Jakub Gołojuch

37
Materiały wzmacniające: włókna aramidowe, HDPE, nieorganiczne, bazaltowe, naturalne (roślinne), napełniacze ziarniste Jakub Gołojuch

description

Materiały wzmacniające: włókna aramidowe, HDPE, nieorganiczne, bazaltowe, naturalne (roślinne), napełniacze ziarniste. Jakub Gołojuch. Włókna aramidowe. Aramidy to rodzaje polimerów, z których wytwarzane są różnego rodzaju włókna. T ypy włókien aramidowych: Nomex , Kevlar i Twaron. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Jakub Gołojuch

Materiay wzmacniajce: wkna aramidowe, HDPE, nieorganiczne, bazaltowe, naturalne (rolinne), napeniacze ziarniste

Materiay wzmacniajce: wkna aramidowe, HDPE, nieorganiczne, bazaltowe, naturalne (rolinne), napeniacze ziarnisteJakub GoojuchWkna aramidoweAramidy to rodzaje polimerw, z ktrych wytwarzane s rnego rodzaju wkna. Typy wkien aramidowych: Nomex, Kevlar i Twaron

Na rynku znajduj si 3 typy wkien Kevlar:

Kevlar RI wkno przeznaczone specjalnie do wzmacniania gum, opon, pasw klinowych itp.,Kevlar 29 wkno przeznaczone do rnych zastosowa przemysowych, jak: tkaniny i tamy powlekane, zamiana wkien azbestowych w rnych wyrobach, wytwarzanie toczyw i termoplastw wzmocnionych.Kevlar 49- wkno o duym module i duej wytrzymaoci przeznaczone do wyrobu kompozytw konstrukcyjnych stosowanych w technice lotniczej, morskiej, rakietowej i specjalnego sprztu sportowego, czyli tam , gdzie potrzebna jest dua sztywno i wytrzymao konstrukcji oraz jej lekko.

Struktura wkna Kevlar 49 z poliamidami aromatycznymi;1. krystality; 2. warstwy poprzeczne; 3. warstwa naskrkowaWkna Kevlar nie topi si i nie pal. Ich odporno chemiczna jest dua z wyjtkiem odpornoci na dziaanie mocnych kwasw nieorganicznych i zasad. Wilgo wpywa tylko nieznacznie na ich waciwoci fizykochemiczne. Wodochonno jest jednak spora (do ok.7%)wic przed nasyceniem wkna polimerami (ywicami) naley je suszy. S one jednak czue na promienie UV, ale dodatek stabilizatorw wpyw ten znacznie redukuje.

Porwnanie waciwoci wkien Kevlar z innymi wknami1.) Wytrzymao wkien w pamie zaipregnowanym ywicWkna aramidowe zastosowanie:

Wkna bazaltowe:

Wytwarzane na drodze topienia i formowania stopionych ska bazaltowych. Charakteryzuj si dua odpornoci chemiczn oraz mog by stosowane w szerokim zakresie temperatur. Tkaniny wytworzone z wkien bazaltowych stosuje si jako elementy wzmacniajce w osnowach ywic epoksydowych , poliestrowych, winyloestrowych i poliuretanowych.

Wkna polietylenowe o duej wytrzymaoci:

Wytwarzane s z polietylenu o szczeglnie duym ciarze czsteczkowym. acuchy tego polietylenu s bardzo dugie. Wkna te cechuj si du wytrzymaoci na rozciganie i duym moduem sprystoci

Zastosowanie: elementy elektrotechniczne, obudowy radarowe, hemy ochronne motocyklistw i sportowcw, kamizelki kuloodporne i tarcze ochronne, w produkcji lin okrtowych, tkanin aglowych, sieci i siatek. Wkna nieorganiczne:Wkna borowe

Uzyskuje si je w wyniku osadzania boru z fazy gazowej na podkadce z wkna metalowego lub na wknach wglowych. Osadzanie realizowane jest poprzez rozkad chlorku boru w temperaturze 1300oC.

Mikrografia wkna borowegoWkna borowe charakteryzuj si, w porwnaniu z innymi wknami najwiksz rednic dochodzc nawet do 150 mikrometrw. Wkna borowe maj bardzo wysokie waciwoci wytrzymaociowe, rwnoczenie s do drogie. S one stosowane w przypadku gdy wymagane s specjalne waciwoci wytrzymaociowe i sztywnociowe. Stosuje si je gwnie do zbrojenia kompozytw w osnowie metalowej.

Wkna z wglika krzemu (SiC): wglik krzemu jest bardzo twardy i podobnie jak pierwiastkowy bor cechuje si du wytrzymaoci mechaniczn i nietopliwoci. SiC jest przy tym bardziej odporny chemicznie ni bor.Wyrniamy 3 rodzaje wkien SiC:-wkna rdzeniowe, -wkna z samego SiC -wkna wglowe pokryte cienk warstewk SiC

Wkna metaliczne:

Wytwarzane z metali i ich stopw. Ich waciwoci s zalene od metod wytwarzania, skadu oraz temperaturowych parametrw procesu produkcyjnego. Charakteryzuj si dobrymi waciwociami mechanicznymi, duym moduem sprystoci, duym wydueniem przy zerwaniu oraz dobra adhezj na granicy metal-polimer. Ich wada niewtpliwie jest wysoka cena i dua gsto (np. dla wkien stalowych wynosi 7,8 g/cm3). Wkna monokrystaliczne (ang. Whiskers): Whiskery s monokrysztaami metali , ich tlenkw, azotkw, wglika krzemu i boru, grafitu , a take niektrych zwizkw organicznych, np. celulozy. Wkna te maj ksztat wyduony(stosunek dugoci do gruboci wynosi co najmniej 10:1) i bardzo mae wymiary-grubo poniej 1 lub kilku mikrometrw. Ich wytrzymao mechaniczna jest bardzo dua i odpowiada wytrzymaoci wiza midzyatomowych w sieci krysztau o doskonaej budowie.Zaleno wytrzymaoci od gruboci whiskerw

Waciwoci rnych wkien monokrystalicznych

Whiskery maj przekrj poprzeczny rny od koowego. Typowe przekroje s romboidalne, trjktne lub szecioktne. (liczby oznaczaj stosunek powierzchni wkien o rnym ksztacie do jego objtoci przy tej samej masie.)

Mikrowkna:

Wyrniamy: -wkna Fybex - pierwsze sztucznie otrzymywane mikrowkna (pocztek 70 lat XX w.). rednica mniejsza od 1 mikrometra, chemicznie jest to tytanian potasu.-Dawsonit te mikrowkna maj charakter chemiczny alkalicznego wglanu sodowo-glinkowego. W kompozytach wykazuj oprcz dziaania wzmacniajcego take dziaanie uniepalniajce. -wkna Franklina zbudowane z siarczanu(VI) wapnia, maja rednice 2-3 mikrometrw. Charakteryzuj si niezymi waciwociami mechanicznymi, dobr stabilnoci ciepln, cakowit nieszkodliwoci biologiczn. Wad jest ich podatno na dziaanie wody. S stosunkowo tanie.-wkna fosforanowe chemicznie jest to metafosforan sodowo-wapniowy. Wkna o rednicy 1-5 mikrometra, bardzo wytrzymae, nieamliwe, niepylce.-Mikrowkna z ula tanie wkna o rednicy 2-5 mikrometra, otrzymuje si je przez rozdmuchanie , np. ula wielkopiecowego. Posiadaj struktur amorficzn, pomimo sabych waciwoci mechanicznych znajduj zastosowanie do wzmacniania kompozytw polimerowych zarwno z termoplastw, jak i polimerw termoutwardzalnych.

Krtkie wkna mineralne z materiaw naturalnych:

- Wkna azbestowe podstawowymi waciwociami tych wkien s: dua wytrzymao mechaniczna, odporno cieplna, niepalno i dobre waciwoci elektryczne. Byy one popularne do wytwarzania polimerowych kompozycji ciernych, np. okadzin hamulcowych. Jednak stwierdzone dziaania rakotwrcze azbestu spowodoway wycofanie go ze stosowania w przemyle( ich zamiennikami s obecnie wkna kevlarowe) - Wollastonit wknisty materia pochodzenia naturalnego o skadzie chemicznym metakrzemianu wapnia. Biologicznie bezpieczny. Stosowany jako napeniacz wzmacniajcy ywice m.in. Epoksydowe i poliestrowe.

Wkna azbestoweWkna cite i mielone:

Ten typ wzmocnienia otrzymywany jest z wkien cigych: szklanych, wglowych i metalicznych.Wkna cite otrzymywane s zazwyczaj przez cicie pasm wkien cigych zawierajcych w pasmach wiele monowkien. Wkna cite s stosowane jako wzmocnienie toczyw termoutwardzalnych np. poliestrowych i epoksydowych, a take rnych termoplastw (poliamidw i polipropylenw). Wkna mielone, przewanie szklane, s otrzymywane przez mielenie wkien citych. Wkna te s uywane jako jeden z komponentw toczyw przerabianych wtryskowo lub przetocznie oraz jako wzmocnienie termoplastw.

Wkna rolinne: Rodzaje wkien rolinnych:

Budowa wkien rolinnych:

wkna rolinne zbudowane s z trzech rnych substancji chemicznych: celulozy, hemicelulocy i ligniny, a take z maym dodatkiem pektyn , substancji ywicznych, tuszczw i soli mineralnych. Wkna rolinne do wytwarzania kompozytw stosuje si w postaci krtkich wkien citych, wknin, mat i tkanin, masy wkien celulozowych oraz specjalnych papierw. Jako matryce do kompozytw stosowane s zarwno termoplasty, jak i ywice termoutwardzalne.Stosowane w elektrotechnice i przemyle maszynowym, a take samochodowym.

Schematyczna budowa celulozowych wkien rolinnych

Obraz REM powierzchni przeamu pojedynczego wkna lnu. Widoczne rne warstwy struktury i lumen (pusta przestrze) w rodku.

Waciwoci wkien naturalnychProdukty i wkna z drewna:

Skad chemiczny materiaw drewnianych jest podobny do skadu wkien rolinnych z upraw, rni si znacznie mniejsza zawartoci celulozy. Mczka drzewna z drzew liciastych i iglastych ma podobny skad: celuloza do 50% masy, hemiceluloza do 25% masy, lignina do 30 %masy; ywice, tuszcze, woski, sole mineralne do 1,5 % masy; wilgo do ok. 6 % masy.

Schemat zoonej struktury cianek komrek drewnaMczka drzewna:

Materia nierozpuszczalny w wodzie, ma waciwoci hydro- i lipofilowe. Mczka drzewna stosowana jest w produkcji toczyw przede wszystkim fenolowo-formaldehydowych oraz kompozytw wytaczanych z termoplastw, gwnie PP, PE i PVC. Ten typ materiaw kompozytowych coraz czciej stosowany jest w budownictwie i meblarstwie.

Wkna drewna:

Wytwarzane s przez rozwknianie kawakw drewna kilkoma metodami: metod periodycznmetod defiblyracji parowo-mechanicznejprocesem termomechanicznym

Napeniacze drzewne zyskuj rosnce znaczenie techniczne z uwagi na istotny wzrost zastosowa wytwarzanych z ich uyciem profilowanych wyrobw z kompozytw termoplastycznych, stosowanych gwnie w budownictwie.

Mata z wkien drewnaCeluloza:

Do produkcji kompozytw wytwarza si i stosuje rwnie wysokokrystaliczn celuloz proszkow. Otrzymuje si j zarwno z drewna jak i z innych surowcw rolinnych w procesie siarczanowym. Skada si ona z pojedynczych mikrowkienek dugoci ok. 120 mikrometrw i rednicy ok. 1,8 mikrometra. Z celulozowej pulpy (czyli zawiesiny wodnej wkien) siarczanowej wyizolowuje si celulozowe nanofibryle o rednicy 20-100 nm i dugoci kilku mikronw. Cechuje je wic duy wspczynnik ksztatu (l/d) co zapewnia znaczny efekt wzmacniajcy w wytwarzanych nanokompozytach polimerowych.

Celuloza

Napeniacze ziarniste:

Cechy charakterystyczne:Umoliwiaj stosowanie metod przetwrczych , ktre bez ich udziau nie byyby moliwe(np. wytwarzanie i wtrysk toczyw z ywic termoutwardzalnych). Obniaj cen masy materiau polimerowego, poniewa s zwykle tasze od wielu polimerw. Umoliwiaj nadanie odpowiedniego ksztatu wyrobu. Powoduj zmiany waciwoci fizycznych polimeru, np. twardoci i moduu E. Wpywaj na wygld wyrobu (kolor, gadko, poysk). Mog wprowadza waciwoci specjalne, np. lizgowe (dodatek grafitu), elektroprzewodzce lub antyelektrostatyczne, zmniejsza palno i gsto. Napeniacze mog stanowi samoistnie faz rozproszon lub by stosowane cznie z wknami wzmacniajcymi .

Teoretycznie max. Stopie napenienia polimeru napeniaczem o ksztacie kulek wynosi ok. 90% obj. Zwykle jednak ze wzgldw technologiczno-przetwrczych i waciwoci kompozytu stopie napenienia wynosi od 25 do 60% obj.

Bibliografia:W. Krlikowski Polimerowe kompozyty konstrukcyjne Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012J. W. Kaczmar Wytwarzanie, waciwoci i zastosowanie elementw z materiaw kompozytowych Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocawskiej, Wrocaw 2013