Structura materialelor compozite

Definitie:

Definit în sens larg, un material compozit este un ansamblu de materiale distincte, care are caracteristici pe care nu le au materialele constituente în parte. În multe cazuri, materialele, naturale sau sintetice, se găsesc în combinaţie cu alte materiale şi nu acţionând în mod individual. Este cazul corpului uman, construit din carne şi oase sau al betonului armat, unde cimentul este turnat pe un cadru metalic. Compozitele sintetice au apărut prima oară în industria aerospaţială, din necesitatea controlării şi îmbunătăţirii proprietăţilor materialelor, în conformitate cu cerinţele impuse de destinaţie.

Există mai multe variante de definiţie a materialelor compozite. Cea mai cuprinzătoare, caracterizând cel mai bine natura acestora este cea dată de P. Mallick. Conform lui Mallick, ”un material compozit este o combinaţie între două sau mai multe materiale diferite din punct de vedere chimic, cu o interfaţă între ele. Materialele constituente îşi menţin identitatea separată (cel puţin la nivel macroscopic) în compozit, totuşi combinarea lor generează ansamblului proprietăţi şi caracteristici diferite de cele ale materialelor componente în parte. Unul din materiale se numeşte matrice şi este definit ca formând faza continuă. Celălalt element principal poartă numele de ranforsare (armatura) şi se adaugă matricei pentru a-i îmbunătăţi sau modifica proprietăţile. Ranforsarea reprezintă faza discontinuă, distribuită uniform în întregul volum al matricei.”

Fibrele sunt elementul care conferă ansamblului caracteristicile de rezistenţă la solicitări. În comparaţie cu matricea, efortul care poate fi preluat este net superior, în timp ce alungirea corespunzătoare este redusă. Matricea prezintă o alungire şi o rezilienţă la rupere mult mai mari, care asigură că fibrele se rup înainte ca matricea să cedeze. Trebuie insa subliniat faptul că materialul compozit este un ansamblu unitar, în care cele două faze acţionează împreună, aşa cum sugerează curba efort – alungire pentru compozit.

Sistemele de ranforsare pentru materiale compozite pot fi obţinute utilizând toate tehnologiile textile: ţesere, tricotare, braiding, procese pentru materiale neţesute, asamblare prin coasere. La acestea se pot adăuga şi procesele caracterizate de producerea ranforsării şi a materialului compozit în aceeaşi etapă, cum sunt înfăşurarea filamentelor şi poltruderea. Criteriile utilizate în alegerea procesului tehnologic pentru fabricarea ranforsării se referă la stabilitatea dimensională, la proprietăţile mecanice impuse, precum şi la proprietăţile de drapaj / formabilitate ale sistemului de ranforsare.

STRUCTURI COMPOZITE

 Structuri compozite polimerice armate cu fibre

Materialele fibroase pot fi utilizate în structuri de rezistentă, numai inserate într-un material de sprijin numit matrice. În constructiile compozite, de cele mai multe ori, substante complet diferite se pot combina în aşa fel încât proprietătile lor individuale să ajungă la o actiune optimă. De regulă, este vorba de perechi de materiale la care unul are o functie portantă, în timp ce celălalt are

scopul de a contribui la preluarea momentului de inertie.

 Structuri compozite tip sandwich

În general, o constructie sandwich se caracterizează printr-o structură de suprafete multistrat, structură formată de obicei din trei straturi :

• Două straturi de acoperire denumite şi “învelişuri”, ce formează structura portantă (disc, placă sau membrană), straturi alcătuite din

material rigid şi rezistent;

• Un strat intermediar denumit şi “miez” ce are drept scop să sustină învelişurile.

Învelişurile structurii sandwich pot fi plăci de tablă sau stratificate

compozite din răşini armate cu fibre. Miezul poate fi material spongios, structură tip fagure hexagonal, tablă ondulată, material din fibre poliesterice netesute sau alte structuri neconventionale şi oferă un suport mai mult sau mai puTin continuu straturilor de acoperire. Plăcile sandwich pot servi ca panouri sau nervuri pentru grinzile tip cheson. Structura sandwich formată din panou de compresiune sau din panou care să preia solicitarea de forfecare este deosebit de avantajoasă faTă de alte construcTii, prin valoarea caracteristică scăzută a structurii (raportul dintre sarcină şi lungimea structurii)

Din punct de vedere a greutăTii specifice, ataşarea învelişurilor la miez este esenTială pentru calitatea structurii sandwich. Deoarece, din punct de vedere optim, greutatea miezului ar trebui să fie două treimi din greutatea totală a structurii sandwich este important, pe cât posibil, ca miezul să fie cât mai uşor. Elementul de suprafaTă sandwich se deosebeşte esenTial de stratificatele multistrat izotrope şi ortotrope obişnuite, prin proprietăTile caracteristice ale miezului. Miezul trebuie să distanteze şi să susTină învelişurile portante şi să preia numai sarcinile ce acTionează perpendicular pe suprafaTa structurii.

La alegerea corespunzătoare a materialului miezului şi în cazul unor învelişuri relativ subtiri, descrierea stării de tensiune şi a rigiditătilor structurii se simplifică. Fundamentul unei analize a comportării la încovoiere şi la oscilatii a suprafetei sandwich îl reprezintă teoria membranei . Scopurile miezului precum şi ipotezele teoriei membranei vor fi îndeplinite prin alegerea materialelor spongioase izotrope sau prin structuri fagure ortotrope.