Nem fémes szerkezeti anyagok

1. Nem fémes szerkezeti anyagok Kompozitok

2. 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.

3. Kompozitok A kompozitok alapvetően két részre bonthatók: • a befoglaló anyagra (mátrixra) • és az abba beépülő második fázisra (erősítő vagy társító anyagra)

4. 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)

5. Részecskékből összetett, szemcsés kompozitok • A mátrixanyagba, 1m-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. Al2O3 vagy ZrO2 van fémes mátrixba pl. Fe, Cr, Co, Mo ágyazva.

6. 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.

7. Szálerősítésű kompozitok

8. Szálerősítésű kompozitokalapanyagai: 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

9. Szálerősítésű kompozitokalapanyagai: 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

10. Szálerősítésű kompozitok jellegzetes példái • Leggyakrabban üveg- vagy karbon szál és műgyanta alapanyagból készülnek • Üvegszál erősítésű polimerek:GFRP: Glass Fiber Reinforced Polymer • Karbonszál erősítésű polimerek:CFRP: Carbon Fiber Reinforced Polymer • Legősibb szálerősítésű kompozit a vályog tégla volt (Mezopotámia, 5-6000 éve)

11. 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)

12. Szálerősítésű kompozitok:a szálak körüli feszültség mező

13. Szálerősítésű kompozitok:az Rm és E változása a szálak mennyiségének függvényében

14. Szálerősítésű kompozitok:az Rm és E változása az orientáció függvényében

15. 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

16. 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

17. Kompozit anyagból készült szerkezetek

18. 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

19. Aramid/DuPont Nomex Aramid/foam core CF/DuPont Nomex CF/EP CF/aramid/EP GFRP Kompozit anyagból készült szerkezetek

20. Réteges kompozitok • 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 bevontalumínium stb.

21. Réteges kompozitok: síléc

22. Réteges kompozitok: arall

23. Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: versenyautó váz • A karosszéria merevségét a szendvics szerkezet fokozza (két sík réteg között méhsejt mintázatú összekötő cellák)

24. Fa alapú kompozitok:áttekintés • rétegelt lemez • farost lemez • Pozdorjalap • Faforgácslap • OSB lap • parafa

25. Fa alapú kompozitok (1) • Rétegelt lemez (furnér lemez) • Vékony falemezeket kötőanyaggal egyesítenek • A szálirány 90o-ban változó, emiatt az anizotrópia csökken, a szilárdság javul • Farost lemez • Rostjaira bontott faanyag és formaldehid gyanta keveréke • Préshengerléssel formázzák végső méretre

26. 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

27. 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 Co hőmérsékleten sajtolják össze táblává • Parafa • Parafa granulátumból sajtolnak különböző termékeket

28. 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.