Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelu
Přednaacuteška č13 ndash Čaacutest 1Polymery
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu polymerů
2 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky
Polymery majiacute ve srovnaacuteniacute s kovovyacutemi a keramickyacutemi materiaacutely (viz předchoziacute přednaacutešky)
nižšiacute měrnou hmotnost
vyacuterazně nižšiacute modul pružnosti
elastickaacute deformace (vzhledem k působiacuteciacutemu ekvivalentniacutemu napětiacute) je proto mnohem většiacute
Vyacutehodou polymerů ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami materiaacutelů je jejich
snadnaacute zpracovatelnost
velmi dobraacute korozivzdornost
relativně niacutezkaacute cena
Nevyacutehodou polymerů však může byacutet vyacuterazně nižšiacute hodnota pevnosti
nejsou (většinou) schopny odolaacutevat zvyacutešenyacutem teplotaacutem
3 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Polymery jsou makromolekulaacuterniacute laacutetky vyraacuteběneacute polymerizaciacute monomerniacutech sloučenin při ktereacutem dochaacuteziacute k několikanaacutesobneacutemu vazebneacutemu propojeniacute monomerů do makromolekulaacuterniacuteho řetězce
Počet monomerniacutech jednotek v makromolekulaacuterniacutem řetězci se nazyacutevaacute stupeň polymerizace U běžnyacutech polymerů se počet monomerniacutech jednotek pohybuje v rozmeziacute od103 do 105
Hlavniacutem převažujiacuteciacutem typem vazby v polymerech je vazba kovalentniacute
Polymerniacute řetězce nemusiacute byacutet tvořeny stejnyacutemi monomerniacutemi jednotkami Pokud však tomu tak je nazyacutevaacute se polymer izotaktickyacute Pokud se v řetězci opakujiacute pravidelně dvě monomerniacute jednotky nazyacutevaacute se polymer syndiotaktickyacute V přiacutepadě nahodileacuteho opakovaacuteniacute těchto jednotek se jednaacute o polymer ataktickyacute
4 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
5 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Struktura polymerniacutech řetězců nemusiacute byacutet nutně lineaacuterniacute řetězce se mohou větvit ndash polymery rozvětveneacutea nebo se mohou formovat do siacutetiacute ndashpolymery zesiacutetěneacute
6 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Vnit řniacute struktura polymerů amorfniacute
semikrystalickaacute
7 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute děleniacute
Podle chemickeacute konstituce a struktury makromolekul ale i dle nadmolekulaacuterniacute struktury a napěťově deformačniacuteho chovaacuteniacute lze polymery rozdělit na čtyři zaacutekladniacute skupiny
termoplasty ndash s vyacuteraznyacutem viskoelastikyacutem chovaacuteniacutem za vysokyacutech teplot rozpustneacute a proto schopneacute recyklace
reaktoplasty (termosety)ndash zesiacutetěnaacute struktura makromelekul napěťově deformačniacute chovaacuteniacute bez vyacuterazneacute viskoelastickeacute složky
elastomeryndash s vysokou hodnotu mezniacutech elastickyacutech deformaciacute
polymerniacute pěny ndash směsi plynu a polymeru
8 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Tvar napěťově-deformačniacutech charakteristik se až na termosety vyacuterazně lišiacute od kovů
9 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu polymerů
2 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky
Polymery majiacute ve srovnaacuteniacute s kovovyacutemi a keramickyacutemi materiaacutely (viz předchoziacute přednaacutešky)
nižšiacute měrnou hmotnost
vyacuterazně nižšiacute modul pružnosti
elastickaacute deformace (vzhledem k působiacuteciacutemu ekvivalentniacutemu napětiacute) je proto mnohem většiacute
Vyacutehodou polymerů ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami materiaacutelů je jejich
snadnaacute zpracovatelnost
velmi dobraacute korozivzdornost
relativně niacutezkaacute cena
Nevyacutehodou polymerů však může byacutet vyacuterazně nižšiacute hodnota pevnosti
nejsou (většinou) schopny odolaacutevat zvyacutešenyacutem teplotaacutem
3 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Polymery jsou makromolekulaacuterniacute laacutetky vyraacuteběneacute polymerizaciacute monomerniacutech sloučenin při ktereacutem dochaacuteziacute k několikanaacutesobneacutemu vazebneacutemu propojeniacute monomerů do makromolekulaacuterniacuteho řetězce
Počet monomerniacutech jednotek v makromolekulaacuterniacutem řetězci se nazyacutevaacute stupeň polymerizace U běžnyacutech polymerů se počet monomerniacutech jednotek pohybuje v rozmeziacute od103 do 105
Hlavniacutem převažujiacuteciacutem typem vazby v polymerech je vazba kovalentniacute
Polymerniacute řetězce nemusiacute byacutet tvořeny stejnyacutemi monomerniacutemi jednotkami Pokud však tomu tak je nazyacutevaacute se polymer izotaktickyacute Pokud se v řetězci opakujiacute pravidelně dvě monomerniacute jednotky nazyacutevaacute se polymer syndiotaktickyacute V přiacutepadě nahodileacuteho opakovaacuteniacute těchto jednotek se jednaacute o polymer ataktickyacute
4 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
5 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Struktura polymerniacutech řetězců nemusiacute byacutet nutně lineaacuterniacute řetězce se mohou větvit ndash polymery rozvětveneacutea nebo se mohou formovat do siacutetiacute ndashpolymery zesiacutetěneacute
6 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Vnit řniacute struktura polymerů amorfniacute
semikrystalickaacute
7 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute děleniacute
Podle chemickeacute konstituce a struktury makromolekul ale i dle nadmolekulaacuterniacute struktury a napěťově deformačniacuteho chovaacuteniacute lze polymery rozdělit na čtyři zaacutekladniacute skupiny
termoplasty ndash s vyacuteraznyacutem viskoelastikyacutem chovaacuteniacutem za vysokyacutech teplot rozpustneacute a proto schopneacute recyklace
reaktoplasty (termosety)ndash zesiacutetěnaacute struktura makromelekul napěťově deformačniacute chovaacuteniacute bez vyacuterazneacute viskoelastickeacute složky
elastomeryndash s vysokou hodnotu mezniacutech elastickyacutech deformaciacute
polymerniacute pěny ndash směsi plynu a polymeru
8 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Tvar napěťově-deformačniacutech charakteristik se až na termosety vyacuterazně lišiacute od kovů
9 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Zaacutekladniacute charakteristiky
Polymery majiacute ve srovnaacuteniacute s kovovyacutemi a keramickyacutemi materiaacutely (viz předchoziacute přednaacutešky)
nižšiacute měrnou hmotnost
vyacuterazně nižšiacute modul pružnosti
elastickaacute deformace (vzhledem k působiacuteciacutemu ekvivalentniacutemu napětiacute) je proto mnohem většiacute
Vyacutehodou polymerů ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami materiaacutelů je jejich
snadnaacute zpracovatelnost
velmi dobraacute korozivzdornost
relativně niacutezkaacute cena
Nevyacutehodou polymerů však může byacutet vyacuterazně nižšiacute hodnota pevnosti
nejsou (většinou) schopny odolaacutevat zvyacutešenyacutem teplotaacutem
3 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Polymery jsou makromolekulaacuterniacute laacutetky vyraacuteběneacute polymerizaciacute monomerniacutech sloučenin při ktereacutem dochaacuteziacute k několikanaacutesobneacutemu vazebneacutemu propojeniacute monomerů do makromolekulaacuterniacuteho řetězce
Počet monomerniacutech jednotek v makromolekulaacuterniacutem řetězci se nazyacutevaacute stupeň polymerizace U běžnyacutech polymerů se počet monomerniacutech jednotek pohybuje v rozmeziacute od103 do 105
Hlavniacutem převažujiacuteciacutem typem vazby v polymerech je vazba kovalentniacute
Polymerniacute řetězce nemusiacute byacutet tvořeny stejnyacutemi monomerniacutemi jednotkami Pokud však tomu tak je nazyacutevaacute se polymer izotaktickyacute Pokud se v řetězci opakujiacute pravidelně dvě monomerniacute jednotky nazyacutevaacute se polymer syndiotaktickyacute V přiacutepadě nahodileacuteho opakovaacuteniacute těchto jednotek se jednaacute o polymer ataktickyacute
4 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
5 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Struktura polymerniacutech řetězců nemusiacute byacutet nutně lineaacuterniacute řetězce se mohou větvit ndash polymery rozvětveneacutea nebo se mohou formovat do siacutetiacute ndashpolymery zesiacutetěneacute
6 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Vnit řniacute struktura polymerů amorfniacute
semikrystalickaacute
7 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute děleniacute
Podle chemickeacute konstituce a struktury makromolekul ale i dle nadmolekulaacuterniacute struktury a napěťově deformačniacuteho chovaacuteniacute lze polymery rozdělit na čtyři zaacutekladniacute skupiny
termoplasty ndash s vyacuteraznyacutem viskoelastikyacutem chovaacuteniacutem za vysokyacutech teplot rozpustneacute a proto schopneacute recyklace
reaktoplasty (termosety)ndash zesiacutetěnaacute struktura makromelekul napěťově deformačniacute chovaacuteniacute bez vyacuterazneacute viskoelastickeacute složky
elastomeryndash s vysokou hodnotu mezniacutech elastickyacutech deformaciacute
polymerniacute pěny ndash směsi plynu a polymeru
8 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Tvar napěťově-deformačniacutech charakteristik se až na termosety vyacuterazně lišiacute od kovů
9 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Polymery jsou makromolekulaacuterniacute laacutetky vyraacuteběneacute polymerizaciacute monomerniacutech sloučenin při ktereacutem dochaacuteziacute k několikanaacutesobneacutemu vazebneacutemu propojeniacute monomerů do makromolekulaacuterniacuteho řetězce
Počet monomerniacutech jednotek v makromolekulaacuterniacutem řetězci se nazyacutevaacute stupeň polymerizace U běžnyacutech polymerů se počet monomerniacutech jednotek pohybuje v rozmeziacute od103 do 105
Hlavniacutem převažujiacuteciacutem typem vazby v polymerech je vazba kovalentniacute
Polymerniacute řetězce nemusiacute byacutet tvořeny stejnyacutemi monomerniacutemi jednotkami Pokud však tomu tak je nazyacutevaacute se polymer izotaktickyacute Pokud se v řetězci opakujiacute pravidelně dvě monomerniacute jednotky nazyacutevaacute se polymer syndiotaktickyacute V přiacutepadě nahodileacuteho opakovaacuteniacute těchto jednotek se jednaacute o polymer ataktickyacute
4 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
5 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Struktura polymerniacutech řetězců nemusiacute byacutet nutně lineaacuterniacute řetězce se mohou větvit ndash polymery rozvětveneacutea nebo se mohou formovat do siacutetiacute ndashpolymery zesiacutetěneacute
6 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Vnit řniacute struktura polymerů amorfniacute
semikrystalickaacute
7 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute děleniacute
Podle chemickeacute konstituce a struktury makromolekul ale i dle nadmolekulaacuterniacute struktury a napěťově deformačniacuteho chovaacuteniacute lze polymery rozdělit na čtyři zaacutekladniacute skupiny
termoplasty ndash s vyacuteraznyacutem viskoelastikyacutem chovaacuteniacutem za vysokyacutech teplot rozpustneacute a proto schopneacute recyklace
reaktoplasty (termosety)ndash zesiacutetěnaacute struktura makromelekul napěťově deformačniacute chovaacuteniacute bez vyacuterazneacute viskoelastickeacute složky
elastomeryndash s vysokou hodnotu mezniacutech elastickyacutech deformaciacute
polymerniacute pěny ndash směsi plynu a polymeru
8 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Tvar napěťově-deformačniacutech charakteristik se až na termosety vyacuterazně lišiacute od kovů
9 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
5 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Struktura polymerniacutech řetězců nemusiacute byacutet nutně lineaacuterniacute řetězce se mohou větvit ndash polymery rozvětveneacutea nebo se mohou formovat do siacutetiacute ndashpolymery zesiacutetěneacute
6 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Vnit řniacute struktura polymerů amorfniacute
semikrystalickaacute
7 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute děleniacute
Podle chemickeacute konstituce a struktury makromolekul ale i dle nadmolekulaacuterniacute struktury a napěťově deformačniacuteho chovaacuteniacute lze polymery rozdělit na čtyři zaacutekladniacute skupiny
termoplasty ndash s vyacuteraznyacutem viskoelastikyacutem chovaacuteniacutem za vysokyacutech teplot rozpustneacute a proto schopneacute recyklace
reaktoplasty (termosety)ndash zesiacutetěnaacute struktura makromelekul napěťově deformačniacute chovaacuteniacute bez vyacuterazneacute viskoelastickeacute složky
elastomeryndash s vysokou hodnotu mezniacutech elastickyacutech deformaciacute
polymerniacute pěny ndash směsi plynu a polymeru
8 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Tvar napěťově-deformačniacutech charakteristik se až na termosety vyacuterazně lišiacute od kovů
9 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Struktura polymerniacutech řetězců nemusiacute byacutet nutně lineaacuterniacute řetězce se mohou větvit ndash polymery rozvětveneacutea nebo se mohou formovat do siacutetiacute ndashpolymery zesiacutetěneacute
6 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Vnit řniacute struktura polymerů amorfniacute
semikrystalickaacute
7 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute děleniacute
Podle chemickeacute konstituce a struktury makromolekul ale i dle nadmolekulaacuterniacute struktury a napěťově deformačniacuteho chovaacuteniacute lze polymery rozdělit na čtyři zaacutekladniacute skupiny
termoplasty ndash s vyacuteraznyacutem viskoelastikyacutem chovaacuteniacutem za vysokyacutech teplot rozpustneacute a proto schopneacute recyklace
reaktoplasty (termosety)ndash zesiacutetěnaacute struktura makromelekul napěťově deformačniacute chovaacuteniacute bez vyacuterazneacute viskoelastickeacute složky
elastomeryndash s vysokou hodnotu mezniacutech elastickyacutech deformaciacute
polymerniacute pěny ndash směsi plynu a polymeru
8 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Tvar napěťově-deformačniacutech charakteristik se až na termosety vyacuterazně lišiacute od kovů
9 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Zaacutekladniacute charakteristiky polymerů
Vnit řniacute struktura polymerů amorfniacute
semikrystalickaacute
7 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Zaacutekladniacute děleniacute
Podle chemickeacute konstituce a struktury makromolekul ale i dle nadmolekulaacuterniacute struktury a napěťově deformačniacuteho chovaacuteniacute lze polymery rozdělit na čtyři zaacutekladniacute skupiny
termoplasty ndash s vyacuteraznyacutem viskoelastikyacutem chovaacuteniacutem za vysokyacutech teplot rozpustneacute a proto schopneacute recyklace
reaktoplasty (termosety)ndash zesiacutetěnaacute struktura makromelekul napěťově deformačniacute chovaacuteniacute bez vyacuterazneacute viskoelastickeacute složky
elastomeryndash s vysokou hodnotu mezniacutech elastickyacutech deformaciacute
polymerniacute pěny ndash směsi plynu a polymeru
8 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Tvar napěťově-deformačniacutech charakteristik se až na termosety vyacuterazně lišiacute od kovů
9 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Zaacutekladniacute děleniacute
Podle chemickeacute konstituce a struktury makromolekul ale i dle nadmolekulaacuterniacute struktury a napěťově deformačniacuteho chovaacuteniacute lze polymery rozdělit na čtyři zaacutekladniacute skupiny
termoplasty ndash s vyacuteraznyacutem viskoelastikyacutem chovaacuteniacutem za vysokyacutech teplot rozpustneacute a proto schopneacute recyklace
reaktoplasty (termosety)ndash zesiacutetěnaacute struktura makromelekul napěťově deformačniacute chovaacuteniacute bez vyacuterazneacute viskoelastickeacute složky
elastomeryndash s vysokou hodnotu mezniacutech elastickyacutech deformaciacute
polymerniacute pěny ndash směsi plynu a polymeru
8 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Tvar napěťově-deformačniacutech charakteristik se až na termosety vyacuterazně lišiacute od kovů
9 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Tvar napěťově-deformačniacutech charakteristik se až na termosety vyacuterazně lišiacute od kovů
9 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Je to způsobeno předevšiacutem tiacutem že většina polymerů maacute kromě lineaacuterně elastickeacuteho chovaacuteniacute takeacute prvky viskoelastickeacuteho chovaacuteniacute Vyacuteznam viskoelastickeacute složky chovaacuteniacute s rostouciacute teplotou a časem vzrůstaacute Modul pružnosti polymerů je proto nutno definovat v zaacutevislosti na čase t a teplotě T
Modul pružnosti se může v zaacutevislosti na t a T měnit až v rozsahu třiacute řaacutedů
10 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
11 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
Zaacutevislost lze rozdělit do naacutesledujiacuteciacutech oblastiacute skelnaacute oblast ndash vysokyacute a maacutelo teplotně zaacutevislyacute modul pružnosti
přechodovaacute oblast ndash dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu poklesu modulu pružnosti
kaučukovitaacute oblast ndash sniacuteženaacute hodnota modulu pružnosti
oblast vizkozniacuteho tečeniacute ndash ve ktereacute se deformace polymeru řiacutediacute Newtonovyacutem zaacutekonem
Poloha přechodoveacute oblasti se charakterizuje teplotou skelneacuteho přechodu Tg
Teplotniacute zaacutevislost modulu pružnosti je vyacuterazně ovlivněna molekulovou hmotnostiacute polymeru (tedy stupněm polymerizace) stupněm zesiacutetěniacute a stupněm krystalizace
12 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Napěťově ndash deformačniacute chovaacuteniacute
S hodnotou modulu pružnosti se měniacute i charakter lomoveacuteho porušeniacute polymerů při kraacutetkodobeacutem namaacutehaacuteniacute
Pod teplotou Tg se amorfniacute i semikrystalickeacute plasty porušujiacute bez vyacuterazneacute plastickeacute deformace křehkyacutem lomem
Obdobně je tomu i u termoplastů s vysokyacutem stupněm krystalinity nad teplotou skelneacuteho přechodu kde je velmi omezenaacute schopnost plastickeacute deformace
Lineaacuterniacute amorfniacute polymery a nebo semikrystalickeacute polymery s niacutezkyacutem nebo středniacutem m stupněm krystalinity se nad teplotou Tg porušujiacute vysokoenergetickyacute tj tvaacuternyacutem lomem
Obdobně je tomu u maacutelo zesiacutetěnyacutech elastomerů nad teplotou skelneacuteho přechodu
Dlouhodobeacute statickeacute zatiacuteženiacute polymerniacutech materiaacutelů vede (obdobně jako u kovů) ke creepu (tečeniacute)
13 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Termoplasty
Makromolekulaacuterniacute laacutetky plastickeacute hmoty snadno zpracovatelneacute vstřikovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny do požadovaneacuteho tvaru Mezi teplotou skelneacuteho přechodu a teplotou taveniacute se termoplasty snadno tvarujiacute
Makromolekuly termoplastů jsou většinou lineaacuterniacute vyacutejimečně rozvětveneacute (PE)
Amorfniacute i semykrystalickaacute struktura
Mechanickeacute vlastnosti termoplastů jsou vyacuterazně ovlivněny středniacute molekulovou hmotnostiacute polymeru S rostouciacute středniacute molekulovou hmotnostiacute (tedy s rostouciacutem stupněm polymerizace) dochaacuteziacute k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti
14 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Termoplasty
15 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Termoplasty
Termoplasty majiacute řadu vynikajiacuteciacutech vlastnostiacute niacutezkaacute hustota dobraacute korozniacute odolnost
Uplatněniacute ve strojiacuterenstviacute vyacuteroba spotřebniacutech předmětů potravinaacuteřskyacute průmysl stavebnictviacute
Termoplasty s niacutezkyacutem součinitelem třeniacute a dobrou odolnostiacute proti opotřebeniacute (PA PE PTFE) ndashvyacutestelky kluznyacutech ložisek Samomaznaacute ložiska (PTFE)
Ozubenaacute kola - vyraacuteběnaacute vstřikovaacuteniacutem z PA sniacuteženiacute hlučnosti sniacuteženiacute hmotnosti
Pružneacute kompenzačniacute a dilatačniacute spojky ndash vyacuteborneacute tlumeniacute raacutezů a kmitů v strojniacutech systeacutemech
Šrouby ndash vyraacuteběneacute vstřikovaacuteniacutem z PP a PA Vyacutebornaacute korozniacute odolnost Maleacute pevnostniacute vlastnosti ndash naacutestřik na nosnyacute kovovyacute dřiacutek
16 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Termoplasty
Interieacutery součaacutestky automobilů ndash PP PA PVC a kopolymer akrylonitril-butadien-styreacuten (ABS)
Potravinaacuteřskyacute chemickyacute a stavebniacute průmysl - PVC PP PE PA a lehčenyacute PS Potrubiacute armatury naacutedrže těsněniacute aj Tam kde nestačiacute pevnostniacute vlastnosti termoplastů se vyraacutebiacute zaacutekladniacute součaacutest např z kovu a provaacutediacute se naacutestřik povrchu termoplastem
Obalovaacute technika ndash PE ve formě foliiacute
Textilniacute pr ůmysl technickaacute vlaacutekna ndash PA (Nylon)
17 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Reaktoplasty
Makromolekuly reaktoplastů mezi ktereacute se řadiacute epoxidoveacute polyesteroveacute fenol-formaldehydoveacute a melaninoveacute pryskyřice jsou ve srovnaacuteniacute s termoplasty mnohem složitějšiacute jejich uspořaacutedaacuteniacute je atatktickeacute a proto nekrystalizujiacute
Vstřikovaacuteniacutem lisovaacuteniacutem a nebo vytlačovaacuteniacutem se tyto hmoty s přiacutedavkem tvrdidla někdy i s dřevěnou moučkou bavlněnyacutemi vlaacutekny a nebo s mineraacutelniacutem plnivem zpracovaacutevajiacute přiacutemo do tvaru hotovyacutech vyacuterobků a nebo polotovarů Po teacuteto technologickeacute operaci dochaacuteziacute ve struktuře reaktoplastu uacutečinkem tvrdidla a teploty okolo 100 až 200 degC k zesiacutetěniacute molekulaacuterniacute struktury a zaacuteroveň k vyacuterazneacutemu zvyacutešeniacute pevnosti a tvrdosti finaacutelniacuteho vyacuterobku Po vytvrzeniacute jsou reaktoplasty netavitelneacute
18 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Reaktoplasty
Ve srovnaacuteniacute s termoplasty (až na některeacute vyacutejimky) majiacute reaktoplasty
vyššiacute hustotu vyššiacute modul pružnosti pevnost je přibližně na stejneacute uacuterovni (cca 40 až 80 MPa)
Lomovaacute houževnatost je však velice niacutezkaacute (cca 05 MPam12)
Velkou přednostiacute reaktoplastů je možnost jejich plněniacute různyacutemi typy praacutešků čaacutestic kraacutetkyacutech i dlouhyacutech vlaacuteken a nebo jako pojiva při vyacuterobě vrstvenyacutech materiaacutelů
Reaktoplasty naleacutezajiacute uplatněniacute ve vyacuterobě drobnyacutech součaacutestiacute pro elektrochemickyacute průmysl Pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute jsou ve sveacute čistě formě nevhodneacute
Epoxidoveacute a nebo formaldehydoveacute pryskyřice vyztuženeacute skelnyacutem vlaacuteknem a nebo průmyslovyacutemi tkaninami ndash kryty čaacutestiacute karoseriiacute aj
19 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Reaktoplasty
Melaninovaacute pryskyřice se použiacutevaacute jako pojivo pro desky z tvrzeneacuteho vrstveneacuteho papiacuteru (Umacart)
Formaldehydovaacute pryskyřice se použiacutevaacute při vyacuterobě Bakelitu
Polyesteroveacute pryskyřice ndash vyacuteroba textilniacutech vlaacuteken
20 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Elastomery
Elastomery (pryže) ndash polymery s vysokou hodnotou mezniacute elastickeacute deformace
Zaacutekladniacute stavebniacutem prvkem makromolekul je buď uhliacutek C
přiacuterodniacute kaučuk (polyizopreacuten)
polybubutandien
polychlorepreacuten
nebo atomy křemiacuteku Si a kysliacutek O
silikonovyacute kaučuk
Stupeň polymerizace je vysokyacute a přesahuje hodnotu 104
Elastomery majiacute amorfniacute a nebo slabě krystalickou strukturu
Součaacutesti a polotovary z pryžiacute jako paacutesy trubky a hadice se vyraacutebějiacute vstřikovaacuteniacutem nebo vytlačovaacuteniacutem ze zaacutekladniacute hmoty polymeru s přiacutedavkem siacutery urychlovače kyseliny stearoveacute a dalšiacutech přiacutesadBěhem několika minut po tvaacuteřeniacute dochaacuteziacute k vulkanizaci pryže ke vzniku přiacutečnyacutech vazeb mezi makromolekulami a k zesiacutetěniacute struktury
21 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Elastomery
Pro napěťově deformačniacute chovaacuteniacute elastomerů je přiacuteznačneacute že i poměrně niacutezkaacute napětiacute vyvolaacutevajiacute při teplotaacutech Tg vysokeacute hodnoty elastickeacute deformace Mohou dosahovat v některyacutech přiacutepadech 500 až 700
Přiacutečinou tohoto chovaacuteniacute (tzv kaučukoviteacute elasticity) je velkaacute deformačniacute schopnost smyček polymerniacutech řetězců a vysokaacute pevnost přiacutečnyacutech (i když jen velmi řiacutedkyacutech) kovalentniacutech vazeb mezi řetězci ktereacute se zformovaly po vulkanizaci Hustotu a pevnost těchto vazeb lze ovlivnit obsahem a složeniacutem vulkanizačniacutech přiacutesad
22 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Elastomery
23 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Elastomery
Pro popis tvaru napěťově deformačniacute charakteristiky se sice daacute až do deformace v inflexniacutem bodě použiacutet Hookuv zaacutekon ale mnohem vyacutestižnějšiacute je Mooneyova-Ryvlinova rovnice
24 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
= minus minus2
3
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Elastomery
Modul pružnosti je za normaacutelniacute teploty u elastomerů asi 10x až 1000x nižšiacute než u ostatniacutech polymerů Je to důsledek posunu tranzitivniacute k řivky modulu pružnosti k nižšiacutem teplotaacutem
Pryže majiacute rozmaniteacute použitiacute ve strojiacuterenstviacute stavebnictviacute i v lehkeacutem a elektrotechnickeacutem průmyslu předevšiacutem při vyacuterobě různyacutech součaacutestek zajišťujiacuteciacutech těsnost a pružneacute uloženiacutemechanickyacutech a hydraulickyacutech systeacutemů
Velmi vyacuteznamneacute je použitiacute pryžiacute při vyacuterobě tlakovyacutech a podtlakovyacutech (saciacutech) hadic trubek dopravniacutech pasů a pneumatik V těchto přiacutepadech se však pryž nepoužiacutevaacute jako čistaacute ale většinou s armujiacuteciacute textilniacute vložkou kovovou siacutetiacute a nebo kovovyacutemi draacutety a šroubovityacutemi pružinami
Časteacute je použitiacute pryžiacute k vyacuterobě pneumatickyacutech spojek těsniacuteciacutech manžet a tlumiacuteciacutech podložek
25 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou dvoufaacutezoveacute systeacutemy se spojitou termoplastovou nebo reaktoplastovou matriciacute v niacutež je ve značneacutem objemoveacutem podiacutelu od 50 do viacutece než 90 dispergovanaacute plynovaacute faacuteze Protože polymerniacute pěny jsou faacutezově heterogenniacute lze je považovat za kompozitniacute systeacutem
Polymerniacute pěny se se vytvaacuteřejiacute vakuovou expanziacute nebo vytlačovaacuteniacutem taveniny polymeru do vakuoveacute komory ale takeacute jednoduchyacutem miacutechaacuteniacutem nebo tlakovyacutem foukaacuteniacutem plynu do taveniny polymeru Struktura polymerniacutech pěn je tvořena buď uzavřenyacutemi nebo otevřenyacutemi buňkami
26 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Polymerniacute pěny
27 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Polymerniacute pěny
Vlastnosti polymerniacutech pěn jsou kromě vlastnostiacute zaacutekladniacute strukturniacute faacuteze polymeru ovlivněny objemovyacutem podiacutelem plynu a zaacutekladniacute strukturniacute charakteristikou podiacutelem tloušťky stěny t a velikosti buňky l tj podiacutel tl Pěnovky jednoho a teacutehož polymeru se mohou vyraacutebět v několika strukturniacutech modifikaciacutech
28 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Polymerniacute pěny
U polymerniacutech pěn s otevřenyacutemi buňkami platiacute
kde ρhellip hustota pěny ρs helliphustota polymeru v pevneacute faacutezi
Poměr hustot se pohybuje v rozmeziacute od 0005 u pěn velmi lehčenyacutech až po 05 u hustyacutech tuhyacutech pěn
Lze stanovit vztah mezi modulem pružnosti kompaktniacuteho polymeru Es
a modulem pružnosti polymerniacute pěny E ve tvaru
Hodnoty modulu pružnosti polymerniacutech pěn se tedy pohybujiacute přibližně v rozmeziacute 05 až 500 MPa
29 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
=
2
=
2
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Polymerniacute pěny
Polymerniacute pěny jsou pro svou niacutezkou hmotnost a dobreacute tepelneacute a zvukoveacute izolačniacute vlastnosti vhodneacute pro vyacuterobu obalovyacutech a stavebniacutech izolačniacutech prvků
Technickeacute ukazatele použitelnosti Odolnost proti tlakoveacutemu zatiacuteženiacute
Maximaacutelniacute teplota použitiacute (cca 50 až 120degC)
Nejrozšiacuteřenějšiacute materiaacutely pěnovyacute PVC ndash v plastizovaneacutem stavu čalounickyacute materiaacutel
pěnovyacute PE ndash izolaacutetory elektrickyacutech vodičů
pěnovyacute PS ndash obaloveacute prvky tepelně a zvukově izolačniacute desky pro stavebnictviacute
30 Přednaacuteška č 13 ndash Polymery
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlastnosti a zkoušeniacute materiaacutelů
Přednaacuteška č13 ndash ČAacuteST 2Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Uacutevod
Technickeacute materiaacutely ktereacute jsou určeny k dalšiacutemu technologickeacutemu zpracovaacuteniacute zahrnujiacute širokou škaacutelu možneacuteho chemickeacuteho složeniacute různou vnitřniacute stavbu a různeacute vlastnosti Je nutno se v nabiacutezeneacute škaacutele orientovat a vybrat spraacutevnyacute materiaacutel pro design daneacute strojniacute součaacutesti
Dnes se zaměřiacuteme na skupinu kompozitů
32 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Uacutevod
33 Přednaacuteška č 13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Uacutevod
Vyacuteroba kompozitniacutech materiaacutelů je cestou jak vhodně kombinovat vlastnosti dvou nebo i viacutece typů materiaacutelů a tak ve srovnaacuteniacute s ostatniacutemi skupinami majiacute kompozitniacute materiaacutely jak velmi dobreacute pevnostniacute vlastnosti tak i vysokou houževnatost a to při niacutezkeacute hustotě a vysokeacute konstrukčniacute tuhosti
Nevyacutehodou kompozitniacutech materiaacutelů je obtiacutežnaacute zpracovatelnost a poměrně vysokaacute cena Daacutele pak odlišnost technologie vyacuteroby konstrukčniacutech součaacutestiacute
34 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity lze považovat všechny materiaacutely jejichž struktura je tvo řenaacute matriciacute zpevněnou jemnyacutemi čaacutesticemi (obvykle o rozměrech menšiacutech než 1 microm)
Matrice může byacutet kovovaacute
keramickaacute
polymerniacute
Jemneacute čaacutestice mohou byacutet kovy
kysličniacuteky kovů
konstrukčniacute keramika
35 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Obecnou zaacutesadou při konstrukci čaacutesticovyacutech kompozitů je dodrženiacute podmiacutenky minimaacutelniacuteho rozdiacutelu koeficientu teplotniacute roztažnosti obou složek kteryacute by neměl přesahovat 410-6 K -1 Při nedodrženiacute teacuteto podmiacutenky dochaacuteziacute za zvyacutešenyacutech teplot k vnitřniacutemu pnutiacute ktereacute vyacuterazně redukuje pevnost těchto materiaacutelů
36 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute se připravujiacute povrchovou oxidaciacute mleteacuteho kovoveacuteho praacutešku a naacuteslednyacutem lisovaacuteniacutem a
sintrovaniacutem
vnitřniacute oxidaciacute kovu ve zředěneacutem tuheacutem roztoku
selektivniacute redukciacute mechanickeacute směsi kysličniacuteku kovů matrice a dispergovanyacutech čaacutestic a naacuteslednyacutem zmonolitněniacutem
mechanickyacutem smiacutešeniacutem kovoveacuteho praacutešku matrice a praacutešku jineacuteho kovu a naacuteslednyacutem teplenyacutem zmonolitněniacutem
Mezi nejčastěji vyraacuteb ěneacute čaacutesticoveacute kompozity s kovovou matriciacute patřiacute systeacutemy na baacutezi
Al s čaacutesticemi Al2O3 nebo SiC
Cu s dispergovanyacutemi čaacutesticemi AlSiO5 nebo SiO2
Ni zpevněneacuteho ThO2
Co s WC TaC TiC
Ti s Al2O3
37 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Disperzniacute zpevněniacute kovovyacutech matric kysličniacuteky kovů popř jinou keramikou je velice uacutečinneacute a to např i za vysokyacutech teplot
Čaacutesticoveacute kompozity s Al nebo Ti matriciacute se např použiacutevajiacute pro vyacuterobu strojniacutech součaacutestiacute vystavenyacutech za provozu vysokyacutem teplotaacutem Svyacutemi vlastnostmi se vyrovnajiacute oceliacutem se zaručenou meziacute kluzu při zvyacutešenyacutech teplotaacutech Naproti tomu však majiacute dalšiacute vyacutehody oproti oceliacutem menšiacute hustotu a vysokou korozniacute odolnost
Disperzně zpevněnaacute měď SiC se pro svou vyacutebornou elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebeniacute využiacutevaacute na vyacuterobu lamel vysokootaacutečkovyacutech motorů
Některeacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi Ni Fe a Co se použiacutevajiacute pro vyacuterobu nejnaacutemahanějšiacutech součaacutestiacute energetickyacutech zařiacutezeniacute a svyacutemi pevnostniacutemi parametry za vysokyacutech teplot překonaacutevajiacute žaacuteropevneacute oceli
Slinuteacute praacutešky Co WC a TiC se pro svou vysokou tvrdost kteraacute dosahuje až 1700 HV a pro vynikajiacuteciacute pevnostniacute vlastnosti za vysokyacutech teplot použiacutevajiacute při vyacuterobě vysoce namaacutehanyacutech naacutestrojů
38 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Čaacutesticoveacute kompozity
Za čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi keramiky lze považovat i porcelaacuten (Obsahuje jemneacute dispergovaneacute čaacutestice mullitu ale i většiacute čaacutestice (5 microm) křemene)
Mezi nejvyacuteznamnějšiacute čaacutesticoveacute kompozity na baacutezi plastů patřiacute pryže Zaacutekladniacute surovinou je kaučuk Plněniacutem saziacute nebo SiO2 (40-50 hmotnostniacutech diacutelů) se dosahuje až 10-ti naacutesobneacuteho zvyacutešeniacute pevnosti Např SBR (styren butadien kaučuk) plněnyacute 50 hmotnostniacutem diacutely saziacute dosahuje pevnosti 26 MPa s modulem pružnosti E = 46 MPa a tažnosti 520
Plněniacutem plastů jemnyacutemi čaacutesticemi mineraacutelů keramiky nebo kovů vede většinou ke zvyacutešeniacute jejich tuhosti modulu pružnosti a někdy i pevnosti Houževnatost je však ve srovnaacuteniacute s matriciacute poněkud menšiacute
Některaacute plniva zlepšujiacute dalšiacute vlastnosti plastů jako dimenzionaacutelniacute stabilitu během tvarovaacuteniacute tepelnou elektrickou vodivost creepoveacute vlastnosti a ve většině přiacutepadů snižujiacute takeacute cenu finaacutelniacutech vyacuterobků
39 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Granulaacuterniacute kompozity
Zaacutekladniacute matrice je plněna čaacutesticemi většiacutemi než 1 microm obvykle však většiacutemi než 10 microm
Mezi nejběžnějšiacute kompozity patřiacute beton(matrice cementovyacute tmel plnivo piacutesek štěrk) Lze ho tedy považovat (zjednodušeně) za třiacutefaacutezovyacute strukturniacute systeacutem
Zaacutekladniacute složky betonu majiacute poměrně vysokeacute pevnosti v tlaku (cementovyacute gel cca 90 ndash 130 MPa přiacuterodniacute kaacutemen cca 150-280 MPa) Beton jen cca 40 ndash 50 MPa Důsledek složiteacuteho napjatostniacute stavu uvnitř betonu a velikaacute poacuterovitost cementoveacuteho tmelu po zatuhnutiacute Pro zvyacutešeniacute pevnosti např přiacutedavek praacutešku termoplastu
Polymerbetony
Takeacute poreacutezniacute skelnaacute keramika (porcelaacuten kamenina a paacuteleneacute cihly) obsahujiacute čaacutestice většiacute než 1 microm a lze je proto považovat za granulaacuterniacute kompozity
40 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity jsou nejperspektivnějšiacute konstrukčniacute materiaacutely
Pro vyacuterobu komponenty (jež maacute určityacute tvar a je nějakyacutem způsobem namaacutehanaacute) se přiacutemo navrhuje vhodnaacute kombinace matrice a vlaacutekna a samozřejmě i vhodnaacute technologie vyacuteroby prvku
Vlaacutekniteacute kompozity lze rozdělit do třiacute zaacutekladniacutech skupin kompozity s kovovou matriciacute
kompozity s keramickou skelnou a nebo silikaacutetovou matriciacute
kompozity s polymerniacute matriciacute
Kovovaacute matrice Vyacutehody ndash elektrickaacute a tepelnaacute vodivost nehořlavost vysokaacute pevnost ve smyku
vysokaacute houževnatost rezistence proti opotřebeniacute nebo povrchoveacutemu poškozeniacute
Nevyacutehoda ndash podstatně vyššiacute cena než u kompozitů s polymerniacute matriciacute
Použitiacute ndash leteckaacute a raketovaacute technika automobilovyacute průmysl
41 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity
Vlaacutekniteacute kompozity
Keramickaacute matrice Vysokaacute pevnost v ohybu i za vysokyacutech teplot niacutezkaacute měrnaacute hmotnost vynikajiacuteciacute
odolnost proti oxidaci
Nevyacutehodou může byacutet niacutezkaacute houževnatost Čaacutestečně odstranit použitiacutem kovovyacutech vyacuteztužnyacutech vlaacuteken
Polymerniacute matrice Matrice termoplasty PA PE PP PC PS a akrylolaminaacutet
Většiacute odolnost proti poklesu pevnosti za vyššiacutech teplot majiacute kompozity na baacutezi reaktoplastů Rovněž se dosahuje velmi dobreacuteho uacutenavoveacuteho chovaacuteniacute
42 Přednaacuteška č13 ndash Kompozity