Transcript polimerni materijali

Repetitorij 4
Uredila: Vera Rede
KERAMIKA
Keramički materijali su anorganski materijali sastavljeni od metalnih i
nemetalnih elemenata spojenih ionskim i/ili kovalentnim vezama.
PODJELA KERAMIKE:
prema veličini zrna,
- gruba keramika (veličina zrna od 0,1 mm do 0,2 mm)
- fina keramika (veličina zrna do 0,1 mm).
prema namjeni i
- visokokvalitetna, konstrukcijska, industrijska, inženjerska,
funkcionalna, rezna, biokeramika, elektrokeramika, …
prema kemijskom (mineralnom) sastavu.
- silikatna,
- oksidna keramika - Al2O3, ZrO2 i Al2TiO5
- neoksidna keramika - SiC, Si3N4, B4C, AlN, kubični BN
KERAMIKA
Proizvodnja konstrukcijske keramike
Polazna (osnovna) sirovina je prah koji se dobiva različitim postupcima:
- atomizacija (pretvaranje u prah),
- mehaničko drobljenje,
- kemijska redukcija,
- elektrolitičko taloženje
Dalje se dobiveni prah prerađuje u gotovi keramički dio kroz nekoliko faza:
1.Priprava sirovine: utvrđivanje sastava, miješanje i granuliranje
2.Oblikovanje sirovca: - prešanjem i lijevanjem
3.Sinteriranje: najvažnija faza u proizvodnji dijelova od konstrukcijske keramike
4. Završna obrada:
KERAMIKA
U fazi priprave sirovca mogu se koristiti sljedeći postupci prešanja:
- suho prešanje (< 8 % vode). Tlak: > 30 MPa; postupak se može automatizirati;
- hladno izostatičko prešanje (CIP – Cold Isostatic Pressing) uz tlak ~ 400 MPa,
- injekcijsko prešanje (za velik broj sitnih dijelova složenog oblika).
Najvažniji su sljedeći postupci sinteriranja:
- sinteriranje u različitim atmosferama,
- reakcijsko sinteriranje,
- sinteriranje uz vruće prešanje (HP  Hot Pressing),
- sinteriranje uz vruće izostatičko prešanje (HIP  Hot Isostatic Pressing).
KERAMIKA
Završna obrada:
- brušenje dijamantnim alatima, lepanje, honanje, poliranje, elektroerozija,
rezanje i obrada laserom.
KERAMIKA
Osnovna svojstva konstrukcijske keramike
• visoka tvrdoća i visoka čvrstoća,
• visoke dopuštene temperature primjene,
• stabilnost oblika (specifična krutost),
• korozijska postojanost i otpornost na atmosferilije,
• otpornost na trošenje,
• vrlo dobra električna izolacijska svojstva,
• dielektrična i feroelektrična svojstva,
• mala gustoća i
• mala ili velika toplinska vodljivost.
U usporedbi s metalnim materijalima konstrukcijska keramika posjeduje:
višu tvrdoću, posebno na povišenim temperaturama,
višu tlačnu i savojnu čvrstoću, posebno na povišenim temperaturama,
otpornost puzanju,
viši modul elastičnosti – krutost,
nižu toplinsku i električnu provodnost – bolja izolacijska svojstva,
visoku otpornost trošenju,
visoku kemijsku postojanost prema različitim medijima,
nisku gustoću,
nižu toplinsku rastezljivost,
dugoročniju, sigurnu opskrbu sirovinama.
KERAMIKA
Nedostaci tehničke keramike:
mala žilavost – visoka krhkost,
niska otpornost toplinskom umoru (šoku),
niska vlačna čvrstoća,
velika rasipanja vrijednosti za mehanička svojstva,
visoki troškovi sirovina i postupaka oblikovanja,
veza metal-keramika i keramika-keramika još nije zadovoljavajuće riješena.
Područja primjene keramike kao inženjerskog materijala vrlo su različita:
dijelovi izloženi abrazijskom trošenju, koroziji i eroziji (kuglični i klizni ležaji,
mlaznice, brtveni prsteni, ploče, vodilice itd.),
- rezni alati
- dijelovi suvremenih toplinskih motora kao što su plinske turbine
KERAMIKA
TVRDI METALI
Karbidi volframa, titana i tantala, koji su međusobno povezani najčešće kobaltom
nositelji tvrdoće i otpornosti na trošenje
osigurava žilavost
5 % do 17 %.
Tvrdi metali imaju sljedeća dobra svojstva:
- visoko talište,
- visoku tvrdoću i otpornost na trošenje,
- visok modul elastičnosti, tlačnu čvrstoću i čvrstoću na povišenim temperaturama,
- dobru postojanost na temperaturne promjene (otpornost na toplinske šokove),
- dobru prionjivost s metalnim taljevinama,
- otpornost na koroziju,
- visoku toplinsku i električnu vodljivost.
Tvrdi metali primjenjuju se za izradu:
- reznih alata u obradi materijala odvajanjem čestica ,
- alata za probijanje, duboko vučenje i provlačenje žice,
-dijelova strojeva (valjaka, izmjenljivih košuljica, cilindara, turbinskih lopatica, …)
KERAMIKA
Tvrdi metali za rezne alate podijeljeni su u tri skupine:
tvrdi metali grupe K
Prikladni su za obradu materijala s kratkom strugotinom kao što su: ljevovi na bazi
željeza, porculan, kamen, drvo i tvrdi (punjeni) polimerni materijali. Kod obrade
žilavih materijala kao što je čelik stvaraju se naljepci i izjedenost, što je posljedica
navarivanja strugotine na rezne oštrice reznog alata;
tvrdi metali grupe M
Prikladni za obradu svih materijala. Mogu se upotrijebiti za obradu čelika do
srednjih brzina rezanja;
tvrdi metali grupe P
Prikladni su za obradu materijala s dugom strugotinom pri čemu su moguće,
ovisno o vrsti tvrdog metala i vrsti obrade, različite brzine obrade.
Nanošenjem tankih slojeva TiC, TiN, TiCN ili Al2O3 na rezne bridove tvrdih metala
postiže se:
povećana otpornost na trošenje, uz istodobno dobru žilavost
Slojevi debljine 5 m do 15 m nanose se:
- kemijskom reakcijom iz plinovite faze (CVD – postupak)
- djelovanjem iona u elektrostatičkom polju (PVD – postupak).
POLIMERNI MATERIJALI
tehnički uporabiv polimerni materijal = ČISTI POLIMER + DODACI
Dodaci čistim polimerima
Naziv skupine dodataka
Primjer i opis djelovanja
REAKCIJSKE TVARI
Pjenila, dodaci za smanjenje gorivosti, umrežavala
DODACI ZA POBOLJŠANJE
PRERADLJIVOSTI
Maziva, odvajala, punila, toplinski stabilizatori, regulatori
viskoznosti, tiksotropni dodaci
MODIFIKATORI MEHANIČKIH
SVOJSTAVA
Omekšala, dodaci za povišenje žilavosti, punila,
prianjala, ojačala (vlakna, viskeri, organska i
anorganska ojačala, celuloza, čađa)
MODIFIKATORI POVRŠINSKIH
SVOJSTAVA
Vanjska maziva, regulatori adhezivnosti, antistatici,
dodaci za smanjenje sljubljivanja (blokiranja), dodaci
za smanjenje neravnina na površini
MODIFIKATORI OPTIČKIH SVOJSTAVA
Bojila, pigmenti
DODACI ZA PRODULJENJE
TRAJNOSTI (POSTOJANOSTI)
PROIZVODA
Svjetlosni stabilizatori, antioksidansi, antistatici, biocidi
(tvari za sprječavanje rasta mikroorganizama i
sličnih razgrađivača)
OSTALO
Mirisi, dezodoransi
POLIMERNI MATERIJALI
Primjeri nekih dodataka i svrha njihove primjene
Naziv dodatka
Svrha dodavanja
Primjeri dodataka
PUNILO
Smanjenje cijene materijala, modificiranje
Drvno i kameno brašno
preradbenih i toplinskih svojstava
OMEKŠAVALO
Postizanje savitljivosti
Teško hlapiva organska
otapala
OJAČALO
Povišenje vlačne čvrstoće i vlačnog
modula elastičnosti (krutosti)
Vlakna (staklena, ugljična,
aramidna), metalne žice
STABILIZATOR
Smanjenje utjecaja UV-zraka i
usporavanje starenja
ANTISTATIK
Smanjenje elektrostatičkog nabijanja
DODATAK ZA
SAMOGASIVOST
Postizanje samogasivosti
BOJILO, PIGMENT
Postizanje željenog obojenja
POLIMERNI MATERIJALI
Polimeri se mogu sistematizirati s obzirom na:
- postanak: prirodni ili sintetički (umjetni),
- kemijski sastav: organski ili anorganski,
- postupak polimerizacije: stupnjevita ili lančasta,
- svojstva (npr. ponašanje pri povišenim temperaturama)
- primjenu.
Prema ponašanju pri zagrijavanju polimeri se dijele na:
PLASTOMERE
ELASTOMERE
DUROMERE
(ELASTOPLASTOMERE)
POLIMERNI MATERIJALI
Istaknuta obilježja temeljnih skupina polimernih materijala
Naziv
Obilježja obzirom na:
Taljenje
Topljenje
Bubrenje
Makromolekule
DUROMERI
Netaljivi
Netopljivi
Ne bubre
Gusto prostorno
umrežene
PLASTOMERI
Taljivi
Topljivi
Bubre
Linearne i razgranate
ELASTOMERI
Netaljivi
Netopljivi
Bubre
Rahlo prostorno
umrežene
ELASTOPLASTOMERI
Taljivi
Topljivi
Ne bubre
Rahlo prostorno
umrežene
POLIMERNI MATERIJALI
SVOJSTVA POLIMERNIH MATERIJALA
Funkcijska
(uporabna)
svojstva
Naziv svojstva (primjeri)
MEHANIČKA
čvrstoća, istezljivost, modul elastičnosti, tvrdoća, žilavost
TRIBOLOŠKA
faktor trenja, otpornost na trošenje
TOPLINSKA
toplinska vodljivost, toplinska rastezljivost, temperatura
omekšavanja (plastomeri: metoda po Vicatu) postojanost
oblika pri povišenoj temperaturi (duromeri: metoda po
Martensu)
ELEKTRIČNA
električna vodljivost, električni otpor, čvrstoća proboja,
dielektrična svojstva
POSTOJANOST
kemijska postojanost
OSTALA
gustoća, propusnost svjetla, indeks loma, udio dodataka (npr.
anorganskih sastojaka)
POLIMERNI MATERIJALI
Pregled mehaničkih svojstava
MEHANIČKA SVOJSTVA
KRATKOTRAJNA SVOJSTVA
DUGOTRAJNA SVOJSTVA
Udarno
opterećenje
Statičko
opterećenje
Statičko
opterećenje
Dinamičko
opterećenje
– žilavost
– čvrstoća
– modul elastičnosti
– tvrdoća
–statička
izdržljivost
(puzanje)
–dinamička
izdržljivost
umor materijala)
Dijagrami "naprezanje - istezanje"
POLIMERNI MATERIJALI
Orijentacijske vrijednosti modula elastičnosti polimernih materijala
Skupina polimernih materijala
PLASTOMERI
PLASTOMERI
amorfni, neojačani
amorfni, ojačani
kristalasti, neojačani
kristalasti, ojačani
ELASTOMERI
DUROMERI
Modul elastičnosti, N/mm2
2 100...3 500
oko 7 000
150...3 200
5 000...11 000
50...150
neojačani
ojačani
5 000...12 000
9 000....15 000 i više
“ojačani” => oko 30 % masenog udjela staklenih vlakana
Postupak određivanja modula elastičnosti polimernih materijala
POLIMERNI MATERIJALI
Prikaz ponašanja polimernih materijala pri dinamičkom opterećenju
Izokroni dijagram "naprezanje – istezanje"
POLIMERNI MATERIJALI
Kemijska postojanost i tribološka svojstva
Dobra kemijska postojanost može se svesti na sljedeća obilježja:
Da bi došlo do djelovanja agresivnog medija na polimerni materijal, nužan je
afinitet između određenog materijala i nekog medija – ako afinitet ne postoji ili
je slab, radi se o polimernom materijalu postojanom prema djelovanju dotičnog
medija;
Procesi djelovanja agresivnih medija na polimerne materijale sporiji
su od procesa djelovanja agresivnih medija na druge konstrukcijske materijale;
Neki procesi djelovanja agresivnih medija na polimerne materijale su povratni
(npr. bubrenje, koje se između ostaloga javlja pri izlaganju vodi).
Pod dobrim tarnim – tribološkim svojstvima polimernih materijala
podrazumijeva se:
- mali faktor trenja i dobra otpornost na trošenje.
POLIMERNI MATERIJALI
Prikaz temelja dobrih triboloških (tarnih) svojstava polimernih materijala
u odnosu prema drugim konstrukcijskim materijalima (primjer par
"metal–polimerni materijal")
POLIMERNI MATERIJALI
Preradbena svojstva plastomera i duromera
Postupak određivanja tečenja
plastomera
Postupak određivanja tečenja duromera
POLIMERNI MATERIJALI
Toplinsko–mehanička svojstva
Postupci ispitivanja ponašanja plastomera i duromera pri zagrijavanju uz istodobno
djelovanje mehaničkog opterećenja
Određivanje temperature
omekšavanja po VICAT-u
Određivanje temperature postojanosti
oblika po MARTENS-u
POLIMERNI MATERIJALI
Pregled najčešćih zahtjeva i važnijih svojstava polimernih materijala
Svojstva na koja se ne može bitno utjecati konstrukcijskim oblikovanjem proizvoda
GUSTOĆA
PROZIRNOST (proziran, poluproziran, neproziran)
KVALITETA POVRŠINE
TOPLINSKA VODLJIVOST
TOPLINSKA RASTEZLJIVOST
TOPLINSKA POSTOJANOST
TEMPERATURNE GRANICE PRIMJENE (najviša i najniža temperatura)
TEMPERATURA OMEKŠAVANJA (plastomeri – metoda po Vicat-u)
TEMPERATURA POSTOJANOSTI OBLIKA (duromeri – metoda po Martensu)
KEMIJSKA POSTOJANOST
POSTOJANOST PREMA UV-ZRAČENJU
OTPORNOST NA GORENJE
TARNA SVOJSTVA (faktor trenja, otpornost na trošenje)
CIJENA
Svojstva koja između ostalog bitno ovise o obliku proizvoda
MEHANIČKA SVOJSTVA
ČVRSTOĆA
MODUL ELASTIČNOSTI
PREKIDNO ISTEZANJE
ŽILAVOST
TVRDOĆA
SVOJSTVA POVEZANA S PRERADOM MATERIJALA I/ILI IZRADOM PROIZVODA
PRERADBENA SVOJSTVA
POLIMERNI MATERIJALI
Prerada polimera/polimernih materijala
Naziv postupka prerade
Napomene
INJEKCIJSKO PREŠANJE
P i D*
PREŠANJE
D (neposredno i posredno
prešanje)
PUHANJE
P
ROTACIJSKO LIJEVANJE
PiD
PRERADA POROZNIH MATERIJALA
PiD
TOPLO OBLIKOVANJE
P
EKSTRUDIRANJE
P
PRERADA OJAČANIH MATERIJALA
PiD
VIŠEKOMPONENTNO PREŠANJE
P
INJEKCIJSKO PUHANJE
P
KALANDRIRANJE
P
ZAVRŠNA OBRADA
PiD
Pregled najčešćih postupaka prerade polimernih materijala
POLIMERNI MATERIJALI
Neki primjeri primjene polimernih materijala u strojarstvu
Naziv dijela
Temeljni zahtjevi
Primjenjivi polimerni
materijali
ZUPČANICI,
LANČANICI,
KLIZNI LEŽAJI
nizak faktor trenja, otpornost
na trošenje
poliamidi, poli(oksimetilen),
polietilen visoke gustoće,
visokomolekulni polietilen
KLIZNI LEŽAJI
KLIZNE STAZE
prigušivanje vibracija, dobra
obradljivost (rezljivost)
visokomolekulni polietilen,
polimerni kompoziti na osnovi
fenolformaldehidne smole
CIJEVI, ELEMENTI
CJEVOVODA
niska gustoća (mala težina),
kemijska postojanost
polietileni, poli(propilen),
poli(vinilklorid)
OBLOGE TARENICA, otpornost na trošenje, znatan
KOČNICA I TARNIH
i jednoličan faktor trenja,
SPOJKI
prigušivanje vibracija
polimerni kompoziti
KOMPOZITNI MATERIJALI
Definicija i podjela kompozitnih materijala
- kompoziti su umjetno proizvedeni višefazni materijali koji imaju željenu kombinaciju
najboljih svojstava konstitutivnih faza.
- kompoziti s česticama,
- vlaknima ojačani kompoziti,
- slojeviti kompoziti
"strukturni kompoziti”
- sendvič konstrukcije
- temeljna podjela kompozita: metalni, keramički i polimerni kompoziti
Usporedba osnovnih tipova kompozita: (a) kompoziti s česticama,
(b) kompoziti s vlaknima, (c) slojeviti kompoziti
KOMPOZITNI MATERIJALI
Sustav
Svojstva kompozita ovise o:
- svojstvima matrice i ojačala,
- veličini i rasporedu (raspodjeli) konstituenata,
- volumnom udjelu konstituenata,
- obliku konstituenata,
- prirodi i jakosti veze među konstituentima.
I
Al–SiO2
0,50
II
Al–Al2O3
0,35
Ag–Al2O3
0,24
Cu–W
0,50
Al–nehrđ.
čelik
0,20
II
I
I
V
V
Oznaka
Ovisnost omjera "granica tečenja kompozita-granica tečenja matrice"
o promjeru čestica – dp, te omjeru l/df – duljina vlakna/promjer vlakna
Volumni udio
vlakna, Vf
Sustav
1
Ni-Al2O3
2
Al-Al2O3
3
Ag-Al2O3
4
Ni-ThO2
5
Ni-Cr2O3
6
Ni-ThO2
7
Ni-SiO2
8
Ni-TiC
9
Al-Al2O3
KOMPOZITNI MATERIJALI
Kompoziti s disperzijom
- veličina čestica, (promjer od 10 do 250 nm)
- volumni udio, (Vp do 15 %)
- razmak između disperziranih čestica, Dp.
Usporedba granice razvlačenja
kompozita s disperzijom
Otpornost na puzanje platine i platine
ojačane s disperzijom 12,5 % čestica ThO2
KOMPOZITNI MATERIJALI
Sustav
Primjena
Ag-CdO
Električni kontakti
Al-Al2O3
Nuklearni reaktori
Be-BeO
Svemirska tehnika i nuklearni reaktori
Co-ThO2, Y2O3
Magnetski
puzanju
Ni-20 %Cr-ThO2
Dijelovi turbina
Pb-PbO
Ploče akumulatora
Pt-ThO2
Električne komponente
W-ThO2, ZrO2
Grijači
materijali
postojani
Primjeri i primjena odabranih kompozita s disperzijom
KOMPOZITNI MATERIJALI
Kompoziti s velikim česticama
Zakon miješanja:
- svojstva kompozita s česticama ovise o relativnim udjelima pojedinih konstituenata
Npr.
c = Vi ∙i
gdje su:
c – gustoća kompozita,
i – gustoća konstituenata,
Vi – volumni udio konstituenata.
Primjena kompozita s česticama
- tvrdi metali
- abrazivi
- polimeri,
- električni kontakti
- ljevački kalupi i jezgre
- lijevanje u poluskrućenom stanju (eng. Compocasting)
KOMPOZITNI MATERIJALI
VLAKNIMA OJAČANI KOMPOZITI
Različiti načini rasporeda vlaknastih ojačavala
Zakonom miješanja:
c = Vm · m + Vf · f
Ec = Vm · Em + Vf · Ef - za opterećenje paralelno s kontinuiranim jednosmjerenim vlaknima
V
V
1
= m + f
Ec
Em
Ef
- za opterećenje okomito na smjer vlakana
KOMPOZITNI MATERIJALI
Svojstva vlakana
Vlakna trebaju biti čvrsta, kruta, lagana, a također trebaju imati visoko talište.
Specifična čvrstoća =
Rm ( Re )

Specifični modul elastičnosti =
E

gdje su: E – modul elastičnosti,
Rm – vlačna čvrstoća,
Re – granica razvlačenja,
 – gustoća.
Svojstva matrice
Materijali matrice trebaju biti žilavi, duktilni i čvrsti, a važna je i temperatura tališta.
KOMPOZITNI MATERIJALI
Materijal
Gustoća,
kg/m3
Vlačna
čvrstoća,
N/mm2
Specifična
čvrstoća,
(x106m2/s2)
Modul
elastičnosti,
kN/mm2
Specifični
modul,
(x106m2/s2)
Viskeri
Grafit
2200
20700
9,1
700
318
Silicijev nitrid (Si3N4)
3200
5000...7000
1,56…2,2
350...380
109...118
Aluminijev oksid (Al2O3)
4000
10000...20000
2,5…5,0
700...1500
175...375
Silicijev karbid (SiC)
3200
20000
6,25
480
150
Vlakna
Aluminijev oksid
3950
1380
0,35
379
96
Aramid (Kevlar 49)
1440
3600...4100
2,5...2,85
131
91
Ugljik a)
1780...2150
1500...4800
0,70...2,70
228...724
106...407
E-staklo
2580
3450
1,34
72,5
28
Bor
2570
3600
1,40
400
156
Silicijev karbid
3000
3900
1,30
400
133
PE-UHMW (Spectra 900)
970
2600
2,68
117
121
Metalne žice
Visokočvrsti čelik
7900
2390
0,30
210
26,6
Molibden
10200
2200
0,22
324
31,8
Volfram
19300
2890
0,15
407
21,1
Orijentacijske vrijednosti svojstava nekih materijala za ojačavanje
KOMPOZITNI MATERIJALI
Kompoziti s polimernom matricom
Najraširenije i daleko najjeftinije polimerne smole su poliesteri i vinil esteri.
Prvenstveno se primjenjuju kod staklenim vlaknima ojačanih kompozita
Epoksidne smole znatno su skuplje i često neprikladne za komercijalnu primjenu.
Primjenjuju se kod polimernih kompozita u zrakoplovstvu. Imaju bolja mehanička
svojstva te veću postojanost prema vlazi.
Za visokotemperaturne primjene koriste se poliimidi čija gornja temperatura
dugotrajne primjene iznosi oko 230 °C.
Visokotemperaturni plastomeri imaju potencijal za buduću primjenu u
zrakoplovstvu. Radi se o polietereterketonu (PEEK), polifenilensulfidu (PPS),
polieterimidu (PEI).
- staklenim vlaknima ojačani polimerni kompoziti;
- ugljičnim vlaknima ojačani polimerni kompoziti;
- aramidnim vlaknima ojačani polimerni kompoziti;
- ostali vlaknasti materijali za ojačanje.
KOMPOZITNI MATERIJALI
STAKLENIM VLAKNIMA OJAČANI POLIMERNI KOMPOZITI
- ovaj tip kompozita proizvodi se u najvećim količinama (E-staklo i S-staklo )
Staklo je popularan materijal za ojačavanje iz nekoliko razloga:
- lako se iz rastaljenog stanja izvlači u obliku visokočvrstih vlakana (d=3 do 20 m);
- ekonomična proizvodnja staklenim vlaknima ojačanih polimernih materijala;
- vlakna su relativno čvrsta, kada ih se uloži (ugradi) u polimernu matricu, dobiva
se kompozit vrlo visoke specifične čvrstoće;
- kemijski su inertni što daje kompozite korisne za primjenu u različitim korozivnim
sredinama.
UGLJIČNIM VLAKNIMA OJAČANI POLIMERNI KOMPOZITI
-promjeri vlakana su od 4 do 10 m a dostupna su kao kontinuirana i rezana.
- uobičajeno su prevučena zaštitnim epoksidnim slojem, što poboljšava vezanje
s polimernom matricom.
- najviši specifični modul i najvišu specifičnu čvrstoću;
- visok vlačni modul i visoku čvrstoću zadržavaju i pri povišenim temperaturama;
- otporni su na vlagu i niz otapala, kiselina i lužina pri sobnoj temperaturi
- postupci proizvodnje vlakana i kompozita koji su relativno jeftini.
KOMPOZITNI MATERIJALI
ARAMIDNIM VLAKNIMA OJAČANI POLIMERNI KOMPOZITI
- izuzetan omjer čvrstoća-gustoća (iznad onog kod metala)
- komercijalna imena dvaju najuobičajenijih su "Kevlar" i "Nomex
- uzdužna vlačnu čvrstoću i vlačni modul elastičnosti viši od drugih polimernih
vlaknastih materijala
- visoka krutost i žilavost, otpornost na udar, otpornost na puzanje te umor
materijala
- otporni zapaljenju te stabilni pri relativno visokim temperaturama;
- raspon temperatura kod kojih zadržavaju visoka svojstva: od –200 do 200 °C;
- podložni degradaciji s jakim kiselinama i lužinama, ali su relativno inertni prema
drugim otapalima i kemikalijama.
OSTALI VLAKNASTI MATERIJALI ZA OJAČANJE
Drugi vlaknasti materijali, kao npr. vlakna bora te vlakna silicijeva karbida (SiC) i
aluminijeva oksida (Al2O3), primjenjuju se u daleko manjoj mjeri.
KOMPOZITNI MATERIJALI
Svojstvo
Staklo (E-staklo)
Ugljik (visokočvrsti)
Aramid (Kevlar 49)
2100
1600
1 400
Gustoća, kg/m3
Vlačni modul elastičnosti, kN/mm2
Uzdužno
45
145
76
Poprečno
12
10
5,5
Uzdužno
1020
1240
1380
Poprečno
40
41
30
Vlačna čvrstoća, N/mm2
Istezljivost (prekidno istezanje), %
Uzdužno
2,3
0,9
1,8
Poprečno
0,4
0,4
0,5
Svojstva kontinuiranih jednosmjernih vlaknima ojačanih epoksidnih kompozita
u uzdužnom i poprečnom smjeru (volumni udio vlakna iznosi 0,60).
KOMPOZITNI MATERIJALI
Kompoziti s metalnom matricom
- materijali matrice: superlegure, legure aluminija, magnezija, titana i bakra
- ojačala: čestice, kontinuirana i diskontinuirana vlakna i viskeri ( Vo= 10 do 60 %)
- materijali kontinuiranih vlakana: ugljik, silicijev karbid, bor, aluminij i tvrdi metali
- materijali diskontinuiranih ojačala: viskeri silicijeva karbida, sjeckana vlakna od
ugljika i aluminija te čestice aluminija i karbida
Vlakno
Matrica
Ugljično vlakno
Vlakno bora
Al-legura 6061
AlMg1SiCu
SiC
Volumni udio
vlakna, %
Gustoća,
kg/m3
Uzdužni vlačni
modul E,
kN/mm2
Uzdužna Rm,
N/mm2
41
2440
320
620
48
-
207
1515
50
2930
230
1480
Al2O3
Al-legura 380.0
Al-Si-Mg
24
-
120
340
Ugljično vlakno
Mg-legura AZ31
38
1830
300
510
"Borsic"
Titan
45
3680
220
1270
Svojstva nekih metalnih kompozita (kompozita s metalnom matricom) ojačanih
kontinuiranim jednosmjernim vlaknima
KOMPOZITNI MATERIJALI
Keramički kompoziti proizvode se postupcima vrućeg prešanja (HP), vrućeg
izostatičkog prešanja (HIP) i sinteriranjem tekuće faze.
Ovakvi materijali primjenjuju se za umetke reznih alata čiji je vijek trajanja puno
dulji od većine materijala koji se primjenjuju za tu svrhu.
“Ugradnjom” čestica, vlakana ili viskera jednog keramičkog materijala u matricu
koja je od druge vrste keramike, lomna žilavost se povećava za oko 10 puta.
Čvrstoća pri sobnoj temperaturi i lomna žilavost Al2O3 za različite
sadržaje SiC viskera
Volumni udio viskera
Čvrstoća,
Rm, N/mm2
Lomna žilavost,
KIC , N/mm3/2
0
-
142
10
455  55
225
20
655  135
237...285
40
850  130
190
KOMPOZITNI MATERIJALI
Ugljik–ugljik kompoziti
Hibridni kompoziti
Slojeviti kompozitni materijali (laminati)
Sendvič konstrukcije
Stanična kruta tijela (pjene)
HVALA NA PAŽNJI !