Chimie - Curs 7

Curs Nr. 7

Materiale compozite

7.1. Introducere

Sfârsitul secolului XX este considerat de catre numerosi specialisti ca fiind epoca materialelor compozite. Aceste materiale cu proprietati programabile superioare materialelor traditionale au patruns în domeniile tehnicii de vârf, cum ar fi: tehnologii aerospatiale, microelectronica, tehnica nucleara, tehnica de constructie medicala a implanturilor, dar si în industria de automobile, de nave, industria chimica, a mobilei, în constructii, în industria materialelor sportive.

Materialele compozite sunt realizate din doi sau mai multi componenti care formeaza faze distincte, fiecare componenta pastrându-si caracteristicile individuale si a caror combinare conduce la obtinerea unor efecte sinergetice, care se concretizeaza prin performante ridicate, ceea ce permite largirea domeniului de utilizare a acestora. Materialele compozite pot include toate tipurile de materiale constituite din doua sau mai multe componente.

Materialele compozite sunt alcatuite, în general, din materialul de rigidizare sau materialul de umplutura si din matricea de legatura compatibila.

Materialul de rigidizare (de armare sau de ranforsare) prezinta rezistenta mecanica mare si modul înalt, reprezinta componenta principala de preluare a sarcinii.

Materialul de umplutura reduce costul de productie, dar poate sa conduca si la îmbunatatirea unor caracteristici electrice, mecanice, termice etc.

Matricea constituie componenta de legatura, care serveste si ca mediu de transfer de sarcina între fibre.

În calitate de material de ramforsare, se folosesc:

- fire sau fibre continue, discontinue si „whiskers” din materiale polimerice (fibre aramidice – poliamide aromatice, poliamidice – khevler etc.), metalice (din oteluri inoxidabile, titan, aluminiu, wolfram, molibden etc.), fibre de sticla, fibre carbon, alte tipuri de fibre: bor, carbura de siliciu, azbest, bazalt sau fibre ceramice;

- pulberi si particule cu forme diferite (microsfere, fulgi, cilindrice sau neregulate) si de dimensiuni diferite (de la pulbere de ordinul micronilor, la particule de câtiva milimetri), de natura anorganica (oxid de aluminiu, oxid de zirconiu, carbura de siliciu sau de titan, nitruri de siliciu sau de aluminiu etc.) sau organica.

Pentru realizarea materialelor compozite performante, se folosesc fibre cu

rezistente specifice mari (rezistenta / greutate specifica) si module specifice înalte (modul de elasticitate / greutate specifica) cum sunt fibrele de bor, fibrele de sticla, în

special sticla E, S sau R, fibrele de carbon (cu rezistenta înalta, cu modul înalt sau cu

modul ultraînalt) si fibrele aramidice de tip kevlar.

Fibrele de sticla au cea mai mare utilizare în tehnologiile de obtinere a materialelor compozite. Acest lucru este dat si de faptul ca sunt printre primele tipuri de fibre dar si pentru faptul ca prezinta un raport pret/calitate foarte avantajos.

Cercetarile actuale continua sa puna în valoare calitatile acestor fibre în diverse moduri de prezentare.

Pentru elementele structurale utilizate în conditii de solicitari mecanice si termice înalte se folosesc fibre carbon si fibre ceramice, precum si SiC, Al2O3, SiO2 etc.

În functie de natura matricei, materialele compozite se clasifica în urmatoarele categorii:

- materiale compozite cu matrice polimera MCP;

- materiale compozite cu matrice metalica MCM;

- materiale compozite cu matrice ceramica MCC.

Realizarea de materiale compozite s-a impus pe baza a numeroase considerente tehnice si economice, între care amintim:

- necesitatea realizarii unor materiale cu proprietati deosebite, imposibil de atins cu materialele traditionale;

- necesitatea cresterii sigurantei si a fiabilitatii în exploatare a diferitelor constructii si instalatii;

- necesitatea reducerii consumurilor de materiale deficitare, scumpe sau pretioase;

- posibilitatea reducerii consumurilor de manopera si a reducerii duratelor tehnologice de fabricatie.

Competitivitatea economico-industriala a viitorului umanitatii impune obtinerea de bunuri si produse noi, cu parametri tehnici superiori, la care caracteristicile deosebit de complexe geometrico-functionale se combina cu exploatarea completa a proprietatilor materialelor. Acest scop urmarit în prezent, se atinge utilizând materiale noi prelucrabile si tehnologii noi sau modernizate, adaptate pentru noile materiale.

Dezvoltarea constanta si continua a tehnologiilor pentru materiale noi (compozite, ceramice, minerale si sinterizate) constituie tematica cercetarilor intense si a descoperirilor tehnice din ultimii ani si a preocuparilor oamenilor de stiinta în viitor, pe plan national si international.