View
289
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/28/2019 compozite termoplastice
1/14
Universitatea Politehnica Bucuresti
Facultatea de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor
NANOCOMPOZITE CERAMICE
ARMATE CU POLIMERI
Student:
Nanora Gabriel
7/28/2019 compozite termoplastice
2/14
Bucuresti, 2013
2
7/28/2019 compozite termoplastice
3/14
Introducere
Materialele compozite au fost concepute pentru a nlocui, ntr-o
proporie tot mai mare, materialele tradiionale feroase i neferoase, care
sunt caracterizate de unele neajunsuri referitoare la performanele,
procedeele de obinere i prelucrare, gabarite, mase, complexiti
geometrice, domenii de utilizare i costuri importante.
Materialele compozite sunt materiale cu proprieti anizotrope, formatedin mai multe componente, a cror organizare i elaborare permit
folosirea celor mai bune caracteristici ale componentelor.
Din punct de vedere tehnic, noiunea de materiale compozite
se refer la materialele care posed urmtoarele proprieti:
sunt create artificial, prin combinarea diferitelor componente;
reprezint o combinare a cel puin dou materiale deosebite dinpunct de vedere chimic, ntre care exist o suprafa de separaie
distinct;
prezint proprieti pe care nici un component luat separat nu le poate
avea.
Avantajul major, esenial al compozitelor const n posibilitatea
modulrii proprietilor i obinerea n acest fel a unei game foartevariate de materiale, a cror utilizare se poate extinde n aproape toate
domeniile de activitate tehnic.
Practic, materialele compozite sunt formate dintr-o matrice (plastic,
ceramic sau metalic) i elemente de armare (ranforsani), care sunt
dispuse n matrice n diferite proporii i orientri. Armtura confer
materialului compozit o rezisten ridicat i reprezint elementul principal
de preluare a sarcinii, iar matricea are rolul de material de legtur ntre
3
7/28/2019 compozite termoplastice
4/14
elementele de armare i mediul de transfer al sarcinii exterioare spre
acestea.
n general, aceste dou faze nu reacioneaz ntre ele i se aleg
astfel nct s fie inerte una fa de cealalt n condiiile utilizrilor.
Materialele compozite prezint o serie de avantaje ntre care se
menioneaz:
mas volumic mic n raport cu metalele (de exemplu compozitele din
rini epoxidice armate cu fibre de siliciu, bor i carbon au mas
volumic sub 2 kg/dm3)
rezisten mare la traciune (compozitul denumit Kevlar, polimer
organic cu fibre de aramide, are o rezisten la traciune de dou orimai mare dect a sticlei);
coeficient de dilatare foarte mic n raport cu metalele;
rezisten la oc ridicat;
durabilitate ridicat
capacitate mare de amortizare a vibraiilor;
siguran mare n funcionare (ruperea unei fibre dintr-o pies din
material compozit nu constituie amors de rupere);
consum energetic sczut i instalaii mai puin costisitoare n procesul
de obinere, n raport cu metalele;
rezisten chimic i rezisten mare la temperaturi ridicate (fibrele de
Kevlar, teflon i hyfil pn la 500oC, iar fibrele ceramice de tip SiC,
Si3N4, i Al2O3 ntre 1400oC i 2000oC).
Clasificarea materialelor compozite
O clasificare mai generala a materialelor compozite, care le
prezint intr-un mod sintetic, are la baza utilizarea concomitenta
a doua criterii si anume: particularitile geometrice ale materialului
complementar si modul de orientare a acestuia in matrice (fig.1).
4
7/28/2019 compozite termoplastice
5/14
Fig.1.Clasificarea materialelor compozite
Materialele compozite sunt grupate, in funcie de ali autori, nu in 2,
ci n trei categorii:
- materiale compozite durificate cu fibre;- materiale compozite durificate cu particule (disperse);
- materiale compozite obinute prin laminare(stratificate).
5
http://2.bp.blogspot.com/_4aMVq4rDr6A/ShQpMlbZjOI/AAAAAAAAAPM/Otuk6wF4XmU/s1600-h/18.bmp7/28/2019 compozite termoplastice
6/14
Fig.2.Materiale compozite:
a armate cu fibre
b - disperse
c - stratificate
Materiale compozite armate cu fibre
n figura de mai sus sunt prezentate diferite moduri de orientare a
acestor fibre n interiorul matricei. Se obin astfel materiale compozite cu
caracteristici foarte bune de rezisten, rigiditate i raport rezisten -
densitate.
Comportamentul mecanic al unui asemenea compozit depinde de:
- proprietile fiecrui component;- proporia dintre componeni;
Betoane armate cu fibr de sticl
6
http://4.bp.blogspot.com/_4aMVq4rDr6A/ShQo5ebElFI/AAAAAAAAAPE/H78-bjaT7Y8/s1600-h/17.bmp7/28/2019 compozite termoplastice
7/14
Tendina spre construcii ct mai uoare poate fi considerat una din
principalele trsturi ale dezvoltrii tiinei i tehnicii n domeniu.Aplicarea
n practic se face n msura n care apar noi materiale de construcie,
concomitent cu tehnologiile specifice de obinere i prelucrare a acestora.
Apar concepii noi privind geometria formelor, alctuirea elementelor i
structurilor, perfecionndu-se metodologia calculului de rezisten.
Unul dintre aceste materialele care face o construcie mai uoar este
i sticla.
Sticla este un borosilicat de aluminiu obinut prin topirea unui amestec
de SiO2-Al2O3-CaO-MgO-BO3. Aceste componente sunt ieftine i se
asociaz prin procedee simple, conferind fibrelor de
sticl un excelent raport performan - pre, plasndu-le
pe primul loc,ca material de armare a materialelor
compozite.
Fibrele de sticl sunt n principal de 3 tipuri:
Fibre casice-silice, sodiu, calciu;
Fibre de sticl cu bazosilicai; Fibre de sticl cu zirconiu.
Aceast proprietate de tragere n fire a fost
descoperit de ctre egipteni, materialele din fibre de
sticls-au folosit doar din prima jumtate a secolului al-
XVIII-lea. Producia industrial a nceput dup anul
1930(n Anglia la Glasgow), avnd ca aplicabilitate izolarea conductelor
electrice,iar mai tarziu,la armarea rinilor. n Romania debutul producieindustriale a fibrelor de sticl a avut loc abia n anul 1975 la ntreprindrea
FIROS Bucureti.
Fibrele de sticl nu sunt higroscopice, nu putrezesc i nu ard. La
temperatura de 370C,i pstreaz aproximativ 50% din caracteristicile
iniiale. Proprietile foarte bune ale fibrelor de sticl, corelate cu
densitatea redus, determin pentru materialele plastice armate cel mai
bun raport rezisten-greutate.
7
7/28/2019 compozite termoplastice
8/14
Rezistena la traciune a fibrelor de sticl este mai mare pentru
diametre mici 915m. Compoziia chimic a fibrelor influeneaz
proprietile acestora, astfel nct prin introducerea unor oxizi, se pot
obine performante superioare.
Materialul compozit este un sistem creat prin asamblarea artificial a
dou sau trei componente, mai precis, a unui component de armare i a
unei mase de baz compatibile, astfel nct s se obin caracteristicile i
proprietile dorite.
Proiectarea panourilor BAFS pleac de la o cunoatere a proprietilor
sale de baz precum rezistena la traciune, la compresiune, ndoire i
forfecare, mpreun cu estimrile de comportament la fluaj, latratamentele termice i n condiii de umiditate.
Existanumite diferene ntre structurile metalice simple i cele
compozite, armate cu fibre de sticl. Matricea metalic, cedeaz foarte
repede la deformarea plastic, ns fibrele sunt mai elastice i
mbuntesc comportamentul la deformare plastic, acesta din urm fiind
mai elastic. O alt caracteristic foarte important a BAFS-urilor este
comportamentul anticoroziv, i coeficientul mic de dilatare termic.
Fibra de sticl din matricea de beton are un aspect de panouri de beton
prefabricat, dar sunt diferite din alte puncte de vedere. De exemplu,
panorile de BAFS cntresc mai puin dect panourile de beton prefabricat
din cauza grosimii reduse a fibrelor. Cadrul cldirii devine mai economic
din acest punct de vedere.
GFRC Glass Fiber Reinforced Concrete este o form de
beton care folosete nisip fin, ciment, polimeri(de obicei un polimer acrilic),
ap, ali aditivi i fibre de sticl alcalino-rezistente(AR).Multe modele de
amestecuri primare sunt disponibile pe pia, dar toate se aseamn din
punct de vedere al ponderii elementelor n matericea de baz.
00
Scurt istoric aupra BAFS-urilor
8
7/28/2019 compozite termoplastice
9/14
BAFS a fost iniial dezvoltat n anii 1940 n Rusia, dar numai n 1970, a
intrat n utilizarea pe scar larg n forma actual.
Din punct de vedere comercial, BAFS este folosit pentru a face panouri
mari, uoare, care sunt adesea folosite ca faade.Aceste panouri sunt
considerate non-structurale, n sensul c sunt concepute pentru a se
sprijini pe propria lor greutate. Panourile sunt considerate uoare, din
cauza grosimii materialului, nu pentru c BAFS are o densitate semnificativ
mai mic dect beton normal.
Panourile faad sunt n mod normal, legate la un cadru de oel
structural pe care se sprijin panoul li ofer puncte de conexiune pentru
suspendare.
Proprieti structurale ale GFRC
GFRC are o capacitate mare datorit cantitii mari de fibre de sticl
AR i a cantitii relativ mare de polimer acrilic. n timp ce rezistena la
compresiune a GFRC poate fi destul de mare, din cauza raportului dintre
coninutul redus de ap i coninutul ridicat de ciment, rezistena la
ncovoiere i ntindere l fac s fie superior betonului obinuit. n esen,
cantitile mari de fibre ridic rezistena la traciune, iar coninutul ridicat
de polimer l face s fie un beton flexibil, fr fisuri.
GFRC este analog la tipul de fibre de sticl tocate utilizate la fabricarea
obiectelor precum brci i alte corpuri complexe cu forme
tridimensionale. Procesul de fabricaie este similar, dar GFRC este mult
mai slab dect fibr de sticl.
n timp ce proprietile structurale ale GFRC sunt superioare betonului
nearmat, proiectarea corectde consolidare cu oelul crete n mod
semnificativ rezistena elementelor, fie ceste beton obinuit sau
GFRC. Acest lucru este important atunci cnd se cere o anumit rezisten,
cum ar fi consolele i alte condiii critice, n care fisurile vizibile nu sunt
tolerate.
GFRC nu nlocuiete betonul armat atunci cnd sunt necesare rezistene
la ncrcri mari. Cea mai bun folosin este pentru carcase
9
7/28/2019 compozite termoplastice
10/14
tridimensionale unde ncrcrile sunt mici. Elementele la care se potrivete
cel mai bine GFRC sunt nveliul emineului, panouri de perete i alte
elemente similare.
Cum funcioneaz fibrele
GFRC utilizeaz fibre de sticl alcalin ca principal element al creterii
rezistenei la traciune. Matricea polimeric din beton servete pentru a
lega fibre i de a facilita transferul ncrcrii de la o fibr la alta prin
forfecri.
Fibra de armare este o metod comun utilizat pentru cretereaproprietilor mecanice ale materialelor. Este un subiect important, mai
ales n domeniul tiinei materialelor. Fibra de sticl este utilizat cel mai
des la armarea betonului.
Pentru a rezista la traciune (i pentru a preveni piesa de GFRC de
rupere sau de fisurare), trebuie s existe o cantitate suficient de fibre n
amestec. n plus, orientarea fibrelor determin ct e eficient rezist fibra la
ac
iunea ncrcrii. Fibra trebuie s fie rigid
i suficient de puternicpentru a asigura rezistena la traciune necesar. Fibre de sticl sunt de
mult timp elemente de armare a betonului datorit proprietilor fizice i
al costul relativ sczut.
Orientarea fibrelor este foarte important. Cu ct este mai
dezordonat,cu att fibrele trebuie s fie ntr-o cantitate mai mare pentru
a rezista aciunii ncrcrii. Asta deoarece, n medie, doar o mic parte din
fibre orientate aleatoriu sunt orientate n direcia cea bun.
Exist trei niveluri de armare, care sunt utilizate pentru betonul
obinuit, inclusiv GFRC.
Primul nivel este dezordonat, consolidareatridimensional(3D). Acest lucru
se ntmpl atunci cnd fibrele sunt amestecate n beton i betonul este
turnat n forme. Fibrele sunt distribuite uniform n ntreaga mas a
betonului i orientate n toate direciile. Aceasta descrie beton obinuit
armat cu fibre. Din cauza orientrii dezordonate i 3D, foarte puine dintre
fibrele sunt capabile s reziste la sarcini de traciune care se dezvolt ntr-
10
7/28/2019 compozite termoplastice
11/14
o anumit direcie. Acest nivel de armare este foarte ineficient, necesitnd
ncrctur foarte mare de fibre. De obicei numai aproximativ 15% din
fibre sunt orientate corect.
Fibre orientate aleator
n cel de-al doilea nivel,fibrele sunt orientate aleator, consolidare
bidimensional(2D). Fibrele sunt orientate aleatoriu ntr-un plan
subire. Deoarece fibrele sunt pulverizate n forme, elese aeaz uniform,
lund forma cofrajului. De obicei 30% la 50% din fibre sunt orientate optim.
Acest nivel le orienteaz n planul n care se dezvolt si tensiunile. Dei
este mai eficient dect nivelul 3D, consolidarea 2D rmne tot ineficient
datorit mari varieti a orientrilor n plan orizontal. n plus, majoritatea
fibrelor sunt situate n afara zonei unde forele de traciune sunt mari.
Aceast zon este situat ntotdeauna la suprafaa inferioar a unui
planeu sau la partea superioar a unei console. Inginerii structurali sunt
foarte contieni de acest lucru i de aceea consolidrile grinzilor se fac
aproape de partea inferioar.
11
7/28/2019 compozite termoplastice
12/14
Al treilea nivel de armare este monodimensional.Acesta estemodul ncare grinzile structurale consolidate cu oel sunt proiectate. Este cea mai
eficient form de consolidare pentru ca se folosete cea mai mic
cantitate de material pentru a rezista la forele de traciune. Consolidarea
este plasat n ntregime n zona de traciune, maximiznd astfel eficiena
fr a pierde consolidarea n zonele n care nu se genereaz solicitari de
traciune. Mijlocul unui planeu este o astfel de zon.
Coninutul de fibre variaz, dar este, n general, aproximativ 5% la 7%din greutatea de ciment. Unele amestecuri pot sa aiba pana la 10% din
greutatea cimentului. Coninutul crescut de fibre crete rezistena la
solicitari, dar scade lucrabilitate.
Raportul obinuit dintre api ciment din beton este de 0.3 - 0.35. Cu
toate acestea, polimerul acrilic se adaug, astfel nct o parte din apa din
amestec provine din polimerul acrilic. Acest lucru face caraportul a/c s fie
dificil de calculat, cu excepia cazului n care cantitatea de polimer estecunoscut. Cu un coninut de polimer de 46%, 15 kg de polimer plus 23 kg
de ap se adaug pentru fiecare 100 kg de ciment.
Acrilul este opiunea principal printre polimerii EVA sau SBR. Cei mai
muli polimeri acrilici utilizate n GFRC au coninut solid variind de la 46%
la peste 50%. Doi polimeri acrilici de ncredere sunt Smooth-Ons duoMatrix-
Ci Forton VF-774.
Nisipul utilizat n GFRC ar trebui s aib o dimensiune medie care trecede la un ochi al sitei de 0,3 mm la 0,6 mm. Nisipul fin tinde s mpiedice
12
7/28/2019 compozite termoplastice
13/14
fluiditate n timp ce materialele mai grosiere tind s fug din seciunile
verticale i sar napoi atunci cnd este pulverizat.
Superplastifianii sunt adesea folosite pentru a crete fluiditatea. Cu
toate acestea superplastifianii foarte puternici se depun foarte greu pe
suprafeele verticale, deoarece materialul nu adera la suprafeele
verticale.
13
7/28/2019 compozite termoplastice
14/14
Bibliografie
1. Curs Materiale compozite stratificate i armate cu fibre
2. ef lucr.dr.ing. CONSTANA IBNESCU Ingineria materialelor
compozite polimerice si procese de prelucrare a acestora
3. http://mihaelabucur.blogspot.ro/2009/05/materiale-compozite-
i.html
4. http://www.slideshare.net/larisapaun/prezentare-materiale-
compozite
14
http://mihaelabucur.blogspot.ro/2009/05/materiale-compozite-i.htmlhttp://mihaelabucur.blogspot.ro/2009/05/materiale-compozite-i.htmlhttp://www.slideshare.net/larisapaun/prezentare-materiale-compozitehttp://www.slideshare.net/larisapaun/prezentare-materiale-compozitehttp://mihaelabucur.blogspot.ro/2009/05/materiale-compozite-i.htmlhttp://mihaelabucur.blogspot.ro/2009/05/materiale-compozite-i.htmlhttp://www.slideshare.net/larisapaun/prezentare-materiale-compozitehttp://www.slideshare.net/larisapaun/prezentare-materiale-compoziteRecommended