vlast. na teplotě xzávislost vlast. na teplotě xnejsou konstrukční hmoty jsou nejsou konstrukční hmoty jsou jsou modifikační hmoty nejsou jsou modifikační hmoty nejsou nízká odolnost proti ohni vysoká odolnostnízká odolnost proti ohni vysoká odolnostadhese, nepropustnost propustnostadhese, nepropustnost propustnostpružná deformace, nižší creeppružná deformace, nižší creepvyšší cena nižší cena vyšší cena nižší cena
Nejznámější aplikace Nejznámější aplikace polymerů ve stavební polymerů ve stavební
výroběvýrobě
Vztah mezi strukturou a Vztah mezi strukturou a vlastnostmivlastnostmi
PE – pravidelně se opakující strukturní jednotky C-HPE – pravidelně se opakující strukturní jednotky C-H22
O vlastnostech polymerů rozhodujeO vlastnostech polymerů rozhoduje: : chem. složení, chem. složení, tvar molekulárních jednotek, délka tvar molekulárních jednotek, délka makromolekuly a pohyblivost makromolekulárních řetězcůmakromolekuly a pohyblivost makromolekulárních řetězců
Typický deformační diagram makromolekulárních látekTypický deformační diagram makromolekulárních látek
Rozdílnost polymerů od Rozdílnost polymerů od ostatních materiálůostatních materiálů
Rozdíly chování při zatěžováníRozdíly chování při zatěžování
Pevnost a tuhost Pevnost a tuhost polymerůpolymerů
Modul pružnosti v závislosti na teplotěModul pružnosti v závislosti na teplotě Pevnost a tuhost prvku z modifikovaného Pevnost a tuhost prvku z modifikovaného
polystyrenupolystyrenu
Základní informace Základní informace konstruktéra o polymerukonstruktéra o polymeru
Závislost modulu pružnosti a mezní pevnosti na Závislost modulu pružnosti a mezní pevnosti na čase a teplotěčase a teplotě
Poissonův poměrPoissonův poměr Modul ve smyku event. objemový modulModul ve smyku event. objemový modul Křivky dotvarování (creep)Křivky dotvarování (creep) Mezní odolnost vůči nárazové teplotěMezní odolnost vůči nárazové teplotě Geometrie stavebních prvků Geometrie stavebních prvků Odolnost vůči danému prostředíOdolnost vůči danému prostředí Vlivy dané způsobem zpracováníVlivy dané způsobem zpracování
Závislost modulu pružnosti a mezní pevnosti na Závislost modulu pružnosti a mezní pevnosti na čase a teplotěčase a teplotě
Poissonův poměrPoissonův poměr Modul ve smyku event. objemový modulModul ve smyku event. objemový modul Křivky dotvarování (creep)Křivky dotvarování (creep) Mezní odolnost vůči nárazové teplotěMezní odolnost vůči nárazové teplotě Geometrie stavebních prvků Geometrie stavebních prvků Odolnost vůči danému prostředíOdolnost vůči danému prostředí Vlivy dané způsobem zpracováníVlivy dané způsobem zpracování
Rozdělení polymerů do tří Rozdělení polymerů do tří aplikačních sfér pro aplikačních sfér pro
konstrukcekonstrukce Polymery pro aplikace konstrukčního Polymery pro aplikace konstrukčního
Kompozity polymerů a tradičních Kompozity polymerů a tradičních stavebních hmot (částicové kompozity)stavebních hmot (částicové kompozity)
Polymery zlepšující bývalé postupy nebo Polymery zlepšující bývalé postupy nebo umožňující nová řešení rekonstrukcí umožňující nová řešení rekonstrukcí (tmely, fólie, emulze, nátěry)(tmely, fólie, emulze, nátěry)
Polymery pro aplikace konstrukčního Polymery pro aplikace konstrukčního charakteru (vláknové kompozity, charakteru (vláknové kompozity, polymerbetony)polymerbetony)
Kompozity polymerů a tradičních Kompozity polymerů a tradičních stavebních hmot (částicové kompozity)stavebních hmot (částicové kompozity)
Polymery zlepšující bývalé postupy nebo Polymery zlepšující bývalé postupy nebo umožňující nová řešení rekonstrukcí umožňující nová řešení rekonstrukcí (tmely, fólie, emulze, nátěry)(tmely, fólie, emulze, nátěry)
KompozityKompozity
„„KompozitKompozit je každý materiálový systém, je každý materiálový systém, který je složen z více (nejméně dvou) který je složen z více (nejméně dvou) fází, z nichž alespoň jedna je pevná, s fází, z nichž alespoň jedna je pevná, s makroskopicky rozeznatelným rozhraním makroskopicky rozeznatelným rozhraním mezi fázemi, a který dosahuje vlastností, mezi fázemi, a který dosahuje vlastností, které nemohou být dosaženy kteroukoli které nemohou být dosaženy kteroukoli složkou (fází) samostatně ani prostou složkou (fází) samostatně ani prostou sumací.“sumací.“
Rozdělení kompozitů: Rozdělení kompozitů: dle materiálu matrice dle materiálu matrice nana kovové (+disperze, částice, vlákna)kovové (+disperze, částice, vlákna) polymernípolymerní keramickékeramické anorganickéanorganické
Složení kompozitů 2Složení kompozitů 2 Rozdělení kompozitů: Rozdělení kompozitů: dle geometrické dle geometrické
Tři základní strukturní typy kompozitních materiálůTři základní strukturní typy kompozitních materiálů:: Kompozit I. typu (VKompozit I. typu (Vkk = V = Vff + V + Vmm)) Kompozit II. typu (VKompozit II. typu (Vkk = V = Vff + V + Vmm + V + Vvv) – uzavřené póry) – uzavřené póry Kompozit III. typu (VKompozit III. typu (Vkk = V = Vff + V + Vmm + V + Vvv) – otevřené póry) – otevřené póry
Tři strukturní typy Tři strukturní typy kompozitních materiálůkompozitních materiálů
Změny vlastností polymerů po vyztužení skelnými vlákny Změny vlastností polymerů po vyztužení skelnými vlákny (polyester, epoxid, akrylát)(polyester, epoxid, akrylát)
Výztuž: Výztuž: rohož rohož (sekaná, nahodile rozložená vlákna)(sekaná, nahodile rozložená vlákna) tkaninatkanina rovingroving (pramence vláken s orientací ve (pramence vláken s orientací ve směru namáhání)směru namáhání) vinuté vláknovinuté vlákno (impregnace předpolymerem) (impregnace předpolymerem)VláknaVlákna – přírodní, chemická, hutnická. – přírodní, chemická, hutnická. Vláknové kompozityVláknové kompozity::>> tuhost, modul pružnosti, tuhost, modul pružnosti, << mech. parametry klesají s teplotou mech. parametry klesají s teplotou
a časem (creep) a časem (creep)
Uhlíkové lamelyUhlíkové lamelyKompozitKompozit: : uhlík – polymer X uhlík – uhlíkuhlík – polymer X uhlík – uhlík (C-P) (C-C)(C-P) (C-C)Matrice v C-C kompozitech je uhlík, který Matrice v C-C kompozitech je uhlík, který
vzniká karbonizací či grafitizací prekurzoru.vzniká karbonizací či grafitizací prekurzoru.C – vláknaC – vlákna → anorganická, výroba pyrolýzou → anorganická, výroba pyrolýzou
a)a) Grafitové krystality b) Grafitové vrstvy a jejich vazbyGrafitové krystality b) Grafitové vrstvy a jejich vazby←→ ←→ kovalentní vazba, E = 910 GPakovalentní vazba, E = 910 GPa ↕ ↕ Wan der Waalsovy vazby, E = 30 GPa Wan der Waalsovy vazby, E = 30 GPa Geometrický charakter C – vlákenGeometrický charakter C – vláken::1D – vláknové1D – vláknové2D – vyztužené plošnými textiliemi2D – vyztužené plošnými textiliemi3D – objemové textilie tkané nebo splétané 3D – objemové textilie tkané nebo splétané
Charakteristické vlastnosti Charakteristické vlastnosti vlákenvláken
Porovnání uhlíkových a Porovnání uhlíkových a ocelových lamelocelových lamel
Nevýhoda C – lamel = cena!Nevýhoda C – lamel = cena!
Konec přednáškyKonec přednášky
V přednášce byly použity obrázky z knih:V přednášce byly použity obrázky z knih: „„Materials“ autor Alan Everett, Longman Materials“ autor Alan Everett, Longman
Scientific and Technical, England 1995Scientific and Technical, England 1995 „„Plasty v stavebníctve“ autor A. Letenay a M. Plasty v stavebníctve“ autor A. Letenay a M.
Aroch, Alfa Bratislava, 1985Aroch, Alfa Bratislava, 1985 „ „Plastické látky ve stavebnictví“ autor R. Plastické látky ve stavebnictví“ autor R.
Drochytka, skripta VUT 1998Drochytka, skripta VUT 1998 „„Kompozitní materiály ve stavebnictví“ autor L. Kompozitní materiály ve stavebnictví“ autor L.