Determinări asupra materialelor compozite

5. Determinari asupra materialelor composite

5.1. Materiale compozite folosite in constructii

5.1.1.Introducere

Crearea de noi materiale care sa acopere o paleta mai larga de exigente, impuse de dezvoltarea in noi parametri a domeniilor de utilizare, este o necesitate de permanenta si stringenta actualitate.

Conceptul de material compozit este vechi si nou in acelasi timp. Este vechi pentru ca materialele compozite au fost utilizate inca din antichitate, cunoscandu-se faptul ca prin combinarea mai multor materiale se obtin materiale cu proprietati superioare. Este nou pentru ca dorinta explorarii spatiului a readus problema in actualitate, pe alta spirala a dezvoltarii si cu implicatii in mult mai multe domenii (Isopescu 1995)

Cercetarile efectuate au evidentiat si mai mult ca viitorul este al materialelor compozite, pentru ca ele imbina in mod rational proprietatile favorabile ale componentelor si ofera proiectantului posibilitatea de a dirija acest proces in functie de necesitati.

Conceptul de material compozit permite ca noul sa poata fi strict dirijat spre rezultate dinainte asteptate, cat si crearea unor materiale cu anumite proprietati impuse, astfel ca parametrii tehnici ai unui element sa fie satisfacuti prin calitatile unui material special creat pentru aceasta (Taranu s.a.1992).

Aceasta modalitate noua de a privi creatia in tehnica prin prisma unui material propriu ofera un teren fertil cercetarii materialelor compozite, materiale caracterizate prin maleabilitate conceptuala si interdisciplinaritate .

Modalitatea este noua doar in tehnica, natura generand astfel de materiale pe scara evolutiei organice, spre exemplu :

? lemnul = fibre de celuloza +liant de lignina;

? oasele = cristale de apatita + liant de colagen.

Compozitele artificiale ofera :

? posibilitatea materialelor traditionale (lemn, metal, piatra) de a depasi anumite limite ale proprietatilor;

?dezvoltarea unor noi metode de calcul analitic;

?noi posibilitati de inovatii in domeniul structural si arhitectural;

?posibilitatea crearii unui material unic la care componentele se completeaza reciproc, deficientele unora fiind suplinite de calitatile altora, rezultand calitati superioare fiecaruia luat separat.

5.1.2 Definitii

Materialul compozit este sistem multifazic obtinut pe cale artificiala, prin asocierea a cel putin doua materiale, chimic distincte, cu interfata de separare clara intre cele doua componente, in scopul obtinerii unor performante superioare in raport cu cele ale componentelor de plecare (Agarwal si Broutman1990).

Sau este un material format din mai multe componente, a caror organizare si elaborare, permit folosirea celor mai bune caracteristici ale componentelor, astfel incat acestea sa aiba proprietati finale in general superioare componentelor din care sunt alcatuite (Lee 1989).

Conceptia de baza a materialelor compozite este folosirea asociata a unor materiale cu proprietati cunoscute pentru obtinerea unui material nou cu proprietati superioare si posibilitatea de dirijare a acestor proprietati.

5.1.3 Fazele constituente ale materialului compozit

Materialul compozit, este alcatuit (fig.5.1.3.1) din:

?faza discontinua, cunoscuta sub denumirea de armatura sau ranforsant (fibre,foite, solzi, particule);

?faza continua, cunoscuta sub denumirea de matrice sau masa de baza;

?adaosurile tehnologice.

Figura 5.1.3.1 Fazele componente ale compozitelor

Proprietatile compozitelor sunt puternic influentate de (fig.5.1.3.2):

?caracteristicile componentelor;

?distributia acestora;

?interactiunea dintre ele.

Figura. 5.1.3.2 Parametrii care influenteaza proprietatile compozitului

5.1.4 Matricea

Matricea este masa de baza, identificata cu un "continuu" al compozitului. Functie de natura materialului folosit, matricea poate fi (fig.5.1.4.1.):

Figura. 5.1.4.1 Natura matricei

Functiunile matricei

Matricea indeplineste in compozit urmatoarele functiuni (Taranu s.a.1992):

?stabileste forma definitiva a produsului realizat din materialul compozit;

?inveleste fibrele astfel incat sa le protejeze atat in fazele de formare ale produsului cat si pe durata de serviciu;

?pastreaza armaturile la distante corespunzatoare transmiterii eforturilor intre faze prin adeziune, frecare sau alte mecanisme de conlucrare;

?impiedica flambajul fibrelor, deoarece fara mediul de sustinere armatura nu este capabila sa preia eforturi de compresiune;

?matricea constituie mediul de transmitere a eforturilor prin compozit astfel ca, la ruperea unei fibre, reincarcarea celorlalte fibre se poate realiza prin contactul de la interfata;

?asigura contributia principala la stabilirea rezistentei si rigiditatii in directia normala pe fibre;

?permite redistribuirea concentrarilor de tensiuni si deformatii evitand propagarea rapida a fisurilor prin compozit;

?stabileste continuitatea transversala dintre lamelele ansamblului stratificat;

?asigura compatibilitatea termica si chimica in raport cu armatura.

Materiale compozite folosite in constructii si la sisteme cu surse regenerabile de energie.