Ε Θ Ν Ι Κ Ο Μ Ε Σ Ο Β Ι Ο Π Ο Λ Τ Σ Ε Υ Ν Ε Ι Ο Υ Ο Λ Η Π Ο Λ Ι Σ Ι Κ Ω Ν Μ Η Υ Α Ν Ι Κ Ω Ν Δ Ρ Γ Α Σ Η Ρ Ι Ο Μ Δ Σ Α Λ Λ Ι Κ Ω Ν Κ Α Σ Α Κ Δ Τ Ω Ν Σ Υ Ν Θ Δ Τ Α Υ Λ Ι Κ Α Σ Ε Υ Ν Ο Λ Ο Γ Ι Α & Τ Μ Π Ε Ρ Ι Φ Ο Ρ Α Ιωάννης Γ. Ραυτογιάννης ΑΘΗΝΑ 2013
ΤΝΘΔΣΑ ΤΛΙΚΑ Οξηζκόο : Τα Σύλζεηα Υιηθά είλαη ζπλδπαζκόο δύν ή πεξηζζνηέξσλ πιηθώλ, θαζέλα εθ ησλ νπνίσλ ζπκκεηέρεη ππό δηαθξηηή κνξθή ζην λέν ζρεκαηηζκό. Σηελ πξάμε, ην έλα από ηα δύν πιηθά είλαη ηζρπξό θαη παξαιακβάλεη ην κέγηζην κέξνο ηνπ θνξηίνπ, ελώ ην άιιν είλαη αζζελέο θαη ρξεζηκεύεη πεξηζζόηεξν ζαλ ζπλδεηηθό κέζν. Τα μεηαλλικά κπάμαηα απνηεινύληαη από δύν ή πεξηζζόηεξα κέηαιια αιιά είλαη νκνηνγελή πιηθά. Σπλεπώο, δελ κπνξνύλ λα ραξαθηεξηζζνύλ σο ζύλζεηα πιηθά. Τν ζκςπόδεμα απνηειεί θιαζηθό παξάδεηγκα ζύλζεηνπ πιηθνύ όπνπ ηα ζθύξα θαη ην ηζηκέλην παξακέλνπλ δηαθξηηά. Τν ηζηκέλην παίδεη ην ξόιν ηνπ αζζελνύο ζπλδεηηθνύ κέζνπ, ελώ ηα ζθύξα είλαη ην ηζρπξό πιηθό πνπ θέξεη ηα θνξηία. Οκνίσο θαη ην σπιηζκέλν ζθπξόδεκα. Τν ιζσςπό ςλικό θαιείηαη οπιηζκός (reinforcement) θαη έρεη ζπλήζσο ηε κνξθή ηλώλ, ελώ ην αζζελέο ζςνδεηικό ςλικό θαιείηαη κεηρώο (matrix). Μποπεί να γίνει ένα πλήθορ ζςνδςαζμών επιμέποςρ ςλικών ώζηε ηο ηελικό πποφόν να έσει οπιζμένερ επιθςμηηέρ ιδιόηηηερ.
Βιβλιογπαθία Βηβιία : S. Tsai 1980, Introduction to Composite Materials B. Agarwal & L. Broutman, 1979, Analysis and Performance of Fiber Composites J. Vinson & R. Sierakowski, 1986, The Behavior of Structures composed of Composite Materials R. Gibson, 1995, Principles of Composite Materials R. M. Jones, 1999, Mechanics of Composite Materials Kollar & Springer, 2003, Mechanics of Composite Structures (Cambridge) Gay, Hollar, Tsai, 2003, Composite Materials : Design & Applications Γηεζλή Πεξηνδηθά : Journal of Composite Materials Journal of Reinforced Plastics & Composites Composite Structures AIAA Journal Thin-Walled Structures ASCE Journal of Materials in Civil Engineering
Κλάδοι όπος αναπηύζζεηαι η Σεσνολογία ηυν ύνθεηυν Τλικών Αεξνλαππεγηθή Ναππεγηθή Απηνθηλεηνβηνκεραλία Γνκηθά Σηνηρεία Αζιεηηζκόο - Γηαθόζκεζε
Παπαδείγμαηα σπήζηρ ύνθεηυν Τλικών Αεξνλαππεγηθή Ναππεγηθή
Απηνθηλεηνβηνκεραλία Αζιεηηθά είδε Γηαθνζκεηηθά Σηνηρεία
Γνκηθά Σηνηρεία
Πανέλα με νεςπώζειρ από ύνθεηα Τλικά Γιάθοπερ Μοπθέρ Νεςπώζευν
Γοκοί από ύνθεηα Τλικά
Πλεονεκηήμαηα - Μειονεκηήμαηα.Τ. Μηθξό Βάξνο Υςειή αληνρή θαη αθακςία Πνιύ θαιή ζπκπεξηθνξά ζε θόπσζε Υςειή αληνρή ζε δηάβξσζε Αληνρή ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο Γπλαηόηεηα λα ξπζκηζηνύλ νη κεραληθέο ηδηόηεηεο σο πξνο ζέζε θαη δηεύζπλζε Υςειό θόζηνο Παξαγσγήο
Σύποι ύνθεηυν Τλικών (α) Ιλοπιηζκέλα (ζπλερείο ή θνληέο ίλεο) (Fibrous Composites) (β) Οπιηζκέλα κε θοκκάηηα (Particulate Composites)
(γ) Υιηθά ζε δηαθρηηές ζηρώζεης (Laminar) (δ) Υβρηδηθά κε περηζζόηερα ηωλ 2 σιηθά ( Hybrid )
Σύποι ύνθεηυν Τλικών Απεηθόληζε Τύπωλ Σύλζεηωλ Υιηθώλ
Καηηγοπίερ ύνθεηυν Τλικών (με βάζη ηο ζςνδεηικό ςλικό μηηπώο) PMC (polymer matrix composites) κεηξών από πνιπκεξή πιηθά MMC (metal matrix composites) κεηαιιηθό κεηξών CMC ( ceramic matrix composites) κεηξών από θεξακηθά πιηθά
Καηάηαξη με βάζη ηη μοπθή ινών σλετείς προζαλαηοιηζκέλες ίλες κε κεγάιο κήθος (Unidirectional composites) Κοληές ίλες (Whiskers) Πεπιεγκέλες ίλες κε προζαλαηοιηζκέλες ζε 2-D (Random Composites) Πεπιεγκέλες ίλες ζε 3-D (Yarns)
Καηάηαξη με βάζη ηην μοπθή ινών Απεηθόληζε κνξθώλ ηλώλ ζύλζεηωλ πιηθώλ
Μοπθέρ πλέξηρ ινών
Δθελκςζηική ανηοσή ινών
Τλικά Οπλιζμού - Reinforcements Alumina Aluminum Boron Boron Nitride Beryllium Glass Graphite Aramid (Kevlar) Silicon Carbide Silicon Nitride Titanium Tungsten (Βολφράμιο) Al Al BN Be Gl Gr Kv SiC Si Ti W 2 3 O N 3 4 Κύπια ςλικά οπλιζμού ενίζσςζηρ ςτηλήρ απόδοζηρ (Principal High Performance Reinforcements)
Τλικά Μηηπώος - Matrix Materials Acetals Acrylics Aluminum Epoxy Graphite Nickel Nylon Polybenzimidazoles (Thermosets, Thermoplastics, Metals ) Polyesters Polyethelenes Phenolics Polypropylenes Polyimides Polyutheranes Phenyl-silanes Titanium Κύπια ςλικά μηηπώος ςτηλήρ απόδοζηρ (Principal High Performance matrices)
Ίνες γσαλιού
Ίνες γραθίηη
Ίνες αραμιδίοσ (Kevlar)
Ινοπλιζμένα Πολςμεπή (Fiber Reinforced Polymers FRP) Πιαζηηθά οπιηζκέλα κε ίλες (θπξίσο γπαιηνύ) - τεηηθά θζελά - Καηαζθεσάδοληαη θαη τρεζηκοποηούληαη εδώ θαη 40 τρόληα Έτοσλ εσρύηαηε εθαρκογή ζε : καηαζκεςέρ και επιζκεςέρ θαλάζζιυν ζκαθών ενιζσςμένα δομικά ζηοισεία ζυλήνερ ημήμαηα αςηοκινήηυν αθληηικά είδη
Αεποναςπηγικά Πολςμεπή (Advanced Composites) Οπλιζμένα με ίνερ γςαλιού, γπαθίηη, aramid ή άλλυν οπγανικών ςλικών Φξεζηκνπνηνύληαη θπξίσο ζηελ αεξνλαππεγηθή Δίλαη ζρεηηθώο αθξηβά Σπλδπάδνπλ πςειή αληνρή θαη δπζθακςία κε κηθξό βάξνο Τα πνιπκεξή ζύλζεηα έρνπλ : Υτηλή ανηοσή και δςζκαμτία ζσεηικά με ηο βάπορ ηοςρ Καλύηεπα σαπακηηπιζηικά ένανηι διάβπυζηρ και κόπυζηρ Πεπιοπιζμένη εθαπμογή ζε θεπμοκπαζίερ κάηυ ηυν 320 ºC Υτηλόηεπο κόζηορ ζε ζσέζη με ηα ζςμβαηικά ςλικά
Μεηαλλικά ύνθεηα Τλικά (MMC) Τα κεηαιιηθά ζύλζεηα πιηθά απνηεινύληαη από κεηξών κεηάιιωλ κε κηθξό εηδηθό βάξνο όπσο Al (Αινπκίλην) θαη Mg (Μαγλήζην). Δίλαη νπιηζκέλα κε ζπλερείο ίλεο ή ζσκαηίδηα νξγαληθώλ ελώζεσλ ηνπ ππξηηίνπ (SiC), γξαθίηε ή θεξακηθέο ίλεο. Τα κεηαιιηθά ζύλζεηα πιηθά έρνπλ : Υτηλή ανηοσή και δςζκαμτία ζε ζσέζη με ηα ανηίζηοισα μέηαλλα Μικπόηεπη ολκιμόηηηα και ζκληπόηηηα
Κεπαμικά (Ceramics CMC) Τα θεξακηθά ζύλζεηα πιηθά νπιίδνληαη κε θνκκάηηα ή ίλεο κεηαιιηθέο ή θεξακηθέο. Χρεζηκοποηούληαη θπξίσο σο πξνζηαηεπηηθέο ζηξώζεηο επί αζζελέζηεξσλ ή εππαζέζηεξσλ πιηθώλ Πιενλεθηήκαηα Μεηνλεθηήκαηα Υτηλή ανηοσή ζε μεγάλερ θεπμοκπαζίερ Εξαιπεηική ανηοσή ένανηι θςζικήρ και σημικήρ διάβπυζηρ Χαμηλή θεπμοκπαζιακή ζηαθεπά Ψαθςπή ζςμπεπιθοπά
Ιδιόηηηερ ηςποποιημένυν ζύνθεηυν ςλικών
Τγποθεπμική ςμπεπιθοπά ύνθεηυν Τλικών
σέζη ανηοσήρ και πποζαναηολιζμού ηυν ινών
Τσπικό πείραμα ερπσζμού
Τσπικό πείραμα ταλάρωζης
ύγκπιζη ανηοσών και δςζκαμτιών
Καηάηαξη Ινών Λεπηές ίλες < 0.001 cm Ίλες 0.001 0.032 cm ύρκαηα 0.032 0.25 cm Ράβδοη > 0.25 cm
Γιαδικαζίερ παπαγυγήρ ύνθεηυν Τλικών Φεηξωλαθηηθή δηαδηθαζία κόξθωζεο δηαζηξωκάηωζεο «Hand lay-up»
Γηαζηξωκάηωζε κε πξνθαηαζθεπαζκέλεο ζηξώζεηο «Prepreg lay-up»
Μέζω πεξηβιήκαηνο «Bag molding»
Γηαδηθαζία κέζω πεξηβιήκαηνο «Υιηθά & εμνπιηζκόο»
Γηακόξθωζε κε εθκαγείν ζπκπίεζεο «Compression Molding»
Καινύπη ξεηηλελέζεωο «Resin Transfer Molding»
Παξαγωγή κε Έιμε «Pultrusion process»
Παξαγωγή κε Πεξηέιημε «Filament Winding»
Γηακόξθωζε κέζω ζαιάκνπ ζπκπίεζεο «Autoclave Processing»
Γηαζηξωκάηωζε - ηειηθό πξνϊόλ
ηάδια διαδικαζίαρ παπαγυγήρ.τλικών
Δπαλληλία 3 ζηπώζευν για ηη δημιοςπγία διαζηπυμάηυζηρ
Καηαζκεςή διαζηπυμάηυζηρ με πςπήνα
ςμπεπιθοπά ύνθεηυν Τλικών Δθειθπζκόο (έθηαζε & θακπύιωζε) Θεξκνθξαζηαθή κεηαβνιή (ζπλνδεπόκελε από θακπύιωζε) Δθειθπζκόο (έθηαζε & ζπζηξνθή) Δθειθπζκόο (νξζή & δηαηκεηηθή παξακόξθωζε)