Fragment notatki:
Kompozyt – materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej
komponentów (faz) o różnych właściwościach. Właściwości kompozytów nigdy nie są sumą, czy
średnią właściwości jego składników. Najczęściej jeden z kompenentów stanowi lepiszcze, które
gwarantuje jego spójnośd, twardośd, elastycznośd i odpornośd na ściskanie, a drugi, tzw. komponent
konstrukcyjny zapewnia większośd pozostałych własności mechanicznych kompozytu. Kompozyty
pozwalają na otrzymywanie lekkich, mocnych i elastycznych konstrukcji. Są nimi także materiały
żarowytrzymałe (np. łopatki turbin gazowych) i narzędzia (np. węgliki spiekane)
Do najbardziej znanych kompozytów należą żelazo - beton, eternit, szkło zbrojone siatką
metalową, węgliki spiekane, cermetale
Kompozytu dzielimy na:
- dyspersyjne – umacniane cząstkami
Wzmacniane dużymi cząstkami innej fazy ( np. polimer z wypełniaczem lub beton)
Cermet (kompozyt metalu z ceramiką) – elektronika,technika reaktorowa, austronautyka
elementy konstrukcyjne silniki rakietowe odporne na ścieranie w wysokich temperaturach
- włókniste – umacniane włóknami; najważniejszy rodzaj kompozytów; Włókno jest obiektem
anizotropowym, o symetrii cylindrycznej;
-umacniane włóknami ciętymi
-umacniane włóknami ciągłymi
Włókno ma zazwyczaj długośc znacznie większa od średnicy; są to obiekty podłużne;
przeważnie stosuje się włókna szklane, węglowe i amidowe (np. Kevlar);
Długośd włókna
Właściwości mechaniczne kompozytu zależą od
wielkości naprężenia, które jest przekazywane
przez osnowę (zależy od siły wiązania między
włóknem a osnową)
Średnica włókna
Przyczyną dużej wytrzymałości włókien jest
również mała średnica
Optymalna zawartośd włókien w kompozycie
wynosi od 45-70%
Włókniste kompozyty naturalne
-drewno- złożone z włókien celulozy w ligninie i hemicelulozie;
- tkanka kostna – złożona z apatytu w związkach proteinowych;
-pieo drzewa zbudowany jest z długich, pustych w środku komórek w większości
równoległych do osi drzewa;
-ściany komórek zbudowane są z włókien krystalicznej celulozy-mikrofibryl; rolę
osnowy pełni lignina i celuloza;
DREWNO SOSNOWE (kolumbijska) MA WIEKSZA WYTRZYMAŁOŚĆ NIŻ STAL
Włókna dnia dzisiejszego- KEVLAR- poil(teraftalano-1-4-fenylodiamid) – polimer z grupy
amidów ( aramidów), z którego przędzie się włókna sztuczne o wysokiej wytrzymałości na
rozciąganie; nie rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych, ale rozpuszcza się w stężonym
kwasie siarkowym; Jest ok. 5 i pół lżejszy od stali
Włókna wyciąga się ze stopionego Kevlar, który generuje w stopie fazę ciekłokrystaliczną,
dzieki temu wyciagane włókno wykazuje wysoki stopieo organizacji cząsteczek, nieosiągalny w
przypadku przędzenia włókien ze zwykłego poliamidu; produkowane są włókna wykorzystywane w
kamizelkach kuloodpornych, kaskach i hełmach ochronnych, trampolinach, wewnętrznych powłokach
nart, rakiet tenisowych i kajaków;
Kompozyt składa się z osnowy i umieszczonego w niej drugiego składnika- zbrojenie – o znacznie
lepszych właściwościach mechanicznych
Zbrojenie może mied postad proszku lub włókien. Dodawane w dużej ilości – oddziałuje ono
zazwyczaj tylko fizycznie na osnowę
Osnowa- najczęściej polimer (bo mały ciężar i łatwośd kształtowania)( ceramika, metal)
Wymienione materiały różnią się znacznie właściwościami takimi jak wytrzymałośd na rozciąganie,
sztywnośd, odpornośd na kruche pękanie, temperatura użytkowa, różnią się ciężarem właściwym
-Utrzymuje razem zbrojenie,
-Wytrzymałośd na ściskanie
-Przenosi naprężenie zewnętrze na zbrojenie
-Zatrzymuje rozprzestrzenianie się pełnid
-Nadaje wyrobom żądany kształt
-Podział ze względu na osnowę
Podział kompozytów ze względu na osnowę
polimerowe
Żywice termoutwardzalne jak fenoplasty i aminoplasty, duroplasty, chemoutwardzalne, silikony,
tworzywa termoplastyczne
metalowe
● kompozyty o osnowie ze stopu metali lekkich ( Mg, Al, Ti)
● kompozyty o osnowie ze stopu srebra i miedzi
● kompozyty o osnowie ze stopu niklu
● kompozyty o osnowie ze stopu ołowiu i cynku
ceramiczne
materiały budowlane jak cement i gips; materiały hutnicze głównie ogniotrwałe; materiały stosowane
w elektronice)
Zastosowanie
- implantologia,
- medycyna
-budownictwo
-Kompozyty strukturalne - w których występują ciągłe struktury komponentów konstrukcyjnych warstwy (np. sklejka), pręty (np. żelbet) lub regularne struktury trójwymiarowe np. przypominające
plaster miodu Popularne kompozyty strukturalne – o osnowie polimerowej np. żywice, wzmacniane
włóknami szklanymi węglowymi lub amidowymi.
-Laminaty - które składają się z włókien zatopionych w lepiszczach - w zależności od sposobu
uporządkowania włókien rozróżnia się taśmy kompozytowe - włókna ułożone w jednym kierunku maty kompozytowe - w dwóch prostopadłych kierunkach - lub nieuporządkowane
Kompozyty warstwowe(kanapkowe)- dwie silne warstwy zewnętrzne rozdzielone warstwą
słabszego i mniej gęstego materiału (rdzeo); używa się w konstrukcji dachów, ścian, skrzydeł
samolotów; rolą rdzenia jest przeciwdziaład deformacjom spowodowanym siłą prostopadłym do
powierzchni zewnętrznych; często rdzeo ma strukturę plastra miodu;
Mikrokompozyty i naokompozyty w których regularna struktura dwóch lub więcej składników
jest zorganizowana już na poziomie nadcząsteczkowym - tego rodzaju kompozyty występują w
organizmach naturalnych - np. drewno - jest rodzajem mikrokompozytu, w skład którego wchodzą
zorganizowane w skręcone pęczki włókna celulozowe, "sklejone" ligniną - współcześnie próby
sztucznego otrzymywania tego rodzaju kompozytów są prowadzone w ramach badao
nanotechnologicznych
Stopy strukturalne - które są rodzajem stopów metali, metali z niemetalami, polimerów między
sobą i polimerów z metalami i niemetalami o bardzo regularnej mikrostrukturze - przykładem tego
rodzaju kompozytu jest stal damasceoska i duraluminium
-Eternit – pokrycie dachowe, i elewacyjne, rury , - materiał budowlany – azbestowo- cementowych,
materiał ogniotrwały, odporny na warunki atmosferyczne oraz działanie wody i ścieków, wytrzymały
mechaniczne, nawet w wyrobach o niewielkich grubości, relatywnie lekki i tani.
Polimery (gr. polymeres - wieloczęściowy, zbudowany z wielu części) – substancje chemiczne o
bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek
zwanych merami; Polimery syntetyczne są podstawowym budulcem tworzyw sztucznych, a także
wielu innych powszechnie wykorzystywanych produktów chemicznych takich jak: farby, lakiery, oleje
przemysłowe, środki smarujące, kleje itp.
Podział polimerowe układy przewodzące
•
Polimery zawierające układy sprzężonych wiązao podwójnych w łaocuchu głównym,
•
Polimery z atomami metalu w łaocuchu głównym,
•
Polimery zawierające układy wiązao skumulowanych lub potrójnych w łaocuchu głównym,
Polimery zawierające układy wiązao sprzężonych otrzymywane w wyniku reakcji analogowych na
gotowych polimerach
Takie łaocuchy wiązao sprzężonych (typu n w łaocuchu),
wymienionych polimerów, zapewniają dużą ruchliwośd elektronów wewnątrz makrocząsteczki,
łatwośd usunięcia elektronu z cząsteczki lub dostarczenia dodatkowego elektronu, czyli wytworzenia
nośnika ładunku
Politiofen , a szczególnie jego pochodne podstawione łaocuchami alkilowymi, należą do grupy
polimerów elektroprzewodzących charakteryzujących się dużą przewodnością, szczególnie po
domieszkowaniu (* = 102 S/cm), dobrą trwałością i rozpuszczalnością w wielu rozpuszczalnikach
organicznych.
Politiofeny oprócz dobrego przewodnictwa wykazują również stosukowo
silną elektroluminescencję. Mogą znaleźd zastosowanie w budowie czujników chemicznych i
gazowych
Pedot- Polimeryzacja ciekłego monomeru – 3,4-etylenodioksytiofenu doprowadziła do otrzymania
nowego materiału przewodzącego prąd elektryczny - poli-(3,4-etylenodioksytiofenu) (PEDOT).
PEDOT, w przeciwieostwie do innych polimerów elektroprzewodzących, odznacza się większą
przeźroczystością, mniejszą opornością elektryczną, jest bardziej odporny na działanie pary
wodnej, podwyższonej temperatury i światła. Nowy materiał służący do zapisu i przechowywania
informacji
Zastosowanie polimerów przewodzących
- Środki elektroluminescencyjne w polimerach sprzężonych
- polimeryczne inhibitatory korozji metali
-membrany
- sensory chemiczne i biologiczne
-tekstylia przewodzące – sensorowa tkanina która przewodzi prąd elektryczny i nie wyga prania)
-be bezbarwne powłoki przewodzące
- elementy urządzeo elektromechanicznych (np sztuczne mięśnie )
Smart materials- materiały inteligentne
- zdolnośd zapamiętywania, kontrolowania kształtu i właściwości
Wykorzystywane w Medycynie, ( sensorowa tkanina przewodząca prąd elektryczny nie wymagająca
prania)
ZASTOSOWANIA:
- układy zawieszenia pojazdów
- narty
-rakiety tenisowe
-części garderoby
-elementy wyposażenia wnętrz np. szyby
-samozasilajace się układy piloty zdalnego sterowania
- kosmonautyka
Nanokompozyt (podwójna definicja)
• 1-20 nm to nanokomopozyt
• do 100 nm to nanokompozyt
Podział nanokompozytów polimerowych:
• jeden wymiar jest rzędu nano, a pozostałe dwa są większe , (warstwowe glinokrzemiany
montmorylonit)
• dwa wymiary są rzędu nano, a trzeci wymiar jest większy (nanorurki węglowe)
• trzy wymiary sąrzędu nano (fulereny, sferyczne cząstki krzemionki)
Metody otrzymywania nanokompozytów polimerowych:
• polimeryzacja “in situ”
•
mieszanie w roztworze
• mieszanie w stanie stopionym
Zalety nanokompozytów polimerowych
• Zwiększona sztywnośd bez utraty udarności;
• stabilnośd wymiarowa;
• poprawa efektu barierowego;
• zwiększona stabilnośd termiczna i odpornośd na działanie ognia
• Dobre właściwości optyczne (cząstki napełniaczy o średnicy mniejszej od długości fal
świetlnych nie stanowią dla nich zapory);
• ograniczenie defektów powierzchniowych wyrobów;
• podwyższona lepkośd i stopieo krystalizacji w stosunku do polimeru wyjściowego.
Nanostruktury organiczne
- nanokapsułki i możliwośd zastosowania ich w medycynie. Farmakologii I ORGANICZNE RURKI – Z
SIARCZKU WOLFRAMU) wytworzone z DNA)
- Nanorurki – węglowe struktury nadcząsteczkowe mające postad walców ze zwiniętego grafenu;
(Najcieosze nanorurki węglowe mają średnice rzędu 1 nanometra, a ich długośd może byd milion razy
większa) Znakomite przewodnictwo cieplne, niezwykła wytrzymałośd na rozciąganie i unikalne
własności elektryczne.
Nanoproszki – ciała stałe o średnicy cząstek w skali manometrycznej przyjmuje się że zbudowane są z
elementarnych cząstek (krystalitów) mniejszych niż 20 nm.
Właściwości
mała wielkości cząstek nanoproszków powoduje, że mają one bardzo rozwiniętą
powierzchnię właściwą, która zależy od kształtu cząsteczek proszku i może byd szczególnie duża dla
cząsteczek o kształcie wydłużonym wpływa na właściwości nanoproszków
- charakteryzują się dużą „pojemnością” chodzi o segregacje na ich powierzchni
- niewysycony charakter wiązao atomów powierzchniowych będzie z kolei wpływał na
skłonnośd do łączenia się w cząsteczki i łatwośd absorpcji substancji celowo wprowadzanych do ich
otoczenia
- aglomeracja (łaczenia się ) jest szczególnie silna w przypadku małych cząstek, ze względu na
duży udział atomów powierzchniowych w stosunku do atomów objętościowych’ tendencji tej
można zapobiec utrzymując odpowiednie PH ( +/ 8,5) przez co na powierzchni cząsteczek
wytwarzane są ładunki jednoimienne, dzięki czemu cząsteczki proszku są odpychane co utrudnia
proces aglomeracji
- właściwości magnetyczne- ferromagnetyki,supermagetyczne materiał ( w technice
rezonansu magnetycznego jako kontrast tkanek)
Typowa wielkośd cząstek biorących udział w przemianie ferromagnetyk- supermagnetyk dla
tlenków metali wynosi 10-20 nm dla metali i ich stopów 1-3 nm
W Polsce syntezowana krzemionka amorficzna w nanocząsteczce srebra
Właściwości
- właściwości bakteriostatyczne, hamuje wzrost bakterii ii eliminuje przykry zapach
- wykorzystywany w przemyśle włókienniczym tworzy sztuczne farby.
- napełniacze w produkcji nanokompozytów polimerowych i w produkcji farb
Wytwarzanie
- z fazy gazowej
-PVD- fizyczne osadznie z f. gaz.
-CVD – chemiczne -||-techniki oparte na procesie pirolizy
- metody osadzania z fazy ciekłej
- zol- żel
- metoda strącenia
- metoda odwróconych miceli
-synteza hydrotermalna i solwotermalna
- elektrochemiczne osadzanie
-metody rozdrobnienia
- mielenie
-wysokoenergetyczne rozdrabnianie
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)