Materiale Compozite

ELEMENTE INTRODUCTIVE

Crearea de noi materiale care să acopere o paletă mai largă de exigenţe, impuse de dezvoltarea în noi parametri a domeniilor de utilizare, este o necesitate de permanentă şi stringentă actualitate.

Conceptul de material compozit este vechi şi nou în acelaşi timp. Este vechi pentru că materialele compozite au fost utilizate încă din antichitate, cunoscându-se faptul că prin combinarea mai multor materiale se obţin materiale cu proprietăţi superioare. Este nou pentru că dorinţa explorării spaţiului a readus problema în actualitate, pe altă spirală a dezvoltării şi cu implicaţii în mult mai multe domenii (Isopescu 1995)

Cercetările efectuate au evidenţiat şi mai mult că viitorul este al materialelor compozite, pentru că ele îmbină în mod raţional proprietăţile favorabile ale componentelor şi oferă proiectantului posibilitatea de a dirija acest proces în funcţie de necesităţi.

Conceptul de material compozit permite ca noul să poată fi strict dirijat spre rezultate dinainte aşteptate, cât şi crearea unor materiale cu anumite proprietăţi impuse, astfel ca parametrii tehnici ai unui element să fie satisfăcuţi prin calităţile unui material special creat pentru aceasta (Ţăranu ş.a.1992).

Această modalitate nouă de a privi creaţia în tehnică prin prisma unui material propriu oferă un teren fertil cercetării materialelor compozite, materiale caracterizate prin maleabilitate conceptuală şi interdisciplinaritate .

Modalitatea este nouă doar în tehnică, natura generând astfel de materiale pe scara evoluţiei organice, spre exemplu :

- lemnul = fibre de celuloză +liant de lignină;

- oasele = cristale de apatită + liant de colagen.

Compozitele artificiale oferă :

- posibilitatea materialelor tradiţionale (lemn, metal, piatră) de a depăşi anumite limite ale proprietăţilor;

- dezvoltarea unor noi metode de calcul analitic;

- noi posibilităţi de inovaţii în domeniul structural şi arhitectural;

- posibilitatea creării unui material unic la care componentele se completează reciproc, deficienţele unora fiind suplinite de calităţile altora, rezultând calităţi superioare fiecăruia luat separat.

1.1 Definiţii

Materialul compozit

este sistem multifazic obţinut pe cale artificială, prin asocierea a cel puţin două materiale, chimic distincte, cu interfaţa de separare clară între cele două componente, în scopul obţinerii unor performanţe superioare în raport cu cele ale componentelor de plecare (Agarwal şi Broutman1990).

sau

este un material format din mai multe componente, a căror organizare şi elaborare, permit folosirea celor mai bune caracteristici ale componentelor, astfel încât acestea să aibă proprietăţi finale în general superioare componentelor din care sunt alcătuite (Lee 1989).

Concepţia de bază a materialelor compozite este folosirea asociată a unor materiale cu proprietăţi cunoscute pentru obţinerea unui material nou cu proprietăţi superioare şi posibilitatea de dirijare a acestor proprietăţi.

1.2 Fazele constituente ale materialului compozit

Materialul compozit, este alcătuit (fig.1.1) din:

faza discontinuă, cunoscută sub denumirea de armătură sau ranforsant (fibre,foiţe, solzi, particule);

- faza continuă, cunoscută sub denumirea de matrice sau masă de bază;

- adaosurile tehnologice.

Figura 1.1 Fazele componente ale compozitelor

Proprietăţile compozitelor sunt puternic influenţate de (fig.1.2):

- caracteristicile componentelor;

- distribuţia acestora;

- interacţiunea dintre ele.

Figura. 1.2 Parametrii care influenţează proprietăţile compozitului

1.2.1 Matricea

Matricea este masa de bază, identificată cu un “continuu” al compozitului. Funcţie de natura materialului folosit, matricea poate fi (fig.1.3.):

Figura. 1.3 Natura matricei

Funcţiunile matricei

Matricea îndeplineşte în compozit următoarele funcţiuni (Ţăranu ş.a.1992):

- stabileşte forma definitivă a produsului realizat din materialul compozit;

- înveleşte fibrele astfel încât să le protejeze atât în fazele de formare ale produsului cât şi pe durata de serviciu;

- păstrează armăturile la distanţe corespunzătoare transmiterii eforturilor între faze prin adeziune, frecare sau alte mecanisme de conlucrare;

- împiedică flambajul fibrelor, deoarece fără mediul de susţinere armătura nu este capabilă să preia eforturi de compresiune;

- matricea constituie mediul de transmitere a eforturilor prin compozit astfel că, la ruperea unei fibre, reîncărcarea celorlalte fibre se poate realiza prin contactul de la interfaţă;

- asigură contribuţia principală la stabilirea rezistenţei şi rigidităţii în direcţia normală pe fibre;

- permite redistribuirea concentrărilor de tensiuni şi deformaţii evitând propagarea rapidă a fisurilor prin compozit;

- stabileşte continuitatea transversală dintre lamelele ansamblului stratificat;

- asigură compatibilitatea termică şi chimică în raport cu armătura.