Nem fémes szerkezeti anyagok

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 lévő kapcsolat 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, 1m-tól a mm-ig részecskék vannak beágyazva.

• Ilyen pl. a beton, a keményfémek ( WC, TiC részecskék vannak a fém Co-ba beágyazva.), 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 polimerszál erősítésű 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 tartalmazó alapanyagok pirolízisével, nyújtásával hoznak létre a szálirányban összefüggő grafit kristályokat

Szálerősítésű kompozitokalapanyagai: hordozó (mátrix)

• A hordozóanyagok különféle, rendszerint két komponensű, hőre keményedő műgyanták

• A műgyanta egyik komponense a folyékony polimer, amelyhez a térhálósító adalékokat hozzákeverve, majd a szálakat, töltőanyagokat bedolgozva kikeményítik

Szálerősítésű kompozitok jellegzetes példái

• Leggyakrabban üveg- vagy karbon szál és műgyanta alapanyagból készülnek

• Üvegszál erősítésű polimerek:GFRP: Glass Fiber Reinforced Polymer

• Karbonszál erősítésű polimerek:CFRP: Carbon Fiber Reinforced Polymer

• Legősibb szálerősítésű kompozit a vályog tégla volt (Mezopotámia, 5-6000 éve)

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 szerkezetek Példa: 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 szerkezetek Példa: versenyautó váz

• A Forma-1 autók karosszériája karbon szál erősítésű kompozit anyagból készül

• Előny: kis tömeg, nagy szilárdság, az egyedi gyártás viszonylagos olcsósága

Kompozit anyagból készült szerkezetek

Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: 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

CF/EP

CF/aramid/EP

GFRP

Aramid/DuPont Nomex

Aramid/foam core

CF/DuPont Nomex

Kompozit anyagból készült szerkezetek

Réteges kompozitok

• a szerkezeti anyagok síkok mentén kapcsolódnak egymáshoz, és előállítsuk legtöbbször alakítással történik.

• Pl.a szendvicsszerkezetű nagyszilárdságú alumínium vagy titánlemezek közötti teret méhsejtszerűen elhelyezett polimerekkel kitöltött repülőgép burkolóelemek, ajtók, az alumíniummal bevont papír, a lakkal bevont alumínium stb.

Réteges kompozitok: síléc

Réteges kompozitok: arall

Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: 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 táblákká

préselik 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 kompozitok önmagukban, és egymással kombinálva is használatosak.