Εργαστήριο Συνθέτων Υλικών Εργαστηριακή Άσκηση 04 ΥΛΙΚΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Διδάσκων Δρ Κατσιρόπουλος Χρήστος Τμήμα Μηχανολογίας ΑΤΕΙ Πατρών 2014-15 1
Ταξινόμηση ΣΥ 2
Διάφοροι Τύποι ινών 3
Ίνες Άνθρακα -υψηλές ειδικές τιμές δυσκαμψίας -πολύ χρήσιμες σε κατασκευαστικά δομικά στοιχεία στα οποία είναι απαραίτητη η όσο το δυνατόν μείωση του βάρους. -τύποι AS4, T300, C6000: σε θερμοκρασίες μεταξύ 1200 και 1500 ο C -ακόμα μεγαλύτερες τιμές του μέτρου ελαστικότητας: ίνες γραφίτη (τύποι GY-70, pitch) κατεργάζονται σε θερμοκρασίες μεταξύ 2000 και 3000 ο C 4
Ίνες Άνθρακα 5
Ίνες Άνθρακα 6
Ίνες Άνθρακα -μέτρο ελαστικότητας σε εφελκυσμό από 270-517Gpa. -Οι ίνες με χαμηλό μέτρο ελαστικότητας έχουν μικρότερο ειδικό βάρος, χαμηλότερο κόστος, υψηλότερη αντοχή και μεγαλύτερες παραμορφώσεις θραύσης σε εφελκυσμό απ ότι οι ίνες με υψηλό μέτρο ελαστικότητας -υψηλοί λόγοι αντοχής/βάρους, μέτρου ελαστικότητας/βάρους, πολύ μικρός συντελεστής γραμμικής θερμικής επιμήκυνσης και υψηλή αντοχή κόπωσης -μικρή αντοχή κρούσης και μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα, υψηλό κόστος(δέκα φορές τουλάχιστον υψηλότερο από το κόστος παραγωγής των ινών γυαλιού) -μίγμα άμορφου και γραφιτικού άνθρακα -Στην παραγωγή ανθρακονημάτων, ως πρώτη ύλη χρησιμοποιούνται ίνες του πολυμερούς πολυακρυλονιτρίλιου (PAN). Η παραγωγή ινών γραφίτη από ίνες PAN πραγματοποιείται σε τρία στάδια 7
Ίνες Γυαλιού -αποτελούν τον πιο συνηθισμένο τρόπο ενίσχυσης πολυμερών υλικών -χαμηλό κόστος, υψηλή εφελκυστική αντοχή, υψηλή χημική αντίσταση και πολύ καλή μονωτική ικανότητα -χαμηλό μέτρο ελαστικότητας σε εφελκυσμό, το σχετικά ειδικό βάρος, η χαμηλή αντίσταση σε κόπωση και η υψηλή σκληρότητα η οποία προκαλεί φθορά στα καλούπια και στα κοπτικά εργαλεία -τύπος Ε, είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος γυαλιού αφού παρουσιάζει καλή αντοχή και δυσκαμψία, πολύ καλή συμπεριφορά στον ηλεκτρισμό και σε συνθήκες επιθετικού περιβάλλοντος -τύπος S, ο οποίος έχει εξελιχθεί ειδικά για την κατασκευή τμημάτων αεροσκαφών και έχει τη μεγαλύτερη εφελκυστική αντοχή Η παραγωγή των ινών γίνεται με διέλαση τήγματος γυαλιού διαμέσου μήτρας με διάτρητο πυθμένα 8
Ίνες Γυαλιού 9
Ίνες Γυαλιού 10
Ίνες Βορίου -υψηλό μέτρο ελαστικότητας, 380-415GPa -Σε συνδυασμό με τη μεγάλη διάμετρο τους έχουν εξαιρετική αντίσταση σε λυγισμό. Η ιδιότητα αυτή έχει σα συνέπεια μεγάλη θλιπτική αντοχή για τα σύνθετα υλικά ενισχυμένα με ίνες βορίου. -Το βασικό τους μειονέκτημα είναι το κόστος τους, που είναι υψηλότερο ακόμα και από αυτό για πολλούς τύπους άνθρακα. -χρησιμοποιούνται κυρίως για αεροναυτικές εφαρμογές -Το βόριο αποτελεί το περισσότερα υποσχόμενο υλικό για την κατασκευή ινών ενίσχυσης 11
Ίνες Βορίου 12
Ίνες Βορίου 13
Ίνες Kevlar -έχουν το μικρότερο ειδικό βάρος από όλες τις ίνες καθώς και τον υψηλότερο λόγο αντοχής/βάρους -χαμηλή θλιπτική αντοχή -δυσκολία στη μηχανική κατεργασία τους - Έχουν αντικαταστήσει τις ίνες γυαλιού σε εφαρμογές όπου είναι σημαντικά το μικρό βάρος, η υψηλή αντοχή και η αντίσταση στην τοπική ζημιά. -Το Kevlar είναι ένα υψηλά κρυσταλλικό αρωματικό πολυαμίδιο. Η επαναλαμβανόμενη μονάδα στο μόριο του είναι το πολυαμίδιο (όπως στο νάυλον) και το αρωματικό δαχτυλίδι. Το αρωματικό δαχτυλίδι είναι αυτό που προσδίδει υψηλότερη δυσκαμψία και πολύ καλύτερη χημική και θερμική σταθερότητα της αλυσίδας του σε σχέση με το νάυλον. -κατασκευάζονται με εξαγωγή του όξινου διαλύματος μιας κατάλληλης πρώτης ύλης από έναν επιταχυντή 14
Ίνες Kevlar 15
Ίνες Kevlar 16
Κοκκώδη 17
Κοκκώδη 18
Πολύστρωτα (laminates) -η μήτρα και η ενίσχυση έχουν τη μορφή φύλλων -αποτελούνται από αλλεπάλληλες στρώσεις ομοίων ή και διαφορετικών υλικών -ο συνδυασμός τους μπορεί να δώσει ένα σύνθετο με εξαιρετικές ιδιότητες που συνήθως είναι αντοχή, ακαμψία, ελαφρότερη κατασκευή, αντίσταση στη διάβρωση, αντίσταση στη φθορά, αισθητική, θερμική μόνωση, ακουστική μόνωση κ.α. 19
Πολύστρωτα (laminates) 20
Sandwich -Δομικό στοιχείο από sandwich υλικό προκύπτει από τη σύνδεση, κόλληση ή συγκόλληση, δύο λεπτών επιδερμίδων (skin) υλικού υψηλών μηχανικών ιδιοτήτων, πάνω σε μια «καρδιά» -«ψίχα» ελαφρού υλικού χαμηλών μηχανικών ιδιοτήτων, που καλείται υλικό πλήρωσης (filler material), εξασφαλίζει τη διατήρηση της απόστασης μεταξύ των επιδερμίδων - Το υλικό πλήρωσης είναι είτε κάποιο αφρώδες πολυμερές, συνηθέστερα πολυουρεθάνη, είτε κάποιο ελαφρύ μέταλλο, συνηθεστέρα Al, το οποίο είναι διαμορφωμένο σε κυψελοειδή γεωμετρία
Sandwich