Nem fémes szerkezeti anyagok Kompozitok
Kompozitok A kompozitok vagy társított anyagok olyan szerkezeti anyagok, amelyeket két vagy több különböző anyag pl. fém- kerámia, kerámia - műanyag, kerámia - kerámia, fém - műanyag, műanyag - üveg stb. egyesítésével állítanak elő, és a köztük lévő kapcsolat a terhelés növelésével is megmarad.
Kompozitok A kompozitok alapvetően két részre bonthatók: a befoglaló anyagra (mátrixra) és az abba beépülő második fázisra (erősítő vagy társító anyagra)
Kompozitok A kompozitok előállításánál a két anyag előnyös tulajdonságait kombináljuk. A kompozitok szerkezetüket tekintve lehetnek: részecskékből összetett ( diszperzió) szálas ( rövid vagy hosszúszálas) rétegelt felületi réteges ( bevonatos)
Részecskékből összetett, szemcsés kompozitok A mátrixanyagba, 1µm-tól a mm-ig részecskék vannak beágyazva. Ilyen pl. a beton, a keményfémek ( WC, TiC részecskék vannak a fém Co-ba beágyazva.), a fémkerámiák (cermet = ceramic + metals) oxidkerámiák pl. Al 2 O 3 vagy ZrO 2 van fémes mátrixba pl. Fe, Cr, Co, Mo ágyazva.
Szálas kompozitok Ilyenek: az üvegszál erősítésű műanyagok, a polimerszál erősítésű műanyagok, a szénszál erősítésű műanyagok. A mátrix általában valamilyen duroplaszt. De lehetnek pl. Ni szálal erősített kerámiák A szálak irányításával az anyag izotróppá tehető. Igen fontos anyag a vasbeton.
Szálerősítésű kompozitok
Szálerősítésű kompozitok alapanyagai: szálak Üvegszál: olvadt üvegből fokozatosan húznak 6 12 µm átmérőjű szálakat, melyeket köteg, paplan vagy szövet formában hoznak forgalomba Grafit (karbon) szál: különféle karbonláncú vegyületeket tartalmazó alapanyagok pirolízisével, nyújtásával hoznak létre a szálirányban összefüggő grafit kristályokat
Szálerősítésű kompozitok alapanyagai: hordozó (mátrix) A hordozóanyagok különféle, rendszerint két komponensű, hőre keményedő műgyanták A műgyanta egyik komponense a folyékony polimer, amelyhez a térhálósító adalékokat hozzákeverve, majd a szálakat, töltőanyagokat bedolgozva kikeményítik
Szálerősítésű kompozitok jellegzetes példái Leggyakrabban üveg- vagy karbon szál és műgyanta alapanyagból készülnek Üvegszál erősítésű polimerek GFRP Karbonszál erősítésű polimerek CFRP Aromás poliamid (aramid) erősítésű polimerek Paraaramid KEVLAR Metaaramid - NOMEX Legősibb szálerősítésű kompozit a vályog tégla volt (Mezopotámia, 5-6000 éve)
Szálerősítésű kompozitból készült szerkezetek CF/EP CF/aramid/EP GFRP Aramid/DuPont Nomex Aramid/foam core CF/DuPont Nomex
Szálerősítésű kompozitból készült szerkezetek
Szálerősítésű kompozitok: a szálak körüli feszültség mező A szál és a hordozóanyag kötése egymáshoz (elérhető nyírófeszültség) A terhelés átadása a szál és a hordozó-anyag között (adhéziós kötéssel)
Szálerősítésű kompozitok: a szálak körüli feszültség mező
Szálerősítésű kompozitok: az R m és E változása a szálak mennyiségének függvényében
Szálerősítésű kompozitok: az R m és E változása az orientáció függvényében
Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: kerékpár váz Lehetséges váz anyagok: Acél cső Alumínium, titán cső Kompozit anyag A kompozit váz alkalmazásakor az anyag, alak, méret és a gyártási mód összehangolása szükséges
Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: versenyautó váz A Forma-1 autók karosszériája karbon szál erősítésű kompozit anyagból készül Előny: kis tömeg, nagy szilárdság, az egyedi gyártás viszonylagos olcsósága
Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: széllovas (windsurf) Test: több rétegű kompozit héj, belső merevítések, az üregeket kitöltő hab Árbóc: üvegszállal erősített polimer (lehet fém-fém kompozit is) Vitorla: rövid szálakkal erősített, szövött vagy öntött kompozit anyag (kevlar) Uszony: üvegszállal erősített polimer Árbóc gyök: poliuretán rugó
a szerkezeti anyagok síkok mentén kapcsolódnak egymáshoz, és előállítsuk legtöbbször alakítással történik. Pl.a szendvicsszerkezetű nagyszilárdságú alumínium vagy titánlemezek közötti teret méhsejtszerűen elhelyezett polimerekkel kitöltött repülőgép burkolóelemek, ajtók, az alumíniummal bevont papír, a lakkal bevont alumínium stb. Réteges kompozitok
Réteges kompozitok: síléc
Réteges kompozitok: arall
Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: versenyautó váz A karosszéria merevségét a szendvics szerkezet fokozza (két sík réteg között méhsejt mintázatú összekötő cellák)
Fa alapú kompozitok: áttekintés 1. rétegelt lemez 2. farost lemez 3. Pozdorjalap 4. Faforgácslap 5. OSB lap 6. parafa
Fa alapú kompozitok (1) Rétegelt lemez (furnér lemez) Vékony falemezeket kötőanyaggal egyesítenek A szálirány 90 o -ban változó, emiatt az anizotrópia csökken, a szilárdság javul Farost lemez Rostjaira bontott faanyag és formaldehid gyanta keveréke Préshengerléssel formázzák végső méretre
Fa alapú kompozitok (2) Pozdorja lap Kender és len szártöredék és hőre keményedő műgyanta alkotja A masszát táblákká sajtolják Faforgács lap Szárított faforgácsot karbamid gyantával kötnek össze Magas hőmérsékleten táblákká préselik és a felületeket csiszolják
Fa alapú kompozitok (3) OSB lap Irányított forgácsirányú falemez rönkfából aprítanak rövid szalagokat, ezeket orientáltan helyezik el és gyantával összekötik A lapokat nagy nyomáson, 215 C o hőmérsékleten sajtolják össze táblává Parafa Parafa granulátumból sajtolnak különböző termékeket
Összefoglalás A kompozit anyagok tetszőleges igények szerint alakíthatóak, mindig a szerkezet funkciójának és igénybevételének megfelelően A szemcsés, szálas és rétegelt kompozitok önmagukban, és egymással kombinálva is használatosak.