Tehnicki Materijali 12-II

Preview:

Citation preview

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 1

TEHNIČKI MATERIJALI

Mr. sc. Stjepan Golubić, dipl. ing sgolubic@vtsbj.hr

Visoka tehnička škola u Bjelovaru

Trg E. Kvaternika 4,Bjelovar

www.vtsbj.hr info@vtsbj.hr

12. predavanje

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 2

Kompozitni materijali

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 3

Kompozitni materijali

Kompozitni materijali ili kompoziti proizvedni su umjetnim spajanjem dvaju ili više materijala različitih svojstava s ciljem dobivanja materijala takvih svojstava kakva ne posjeduje niti jedna komponenta sama za sebe.

Na takav način mogu se postići neobične, odnosno kod drugih materijala neuobičajene kombinacije svojstava, kao što su krutost, čvrstoća, tvrdoća, težina, ponašanje pri visokim temperaturama, kemijska postojanost (antikorozivnost), ili vodljivost (električna i toplinska).

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 4

Kompozitni materijali

Kompoziti mogu biti:

- Metalno – metalni,

- Metalno – keramički,

- Metalno – polimerni,

- Keramičko – polimerni,

- Keramičko – keramički,

- Polimerno - polimerni,

- Polimerno – metalni.

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 5

Kompozitni materijali

Kompoziti se prema osnovi (matrica) dijele na:

- Metalne,

- Keramičke,

- Polimerne.

Obično je jedna faza (matrica) kontinuirana i okružuje ostale (disperzione faze).

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 6

Kompozitni materijali

Kompozite prema obliku disperzionih faza možemo razvrstati kao:

- kompozite s česticama,

- kompozite s vlaknima,

- slojevite kompozite.

Kod kompozita s velikim česticama mehanička svojstva poboljšana su djelovanjem samih čestica.

Beton je primjer kompozita s velikim česticama (šljunak + portland cement, gdje je veza ostvarena reakcijom cementa i vode).

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 7

Kompozitni materijali

Podjela kompozita prema disperzionom fazama

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 8

Kompozitni materijali

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 9

Kompozitni materijali

Efikasnost ojačanja najveća je kod kompozita s vlaknima (vlaknima ojačanih kompozita). Kod kompozita s vlaknima opterećenje se prenosi i distribuira među vlaknima i to putem matrice. Znatno ojačanje kompozita s vlaknima moguće je samo ako je veza matrica – vlakno jaka.

Prema promjeru vlaknasta ojačala dijelimo na: viskere, vlakna i žice.

10

Kompozitni materijali

Viskeri su vrlo tanke niti keramičkih monokristala, visoke čistoće koji imaju ekstremno veliki omjer “duljina/promjer”.

Kod kompozita s vlaknima, efikasnost ojačanja ovisi o duljini vlakana. Za svaku kombinaciju vlakno-matrica postoji tzv. kritična duljina vlakana.

Više postupaka izrade kompozita razvijeno je kako bi se osigurao ujednačen raspored vlakana i visoki stupanj njihove usmjerenosti.

10 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

11

Kompozitni materijali

Kompoziti s česticama

Kod kompozita s česticama diskretne jednoliko raspoređene čestice (tvrd i krhak materijal) obavijene su mekanijom i duktilnijom matricom.

Struktura naliči strukturi dvofaznih disperzijski ojačanih metalnih legura, s tom razlikom što se kod čestica ne primjenjuje transformacija faza.

11 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

12

Kompozitni materijali

Kompoziti s česticama dijele se u dvije velike grupe:

- kompoziti s disperzijom

- kompoziti s velikim česticama.

Kompoziti s promjerima čestica do 0,1 μm i s volumnim udjelom čestica do Vp = 0,15 pripadaju grupi čestica s disperzijom.

Kompoziti s česticama promjera većeg od 1 μm i s volumnim udjelom čestica većim od 0,2 pripadaju grupi kompozita s velikim česticama.

12 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

13

Kompozitni materijali

Kompoziti s disperzijom

Veličina čestica kod disperzijom ojačanih kompozita vrlo je mala (promjeri iznose od 10 do 250 nm). Do efekta ojačavanja dolazi jer male čestice sprečavaju gibanje dislokacija. Potrebna je relativno mala količina dispergiranog materijala – do 15%. Čvrstoća kompozita postupno se smanjuje s porastom temperature.

13 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

14

Kompozitni materijali

Kompoziti s disperzijom

14 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

15

Kompozitni materijali

Kompoziti s disperzijom

15 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

16

Kompozitni materijali

Kompoziti s velikim česticama

Ovi kompoziti sadrže više udjele velikih čestica. Kompoziti s česticama mogu uključivati brojne kombinacije metala, keramike i polimera. Primjenjuju se slijedeće skupine kompozita s velikim česticama: tvrdi metali, abrazivi, električni kontakti,polimeri, ljevački kalupi i jezgre te se koristi i lijevanje u poluskrućenom stanju.

16 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

17

Kompozitni materijali

Način proizvodnje električnih kontakata za sklopke i releje

sinteriranje porozni izradak infiltracija srebra kompaktan materijal

17 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

18

Kompozitni materijali

Lijevanje u poluskrućenom stanju

Ovim postupkom u Al i Mg legure ugrađuju se npr. Al2O3, SiC, TiC, te staklene kuglice

18 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

19

Kompozitni materijali

VLAKNIMA OJAČANI KOMPOZITI

Kod vlaknima ojačanih kompozita dolazi do izražaja poboljšanje čvrstoće, žilavosti i krutosti, te povećanje omjera “čvrstoća/gustoća” usljed ugradnje čvrstih, krutih i krhkih vlakana u mekaniju, duktilniju matricu. Materijal matrice prenosi opterećenje na vlakna te osigurava duktilnost i žilavost, budući da vlakna nose veći dio opterećenja.

19 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

20

Kompozitni materijali Vlaknima ojačani kompoziti

20 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

21

Kompozitni materijali

U uporabi su vrlo raznoliki materijali ojačala. Ojačala mogu biti raspoređena na različite načine. Za ojačanja se koriste vlakna i viskeri.

Zakonom miješanja uvijek se može predvidjeti gustoća vlaknima ojačanih kompozita.

ρc = Vm ·ρm + Vf ·ρf

gdje se indeks “m” odnosi na matricu, a “f” na vlakno.

21 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

22

Kompozitni materijali

S pomoću zakona miješanja mogu se točno predvidjeti električna i toplinska vodljivost vlaknima ojačanog materijala u smjeru vlakana, ako su vlakna kontinuirana i jednosmjerna.

Ako opterećenje djeluje paralelno s kontinuiranim jednosmjernim vlaknima, zakonom miješanja može se točno predvidjeti modul elastičnosti.

22 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 23

Kompozitni materijali

Modul elastičnosti kompozita s paralelnim kontinuiranim vlaknima

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 24

Kompozitni materijali

U slučaju kada opterećenje djeluje okomito na smjer vlakana, komponente djeluju neovisno jedna o drugoj, a modul elastičnosti može se predvidjeti izrazom:

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 25

Kompozitni materijali Naprezanje-istezanje vlaknima ojačanih kompozita

26

Kompozitni materijali

Čvrstoća kompozita ovisi o vezama između vlakana i matrice te je ograničena deformiranjem matrice. Utvrđena čvrstoće je zbog toga gotovo uvijek manja od čvrstoće predviđene zakonom miješanja.

Druga svojstva kao npr. duktilnost (plastičnost), ponašanje pri udaru (žilavost), ponašanje pri dinamičkom opterećenju (umor materijala) i dugotrajnom statičkom opterećenju (puzanje materijala) predviđaju se teže nego vlačna čvrstoća.

26

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

27

Kompozitni materijali

Svojstva vlaknastih kompozita još se teže predviđaju ako su vlakna diskontinuirana. Ispitivanjem utvrđena čvrstoća odstupa od proračunate u zavisnosti o odnosu duljina promjer.

Veličina omjera “duljina/promjer” vlakna “l/d” treba biti veća od kritične. Npr. poliamid ojačan ugljičnim vlaknima omjera l/d = 30 ima čvrstoću 110 N/mm², dok se vlaknima veće duljine (l/d = 800) postiže čvrstoća od 240 N/mm².

27 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

28

Kompozitni materijali

Na svojstva vlaknastih kompozita imaju utjecaja slijedeći faktori:

- Odnos “duljina/promjer”,

- Volumni udio vlakana,

- Usmjerenost vlakana,

- Svojstva vlakana,

- Svojstva matrice.

28 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

29

Kompozitni materijali

Volumni udio vlakana

29 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

30

Kompozitni materijali Usmjerenost vlakana

30 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

31

Kompozitni materijali

Za uspoređivanje kompozitnih materijala s drugim materijalima koriste se svojstva preračunata na jedinicu gustoće materijala.

Specifična čvrstoća i specifični modul elastičnosti materijala definirani su slijedećim izrazima:

31 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

32

Kompozitni materijali “Specifična” svojstva materijala za vlakna

32 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

33

Kompozitni materijali “Specifična” svojstva materijala za izradu vlakana

33 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

34

Kompozitni materijali

“Specifična” svojstva materijala za matrice kompozita

34 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

35

Kompozitni materijali

SLOJEVITI KOMPOZITNI MATERIJALI

Kod slojevitih kompozitnih materijala odnosno strukturnih kompozita svojstva ovise o svojstvima konstituivnih materijala i o geometrijskom rasporedu elemenata konstrukcije.

Predstavnici uobičajenih strukturnih kompozita su laminatne konstrukcije (slojevite) i sendvič konstrukcije.

35 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

36

Kompozitni materijali

Slojevite (laminatne) konstrukcije, odnosno odgovarajući kompoziti sastavljeni su od dvo-dimenzionalnih slojeva ili ploča (“panela”) s preferiranim smjerom visoke čvrstuće.

Smjer visoke čvrstoće susreće se kod drva i kod usmjerenim vlaknima ojačanih polimernih materijala.

Slojevi su složeni i dodatno međusobno čvrsto povezani, a svojstva ovise i o orjentaciji vlakana u pojedinim slojevima.

36 •TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

37

Kompozitni materijali Slojeviti kompoziti

37 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

38

Kompozitni materijali

Slojeviti kompoziti proizvode se različitim metodama pri čemu se primjenjuju različiti postupci spajanja:

- Lijepljenje,

- Valjanje,

- Spajanje eksplozivom

- Koekstruzija (obavijanje tvrdog materijala mekanijim – npr. kabeli),

- Prešanje,

- Lemljenje ... 38

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

39

Kompozitni materijali

Svojstva slojevitih kompozita izrazito su anizotropna.

Neka svojstva mogu se predvidjeti zakonima miješanja, a neka izrazito važna svojstva kod pojedinih vrsta slojevitog kompozita (npr. otpornost na koroziju, otpornost na trošenje ...) prvenstveno ovise o jednoj komponenti kompozita.

39 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

40

Kompozitni materijali

Sendvič materijali (konstrukcije, “strukture”) sastoje se od tankih vanjskih slojeva spojenih, ali i razdvojenih, s lakim materijalom za popunjavanje. Niti vanjski slojevi, niti materijal za popunjavanje ne trebaju biti čvrsti niti kruti, a sendvič posjeduje oba ta svojstva. Primjer za ovo je valoviti karton, gdje je jezgra od valovitog kartona sa svake strane vezana za slojeve debelog papira.

40 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

41

Kompozitni materijali

Drugi značajan primjer jesu strukture u obliku pčelinjeg sača. Tanki limovi, trake ili folije oblikuju se u šesterokutne čelije s osi koja je usmjerena okomito na ravninu površinskih slojeva.

Kao površinski materijal rabe se: legure aluminija, vlaknima ojačani polimerni materijali, titan, čelik i “ukočeno” drvo (šperploča).

Za izradu jezgre rabe se: porozni (pjenasti) polimeri, sintetički kaučuk, anorganski cementi (ljepila) i ... .

41 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

42

Kompozitni materijali

Osnova sendvič konstrukcije

42 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

43

Kompozitni materijali

Sendvič paneli imaju široku primjenu npr.:

- Krovovi,

- Podovi,

- Zidovi zgrada,

- Oplate krila, trupa, i repa zrakoplova ... .

43 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

44

Kompozitni materijali Primjeri primjene kompozitnih materijala

44 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

45

Kompozitni materijali Primjeri primjene kompozitnih materijala

45 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

46

Kompozitni materijali Primjeri primjene kompozitnih materijala

46 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

47

Ćelijasti materijali

47 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

48

Ćelijasti materijali

Ćelijaste materijale u literaturi možemo naći i pod nazivima stanična kruta tijela odnosno pjene.

Ćelijasti materijali omogućuju optimizaciju krutosti, čvrstoće, ili apsorpcije energije s obzirom na masu materijala.

U prirodi su mnogi materijali stanićni (ćelijasti): drvo, kamen, pluto, koralj,... .

Osim prirodnih u današnje vrijeme susreću se najrazličitije vrste poroznih polimernih i metalnih materijala.

48 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

49

Ćelijasti materijali

49 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

50

Ćelijasti materijali

50 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

51

Ćelijasti materijali

Svojstva pjena određena su svojstvima osnovnog materijala i relativnom gustoćom pjene.

relativna gustoća = ρ/ρs

gdje je: ρ – gustoća pjene, a ρs – gustoća materijala od kojega je pjena napravljena.

Vrijednosti relativne gustoće kreću se od 0,005 do 0,5.

51 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

52

Ćelijasti materijali

Stijenke ćelija u kojima je koncentriran čvrsti materijal mogu biti otvorene (npr. spužva) ili zatvorene (npr. ekspandirani polistiren).

Čvrstoća pjena ovisna je o gustoći. Pri tlačnom opterećenju mogu se uočiti tri područja.

Pri malim deformacijama pjena se najprije deformira linearno elastično, zatim dolazi do povećanja deformacije uz približno konstantno naprezanje, dok na kraju slijedi “kritično” područje kada se ćelije urušavaju.

52 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

53

Ćelijasti materijali Mehanička svojstva pjena

53 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

54

Ćelijasti materijali

Struktura ćelijastih materijala

54 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

55

Ćelijasti materijali Relativna gustoća i modul elastičnosti ćelijastih materijala

Relativna gustoća

55 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

56

Ćelijasti materijali

Prema materijalu pjene mogu biti:

- Metalne pjene,

- Polimerne pjene,

- Keramičke pjene,

- Ugljične pjene.

56 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

57

Ćelijasti materijali – metalne pjene

57 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

58

Ćelijasti materijali – metalne pjene

58 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

59

Ćelijasti materijali – metalne pjene

59 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

60

Ćelijasti materijali – metalne pjene

Glavne prednosti metala:

- Stabilni su na povišenim temperaturama,

- Otporni su na vatru,

- Kada su izloženi vatri ne oslobađaju otrovne plinove,

- Lako se recikliraju.

60 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

61

Ćelijasti materijali – metalne pjene

Metalne pjene primjenjuju se i za zvučnu izolaciju.

Svojstva:

- Apsorpcija zvuka pri niskim frekvencijama i malim debljinama,

- Dovoljna krutost,

- Ne gore i ne oslobađaju otrovne plinove,

- Ne erodiraju prilikom vibriranja i protoka zraka,

- Stabilne su na povišenim temperaturama,

- Lako se čiste ako su onečišćene česticama prašine

61 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

62

Ćelijasti materijali – metalne pjene

Danas se uglavnom rade pjene na bazi aluminijskih legura i to zbog slijedećih svojstava:

- Niska gustoća stijenki ćelija,

- Nisko talište,

- Dovoljna žilavost,

- Otpornost na koroziju.

62 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

63

Ćelijasti materijali – metalne pjene

Najvažnija svojstva Al pjena:

- Mala težina (gustoća 250 do 900 kg/m³),

- Visok omjer mase i krutosti,

- Apsorpcija udarne energije,

- Prigušenje vibracija,

- Apsorpcija zvuka,

63 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

64

Ćelijasti materijali – metalne pjene

64 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

65

Ćelijasti materijali – metalne pjene

U eksploataciji metalnih pjena izrazito su nepovoljna vlačna naprezanja. Zbog toga se proizvode pjene koje preuzimaju tu vrstu naprezanja.

Ojačanja se upotrebljavaju samo lokalno tako da ne uzrokuju značajna povećanja mase i troška materijala.

Kod metalnih pjena za ojačanja se uglavnom koriste čelične mrežice.

65 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

66

Ćelijasti materijali – metalne pjene

Uloga ojačanja:

- Sprečavanje urušavanja pjene,

- Povećanje debljine površinskog sloja,

- Značajno povećanje lomne i savojne čvrstoće,

- Omogućavanje apsorpcije energije,

- Povećanje savojne krutosti kod ograničenih volumena pjene,

- Olakšavanje spajanja dijelova.

66 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

67

Ćelijasti materijali – metalne pjene

67 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

68

Ćelijasti materijali – metalne pjene

68 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

69

Ćelijasti materijali – metalne pjene

Problemi s oblikovanjem proizvoda od pjene:

- Struktura i svojstva dijela ovise o geometriji,

- Lokalne nesavršenosti u gustoći,

- Raspored i veličina pora,

- Orijentacija pora,

- Osjetljivost na vlačna opterećenja.

69 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

70

Ćelijasti materijali – metalne pjene

Moguća područja primjene metalnih pjena:

- Lagane i krute ploče otporne na vatru,

- Zamjena za drvo,

- Uporaba u sendvič konstrukcijama,

- Udarno opterećeni dijelovi u autoindustriji,

- Paneli za zvučnu izolaciju,

- Kućišta elektroničkih naprava,

- Dekorativni dijelovi … .

70 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

71

Ćelijasti materijali – metalne pjene

71 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

72

Ćelijasti materijali – metalne pjene

72 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

73

Ćelijasti materijali – metalne pjene

73 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

74

Ćelijasti materijali – polimerne pjene

Za proizvodnju polimernih pjena koriste se: - plastomeri (polistiren (PS), polimetilakrilat (PMMA), polietilen (PE), poliuretan PUR) … . -Umreženi duromeri (razne vrste epoksida i drugih smola).

Polimerne pjene mogu imati otvorene ili zatvorene ćelije. Polimerna pjena s otvorenim ćelijama je fleksibilna, a polimerna pjena s zatvorenim ćelijama je kruta i najčešće se koristi kao toplinski izolator.

74

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

75

Ćelijasti materijali – polimerne pjene

Konačna svojstva polimernih pjena ovise o: - Izboru osnovnog materijala i izboru sastojaka mješavine,

- Nastajanju i rastu mjehurića,

- Stabilizaciji stijenki ćelija … .

Polimerne pjene imaju vrlo nisku toplinsku vodljivost i mogu se primjenjivati samo na nižim temperaturama (max. 112 °C).

Vrijednosti mehaničkih svojstava značajno padaju s povišenjem temperature.

75 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

76

Ćelijasti materijali – polimerne pjene

Primjena polimernih pjena:

- Izolacije u graditeljstvu, automobilskoj i zrakoplovnoj industriji, brodogradnji, … .

- Pakiranje,

- Zvučnu izolaciju,

- Zaštitu od udaraca,

- Izrada raznih vrsta filtera, … .

76 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

77

Ćelijasti materijali – keramičke pjene

Zbog svoje specifične strukture keramičke se pjene najviše koriste za izradu proizvoda koji su izloženi visokim temperaturama.

Nove vrste keramičkih pjena razvijaju se za primjenu u elektroničkom i biomedicinskom području.

77 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

78

Ćelijasti materijali – keramičke pjene

Materijali za proizvodnju keramičkih pjena su: Al2O3 – keramika, mulitna keramika 78 % Al2O3 i 22 % SiO2, SiC keramika, staklene pjene i druge kombinacije keramičkih materijala.

78 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

79

Ćelijasti materijali – keramičke pjene

Keramičke pjene imaju ćelijastu strukturu s otvorenim ili zatvorenim ćelijama.

Poroznost keramičkih pjena je 75 % do 90 %.

Na svojstva utječu:

- Vrsta osnovnog materijala od kojeg su napravljene,

- Poroznost,

- Morfologija ćelija,

- Veličina i raspodjela pora. 79

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

80

Ćelijasti materijali – keramičke pjene

Svojstva keramičkih pjena:

- Izuzetno mala masa,

- Nizak faktor toplinske vodljivosti,

- Mala dielektrička konstanta,

- Velika specifična površina,

- Visoka permeabilnost,

- Visoka otpornost na toplinske šokove,

80

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

81

Ćelijasti materijali – keramičke pjene

- Visoka specifična čvrstoća,

- Korozijska postojanost u slanoj vodi, srednjim i slabijim kiselinama, i lužinama,

- Visoka vatrootpornost,

- Slaba otpornost na trošenje.

81 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

82

Ćelijasti materijali – keramičke pjene

Keramičke pjene koriste se za izradu:

- Laganih struktura u zrakoplovnoj industriji,

- Dijelova motora, solarnih kolektora, izmjenjivača topline,

- Filtera izloženih visokim temperaturama, elemenata za grijanje,

- Toplinske izolacije,

- Elemenata za apsorpciju energije,

- Konstrukcija koje nisu mehanički jako opterećene, … .

82

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

83

Ćelijasti materijali – ugljične pjene

Prve ugljične pjene razvijene su 1960-tih godina. Glavni parametri u postupku proizvodnje su visoke temperature i tlakovi. Sirovina za proizvodnju ugljičnih pjena najčešće je ugljen.

Ugljične pjene dijele se na dvije osnovne vrste:

- grafitne,

- negrafitne,

83 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

84

Ćelijasti materijali – ugljične pjene

Toplinska vodljivost ugljičnih pjena mijenja se u ovisnosti o gustoći.

Moguća je proizvodnja izuzetno laganih pjena koje imaju vodljivost na razini AL.

Izmjenjivači topline proizvedeni od poroznih pjena od ugljičnih materijala bitno su manji.

Sendvič konstrukcije s jezgrom od ugljične pjene mogu se koristiti kao dio konstrukcije gdje se traži visoka toplinska vodljivost i izrazito mala masa.

84

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

85

Ćelijasti materijali – ugljične pjene

Ugljične pjene otporne su na:

- Vatru,

- Slanu vodu,

- Jake kiseline i lužine,

- Organska otapala,

Ostala svojstva ugljičnih pjena:

- Vrlo dobro prigušuju zvuk,

- Slabo su otporne na trošenje, … .

85 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

86

Ćelijasti materijali – ugljične pjene

Ugljične pjene najčešće se koriste za izradu:

-Dijelova hladnjaka, (vozila, zrakoplovi, …),

- Elemenata za hlađenje elektroničkih uređaja,

- Hlađenje kočnica i spojki,

- Jezgru nuklearnog reaktora,

- Elemenata u akustici, … .

86

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

87

Ćelijasti materijali – ugljične pjene

Ugljične pjene su relativno jeftine, jer se rade od ugljena.

Ugljične pjene mogu biti dijelovi kompozitnih struktura.

Lako se obrađuju standardnim alatima za obradu odvajanjem čestica.

87 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

88

Ćelijasti materijali – ugljične pjene

88 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

89

Ostali nemetali

89 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

90

Drvo

90 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

91

Ostali nemetali

DRVO

Drvo je prirodan konstrukcijski materijal. Primjenjuje se u neobrađenom i mehanički obrađenom stanju.

Drvo se prerađuje i kemijskim procesima – ekstrakcijom, suhom destilacijom, koksiranjem, hidrolizom itd.

Razlikuju se tri temeljne vrste drva:

- Lišćari (drvo bjelogorice),

- Četinari (drvo crnogorice),

- Strana (egzotična) finija drva.

91 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

92

Drvo

Zbog svoje niske gustoće, pri relativno visokoj čvrstoći te lake obrede drvo se kao tehnički materijal primjenjuje u graditeljstvu, brodogradnji, proizvodnji vozila, rudarstvu, obrtništvu, kućanstvu, … .

Kao sirovina drvo služi za proizvodnju celuloze i papira.

Iako se drvo nastoji zamijeniti lakim metalima, polimernim materijalima i kompozitnim materijalima, kao obnovljivi materijal i dalje zauzima značajan udio u primjeni.

92 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

93

Drvo

Presjek stabla drva

93 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

94

Drvo

Po svojoj građi drvo nije homogeno. To se može utvrditi i makroskopskim promatranjem (golim okom) na presjeku stabla. Presjek stabla može biti poprečan (okomit na dulju os stabla), radijalan (po duljoj osi i promjeru) i tangencijalan (usporedan s duljom osi).

Drvo se pretežno sastoji od celuloze, lignina (služi kao vezivo) i smola.

Drvo je materijal vlaknaste strukture.

94 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

95

Drvo

Temeljno svojstvo drva je gustoća. Gustoća drva ovisi o debljini stjenke celulozne cijevi u deblu u odnosu prema šupljini. Osim čvrstoće važno svojstvo drva je i čvrstoća, pri čemu se razlikuje vlačna, tlačna i savojna čvrstoća.

Čvrstoća ovisi o smjeru vlakana. Pri opterećenju u smjeru vlakana postižu se najviše, a okomito na taj smjer najmanje vrijednosti vlačne čvrstoće. Čvrstoća drva ovisi i o sadržaju vlage.

95 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

96

Drvo

Struktura drva

96 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

97

Drvo

Osnovna svojstva nekih vrsta drva

97 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

98

Drvo

Drvo ima neugodno svojstvo da mijenja stupanj svoje vlažnosti u odnosu na vlažnost zraka. Drvo se širi u vlažnoj okolini, a skuplja u suhoj.

Ako je drvo stalno suho ili stalno ispod vode, ono može trajati vrlo dugo. Vlažni zrak i izmjenjivanje suhoće i vlažnosti dovode do truljenja drva.

Velika mana drva je i njegova zapaljivost, pa se za smanjenje gorivosti upotrebljavaju razni premazi.

98 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

99

Drvo

Svojstva drva mogu se poboljšati rezanjem na tanke ploče (furnire) te njihovim sljepljivanjem.

Pri slaganju istosmjernih traka dobiva se slojevito drvo s dobrim svojstvima u smjeru vlakana. Ako se trake slažu pod kutom 90° (ukočeno drvo) ili pod 45°(zvjezdasto drvo) postižu se jednolična svojstva neovisna o smjeru.

99 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

100

Drvo

Za konstrukcijske svrhe drvo se primjenjuje i u obliku lamela, tzv. lamelarna gradnja. Elementi konstrukcije rade se lijepljenjem više slojeva dasaka (lamela) u jedan komad koji se zove laminatni blok.

Lijepljenjem lamela u laminatni blok mogu se proizvesti konstrukcijski elementi proizvoljnog oblika i veličine. Na taj način poboljšavaju se i tehnička svojstva materijala.

100

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

101

Papir

101 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

102

Papir

Veći dio papira dobiva se od drvne mase i celuloze. Sirovine za dobivanje papira su drvna celuloza i drvenjača, krpe i tekstilni otpaci (lan, pamuk), stari papir, slama, punila i boje.

Prema namjeni razlikuje se više vrsta papira: tiskarski papir, novinski papir, papir za filtriranje, omotni papir, pergament papir, pisaći i crtači papir, foto papir, cigaretni papir i valovita ljepenka.

102 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

103

Papir

Papiri mogu biti i dodatno obrađeni, pa su poznate i ove vrste papira: bitumenizirani papir, parafinirani papir, papiri natopljeni u inhibitore korozije, … .

Slijedeća svojstva papira određuju se pri ispitivanju: masa papira (g/m²), gustoća, rastezna čvrstoća, sposobnost i trajnost savijanja, otpornost cijepanju, savojna čvrstoća, otpornost trošenju, sadržaj vlage, vodopropusnost, električna svojstva ... .

103 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

104

Ostali materijali

104 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

105

Ostali materijali

Od ostalih materijala u tehnici se koriste i slijedeće vrste materijala:

- Koža,

- Boje i lakovi,

- Abrazivi,

- Ljepila,

- Čađa,

- Katran, bitumen, asfalt,

- Kitovi,

- Eksplozivi ...

105 TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 106

PITANJA ?

.

TEHNIČKI MATERIJALI 2012/2013 107

HVALA NA PAŽNJI

.