Kompozyty FRP

Termin kompozyt pochodzi od łacińskiego słowa compositus, który znaczy "złożony". Ludzie wytwarzają je od tysięcy lat, jednak ciągle nie udało się stworzyć jednoznacznej i ostatecznej ich definicji. W encyklopedii [1] możemy przeczytać, że:

„Kompozyt jest to materiał utworzony z co najmniej dwóch komponentów (faz) o różnych właściwościach w taki sposób, że ma właściwości lepsze i (lub) właściwości nowe (dodatkowe) w stosunku do komponentów użytych osobno lub wynikających z prostego sumowania tych właściwości – kompozyt jest materiałem zewnętrznie monolitycznym, jednakże z widocznymi granicami między komponentami”.

Inną, przypuszczalnie najczęściej przywoływaną, czteroczłonową definicję zaproponowali amerykańscy badacze Lawrence J. Broutman i Richard H. Krock [2]:

  • kompozyt to materiał który został wytworzony przez człowieka,
  • kompozyt składa się z dwóch różnych materiałów, które różnią się od siebie swoimi właściwościami, z wyraźną granicą podziału między nimi,
  • materiały tworzą kompozyt w całej swojej objętości,
  • materiały kompozytowe powinny mieć, inne właściwości niż materiały go tworzące.

Główne elementy konstrukcyjne mostu demonstracyjnego Com-bridge powstaną z kompozytu włóknistego o osnowie polimerowej (ang. Fibers Reinforced Polymer - FRP). W tego typu materiałach rolą ciągłych włókien jest zapewnienie pożądanej wytrzymałości i sztywności. Udział polimerów w całkowitej nośności kompozytu jest znikomy – w stosunku do włókien, zarówno wytrzymałość na rozciąganie jak i moduł sprężystości żywicy są mniejsze o mniej więcej 2 rzędy wielkości [3]. Nie mniej jednak, matryca (osnowa) polimerowa jest bardzo ważna dla pracy kompozytu. Służy ona jako spoiwo, zapewnia ochronę włókien (m.in. przed czynnikami środowiskowymi) oraz pozwala na redystrybucje obciążenia pomiędzy poszczególnymi włóknami [4]. Poniższy rysunek przedstawia zdjęcie z mikroskopu SEM dwóch elementów kompozytowych. Można na nim zauważyć okrągłe włókna oraz osnowę polimerową.

Obraz SEM pultruzyjnych prętów kompozytowych; Po lewej pręt szklany (GFRP), po prawej bazaltowy (BFRP)

Polimery dzielą się na dwie podstawowe grupy: termoplastyczne i termoutwardzalne. Te pierwsze, miękną w czasie podgrzewania oraz twardnieją podczas ochładzania. Ten proces jest odwracalny i powtarzalny. Tworzywa z drugiej grypy poddane ogrzewaniu i ochłodzeniu ulegają trwałemu usieciowaniu. Stają się twardsze i bardziej kruche. Ponowne podgrzanie do tej samej temperatury nie powoduje spadku twardości – temperatura mięknięcia ulega podwyższeniu. Dopiero po jej przekroczeniu jest możliwa zmiana budowy cząsteczkowej żywicy. Ten proces, zwany wygrzewaniem, jest wykorzystywany do zmiany właściwości mechanicznych oraz podwyższenie dopuszczalnej temperatury pracy.

Z grupy polimerów termoutwardzalnych możemy wyróżnić produkty chemoutwardzalne (sieciowanie polimeru zaczyna się pod wymieszaniu żywicy z utwardzaczem). Alternatywą są polimiery termoutwardzalne, w których reakcja sieciowania rozpoczyna się po podgrzaniu żywicy. Do budowy elementów konstrukcyjnych w projekcie Com-bridge jest wykorzystywana żywica epoksydowa (chemoutwardzalna).

Źródła
[1] Encyklopedia Powszechna, PWN 1988, t. 5, s. 187
[2] Brautman L.J., Krock R.H., Composite Materials, Academic Press, New York 1975
[3] German J., Podstawy mechaniki kompozytów włóknistych. Kraków, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2001
[4] KOLLÁR LÁSZLÓ P., SPRINGER G. S., Mechanics of Composite Structures. Nowy York, Cambridge University Press, 2003

Ta witryna internetowa korzysta z plików cookie. Pozostając na niej wyrażasz zgodę na korzystanie z cookie.
Przeglądarka internetowa umożliwia zablokowanie plików cookie.

Zamknij [X]