Historia i rozwój materiałów kompozytowych

Prezentacja na temat: "Historia i rozwój materiałów kompozytowych"— Zapis prezentacji:

1 Historia i rozwój materiałów kompozytowych
Wykonał: Radosław Krupa

2 Plan prezentacji Historia i rozwój materiałów kompozytowych,
Rozwój materiałów polimerowych Rozwój maszyn do przetwórstwa polimerów, Rozwój lekkich stopów na osnowy materiałów kompozytowych, Kształt umocnień stosowanych w materiałach kompozytowych, Rola lekkich materiałów w konstrukcji środków transportu, Wybór materiału i metody wytwarzania

3 Historia i rozwój materiałów kompozytowych
Pionierzy - Egipt i Mezopotamia, obecnie w Afryce. Starożytni Egipcjanie i mieszkańcy Mezopotamii wykonywali ściany domów z gliny wzmacnianej trzciną, słomą lub trawą.

4 Historia i rozwój materiałów kompozytowych
Otrzymywali w ten sposób mniej więcej coś takiego. Słabsza glina – osnowa była wzmacniana wytrzymalszą trzciną i słomą – zbrojeniem.

5 Historia i rozwój materiałów kompozytowych
Obecnie zbrojenie w budownictwie to stalowe pręty w osnowie betonowej wyglądające tak.

6 Historia i rozwój materiałów kompozytowych
Jak widać w starożytności najczęściej wykorzystywanymi materiałami były ceramika, szkło, polimery i kompozyty. I jak widać obecnie w pewnym stopniu trend ten powraca. Ale kiedyś kompozytem był papier. Papier – kompozyt wykonany z masy włóknistej celulozy lub ścieru drzewnego oraz wypełniacza, czyli skrobi ziemniaczanej lub kaolinu talku, gipsu Obecnie kompozytem są np. kevlar lub węgliki spiekane, czyli m.in. węgliki tytanu i wolframu w osnowie stopów kobaltu. Powodem zwiększenia znaczenia innych materiałów niż stale jest bum na zmniejszenie masy i zachowaniu wytrzymałości, zmniejszenie kosztów produkcji, poszukiwaniem lepszych materiałów i swego rodzaju modą na stosowanie polimerów i kompozytów polimerowych. Obecnie stosuje się różne mieszanki 4 przedstawionych grup (metale, polimery, ceramika i kompozyty)

7 Rozwój materiałów polimerowych
Pierwszy polimer – przeźroczystą żywicę otrzymał Bartholomaus Schobinger w XVI w. Wykonał to poprzez rafinowanie koziego sera -> mieszanie -> chłodzenie -> rafinowanie i dalszą obróbkę. Rafinowanie – oczyszczanie substancji z tłuszczy i benzyn poprzez destylacje, ekstrakcję lub działanie na nią kwasami i zasadami. Wulkanizacja – addycja (przyłączanie) w podwyższonej temperaturze siarki rombowej do podwójnych wiązań chemicznych węgiel=węgiel

8 Rozwój materiałów polimerowych

9 Rozwój maszyn do przetwórstwa polimerów
Kalander (1836) Wytłaczarka jedno i dwu- ślimakowa (od 1860) Kalander - służące do nadawania połysku i wygładzania papieru, folii z tworzywa oraz tkanin

10 Rozwój maszyn do przetwórstwa polimerów
Wtryskarka tłokowa (od 1872)

11 Rozwój maszyn do przetwórstwa polimerów
Forma wielogniazdowa (1878) Skonstruowanie takiej formy umożliwia produkcję seryjną i wielkoseryjną, przy skróceniu czasu pracy.

12 Rozwój lekkich stopów na osnowy materiałów kompozytowych
Na osnowy stosowane są przede wszystkim lekkie stopy: Magnezu – dobra wytrzymałość, dobra spawalność, Aluminium – dobra lejność, plastyczność, Tytanu – dobra wytrzymałość, odporność na korozję i na działanie wysokich temperatur.

13 Rozwój lekkich stopów na osnowy materiałów kompozytowych - Magnez
1808 Sir Humphrey Davy odkrywa, że MgO to tlenek nowego metalu Antoine Bussy otrzymał czysty magnez w reakcji MgCl2 + 2K -> 2KCl + Mg Michael Faraday wytworzył magnez w elektrolizie chlorku magnezu Robert Bunsen opracował produkcję magnezu w elektrolizie na skalę przemysłową Pierwsza próba produkcji magnezu w W.B. przez firmę Johnson and Matthey w Patricroft – nieudana Niemcy posiadają monopol produkcji magnezu na świecie Ciekawostką jest, że Faraday był asystentem Davy’ego w młodości. Więc Magnez de facto wynaleźli Davy i Faraday.

14 Rozwój lekkich stopów na osnowy materiałów kompozytowych - Aluminium
1825 Hans Christian Oerstedt otrzymał aluminium zanieczyszczone potasem Friedrich Wöhler otrzymuje aluminium bez zanieczyszczeń potasu Henri Sainte-Claire Deville opracował przemysłowy proces produkcji aluminium. Oerstedt tlenek glinu rozgrzewał i przepuszczał przez niego chlor z węglem. Otrzymany chlorek glinu mieszał z amalgantem potasu i otrzymywał roztwór glinu i rtęci ora chlorek potasu. Potem odparowywał rtęć i otrzymywał glin nieco zanieczyszczony potasem.

15 Rozwój lekkich stopów na osnowy materiałów kompozytowych - Tytan
1791 Proboszcz Williamem Gregorem bawił się magnetycznym proszkiem z pobliskiej kopalni i kwasem solnym. Otrzymał w ten sposób czerwono-brunatny osad, ale sam nie wiedział za bardzo co to jest Martin Heinrich Klaproth stwierdził występowanie nowego metalu badając minerał rutyl. Nazwał go Titanium Heinrich Rose otrzymał czysty dwutlenek tytanu Jöns J. Berzelius otrzymał zanieczyszczony tytan Lars F. Nilson z kolegami wytworzył tytan o czystości 95% z chlorku tytanu i sodu.

16 Kształt umocnień stosowanych w materiałach kompozytowych
Cząstkami rozproszonymi – wielkość 1-5μm oraz nm; Włóknami krótkimi ułożonymi losowo wykonane metodą wtryskiwania lub wytłaczania; Włóknami długimi ułożonymi równolegle; Kompozyty warstwowe zbrojone włóknami szklanymi lub aramidowymi.

17 Umocnienia stosowane w materiałach kompozytowych
Włókna dodawane do osnowy z metalu: Tlenek glinu - Bor, Tlenek boru, - Wolfram. Włókna dodawane do osnowy z polimeru: - Szklane, - Aramidowe, - Węglowe, - Nanorurki węglowe.

18 Rola lekkich materiałów w konstrukcji środków transportu
Zmniejszenie masy pojazdów, bez zmniejszenia jego wytrzymałości, Zmniejszenie spalania paliw, Zmniejszenie zanieczyszczania środowiska spalinami, Im mniejsza masa tym więcej sprzętu można w samochodzie umieścić, Zmniejszenie kosztów wytwarzania. Dlatego własności mechaniczne polimerów i kompozytów często porównuje się do gęstości właściwej. Przy kompozytach wchodzą w grę parametry nazywane specyficznymi: spec. Wytrzymałość na rozciąganie [km], spec. Moduł sprężystości [km].

19 Rola lekkich materiałów w konstrukcji środków transportu

20 Wybór materiału i metody wytwarzania
Dobór materiału powinien być kompromisem między: Gęstością materiału, Własnościami mechanicznymi, Własnościami fizycznymi, Własnościami użytkowymi, Ceną materiału i kosztem wytworzenia.

21 Wybór materiału Takie pogrupowanie materiałów względem ich właściwości można znaleźć w książce Dobór materiałów inżynierskich Prof. Ashb’ego.

22 Wybór metody wytwarzania

23 Odlewanie metodą traconego wosku
Film:

24 Literatura i źródła: J. W. Kaczmar „Wytwarzanie, właściwości i zastosowanie elementów z materiałów kompozytowych” Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2013, 9-35. Ashby M.F. „Dobór materiałów w projektowaniu inżynierskim” Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1998 Najważniejsze

25 Literatura i źródła:

26 Dziękuję za uwagę…