Badania makroskopowe polimerowych kompozytów

TWORZYWA SZTUCZNE
WICZENIE LABORATORYJNE NR 9
Opracował: dr in . Andrzej Bełzowski *)
TEMAT: BADANIA MAKROSKOPOWE POLIMEROWYCH KOMPOZYTÓW
KONSTRUKCYJNYCH – WST PNA OCENA STRUKTURY,
TECHNOLOGII WYKONANIA I JAKO CI
Materiał do przestudiowania przed przyst pieniem do wiczenia nr 9:
1. Niniejsza instrukcja do wiczenia nr 9.
2. Instrukcja do wiczenia nr 8 – szczególnie jej cz ci oznaczone jako podrozdziały 2 i 3.
3. Rozdziały 16 i 17 z podr cznika: KAPU
CI SKI J., LINDEMANN Z., WITEMBERGPERZYK D., WOJCIECHOWSKI S., Kompozyty, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej,
W−wa, 2003 − dost pnego w czytelni BW-10.
1
KRÓTKI PRZEGL D TECHNOLOGII WYTWARZANIA
POLIMEROWYCH KOMPOZYTÓW KONSTRUKCYJNYCH
Obecnie stosuje si kilkana cie ró nych technologii wytwarzania elementów z kompozytów
polimerowych. Do najwa niejszych zalicza si :
1. formowanie r czne,
2. formowanie natryskowe,
3. formowanie w zamykanych formach dwudzielnych pod wysokim ci nieniem w podwy szonej
temperaturze,
4. formowanie mi dzy dwiema formami sztywnymi, polegaj ce na niskoci nieniowym
przesycaniu ywic wst pnie sklejonych lub zszytych pakietów wzmocnienia (tzw. metoda
RTM – od resin transfer moulding),
5. formowanie ci nieniowo–pró niowe,
6. nawijanie na stały rdze ,
7. nawijanie na rdze ruchomy,
8. odlewanie od rodkowe,
9. przeci ganie (pultruzja),
10. przeci ganie z nawijaniem,
11. metoda SMC (sheet moulding compound) – prasowanie w matrycy pakietu arkuszy
zag szczonej lecz jeszcze nieutwardzonej ywicy zawieraj cej wzmocnienie (utwardzanie
zaczyna si podczas prasowania pod wpływem podwy szonej temperatury),
Wybór wła ciwej technologii wykonania elementu zale y oczywi cie od jego kształtu oraz od
struktury wzmocnienia, jak nale y uzyska . Technologie 1, 2, 3, 4, 5, 6, 11 s stosowane do
wytwarzania elementów powłokowych o mniej lub bardziej zło onych kształtach. Technologie 6−8
stosuje si w produkcji rur, zbiorników itp. Technologie 9 i 10 słu do wytwarzania pr tów
prostoliniowych o stałym przekroju pełnym (kołowym, prostok tnym itp.) lub rurowym (np. rura
prostok tna) oraz profili cienko ciennych (k towniki, dwuteowniki itp.).
*)
Wydział Mechaniczny Politechniki Wrocławskiej, Wydziałowy Zakład Wytrzymało ci Materiałów
Tworzywa Sztuczne
wiczenie laboratoryjne „Badania makroskopowe polimerowych kompozytów konstrukcyjnych...”
1.1 FORMOWANIE R CZNE I NATRYSKOWE
Formowanie r czne, okre lane równie jako laminowanie r czne lub kontaktowe wymaga
formy, na któr nanosi si r cznie w odpowiedniej kolejno ci wzmocnienie i ywic (rys. 1).
Forma jest wykonana z: gipsu, kompozytu, drewna, metalu itp. Zakres wytwarzanych wyrobów
obejmuje elementy powłokowe o wymiarach gabarytowych od pojedynczych decymetrów a do
20-50 m (np. kadłuby jednostek pływaj cych, skrubery itp. urz dzenia).
Wyrób zdj ty z formy
Kompozyt
Forma
zewn trzna
Przesycanie wzmocnienia za
pomoc wałka lub p dzla
Forma
wewn trzna
Rys. 1. Laminowanie r czne.
Kolejno czynno ci podczas laminowania r cznego jest nast puj ca:
1. Pokrycie formy rodkiem antyadhezyjnym (z reguły wystarcza na kilka wyrobów).
2. Pokrycie formy elkotem (gel coat), tj. warstw ywicy wierzchniej, mog cej
zawiera barwniki. elkot mo na nało y za pomoc pistoletu. Grubo elkotu
wynosi przewa nie około 0,3-0,4 mm. Czas elowania1 elkotu wynosi z reguły
około 15-30 minut.
3. Poło enie pierwszej warstwy wzmocnienia (przewa nie w postaci maty lub tkaniny) i
jego impregnacja wałkiem lub p dzlem. Po z elowaniu nało onej ywicy nakłada si
kolejne warstwy wzmocnienia i płynnego tworzywa.
4. Wyj cie wyrobu z formy – nast puje cz sto po 6-8 godzinach. Osi gni cie stopnia
utwardzenia 90% wymaga przewa nie jeszcze około 100-200 godzin. Podgrzanie
wyrobu przyspiesza utwardzanie.
Minimalna grubo cianki wytwarzanych elementów wynosi około 1,5 mm. W kadłubach
jednostek pływaj cych i elementach przemysłowej aparatury chemoodpornej grubo cianek
wynosi cz sto 10-40 mm. Elementy kompozytowe o grubo ci cianki rz du 100-150 mm
wykonuje si bardzo rzadko.
Wytwarzane serie wyrobów s niedu e i licz przewa nie kilkadziesi t do kilkuset sztuk.
Laminowanie r czne stosuje si w produkcji:
• pojemników, wanien przemysłowych,
• kabin i elementów nadwozi ci arówek, traktorów itp. pojazdów,
• kabin kolejek linowych,
Po kilkunastu-kilkudziesi ciu minutach od dodania utwardzacza płynna ywica zmienia konsystencj na
galaretowat
i od tego momentu jej dalsze rozprowadzanie staje si niemo liwe. Ten okres nazywa si czasem
elowania. Czas elowania, wyznaczaj cy długo okresu przesycania wzmocnienia ywic
itp. operacji
technologicznych, nale y do najwa niejszych wła ciwo ci tworzyw duroplastycznych.
1
2
Tworzywa Sztuczne
wiczenie laboratoryjne „Badania makroskopowe polimerowych kompozytów konstrukcyjnych...”
• łódek,
oraz wielu innych podobnych elementów konstrukcyjnych.
Powierzchnia wyrobu od strony formy jest gładka i to ona z reguły decyduje o walorach
estetycznych wyrobu. Powierzchnia przeciwległa jest nierówna, cz sto widoczne jest
wzmocnienie. Stosowanie wzmocnienia w postaci mat i tkanin wpływa na niewysokie lub
umiarkowane własno ci mechaniczne takich laminatów (tab. 2 w instrukcji do wicz. 8).
Laminowanie r czne jest technologi prost w realizacji i tani pod wzgl dem kosztów
niezb dnego wyposa enia. Jako wyrobów jest w du ej mierze uzale niona od czynnika
ludzkiego.
Odmian laminowania r cznego jest laminowanie natryskowe, w którym zarówno
ywic jak i włókno nanosi si specjalnym pistoletem (rys. 2.). Roving ci gły podawany do
pistoletu jest w nim ci ty na odcinki o długo ci kilkudziesi ciu mm, po czym strumie
powietrza narzuca włókno na powierzchni formy. Z innych dysz pistoletu równocze nie
natryskuje si ywic z utwardzaczem. W ten sposób na formie wytwarza si laminat
o strukturze wzmocnienia podobnej do maty CSM, cechuj cej si stosunkowo niedu wytrzymało ci i sztywno ci (tab. 2 w instrukcji do wicz. 8).
Wydajno laminowania natryskowego jest wi ksza od laminowania r cznego. Ponadto
laminowanie natryskowe mo na przystosowywa do u ywania robotów przemysłowych.
Brzegi elementu z reguły musz by wyrównywane mechanicznie.
Elementy wytwarzane metod laminowania natryskowego cechuje stosunkowo du a
skłonno do porowato ci tj. podatno na powstawanie p cherzy, które wpływaj ujemnie na
wytrzymało (rys. 3) i sprzyjaj infiltracji płynów do warstw przenosz cych obci enie.
Strumie powietrza
nanosz cy ci ty rowing i
strumie ywicy z
utwardzaczem
Pistolet
Forma
Laminat
Szpula
rowingu
Pojemnik z
ywic
Rys. 2. Laminowanie natryskowe
1,0
Rc ,
ILSS
Rc
0,8
0,6
0,4
ILSS
0,2
Rys. 3. Wytrzymało na ciskanie Rc oraz
wytrzymało na cinanie mi dzywarstwowe ILSS
kompozytu epoksydowo–szklanego wzmocnionego
tkanin
w funkcji stopnia porowato ci Vp, (wg [6]).
.
0
2
4
Porowato
6
Vp [%]
8
10
3
Tworzywa Sztuczne
wiczenie laboratoryjne „Badania makroskopowe polimerowych kompozytów konstrukcyjnych...”
Laminowanie r czne i natryskowe stosuje si zarówno w produkcji urz dze
o niewysokim poziomie wymaganej niezawodno ci jak i urz dze podlegaj cych
szczególnym wymaganiom w zakresie bezpiecze stwa eksploatacji. Technologie te s
omówione w rozdziale 16 podr cznika [1].
1.2
METODA RTM
Metoda RTM (resin transfer moulding) jest technologi formowania w zamkni tych formach
elementów kompozytowych o kształtach przestrzennych. Wst pnie poł czone (sklejone) i
uformowane wzmocnienie z tkaniny, maty itp. tworzy tzw. preform , któr umieszcza si w
zamykanej dwucz ciowej formie. Czas elowania ywic konstrukcyjnych wynosi z reguły
około 20 minut i jest to okres wystarczaj cy do przesycenia wzmocnienia przez ywic
wprowadzan do formy pod niewielkim nadci nieniem. Ze wzgl du na niewielkie ci nienia
panuj ce w formie, jej konstrukcja mo e by relatywnie lekka. Stosuje si np. formy
kompozytowe usztywniane zewn trznymi kratownicami (rys. 4). Cena wyposa enia do
wykonywania elementów w technologii RTM jest z reguły wielokrotnie ni sza od wyposa enia
niezb dnego do wytłoczenia takiego elementu z blachy.
Niekiedy w celu usuni cia powietrza uwi zionego w formie stosuje si dodatkowo
podci nienie. Rozkład punktów wprowadzenia ywicy do formy i punktów podł czenia układu
podci nieniowego powinien zabezpieczy wyrób przed powstaniem zgrupowa pustek itp.
defektów technologicznych w najbardziej wyt onych punktach konstrukcji.
Technologia RTM słu y do produkcji ró norodnych elementów powłokowych stosowanych
w pojazdach, konstrukcjach lotniczych i wielu innych urz dzeniach.
Metoda RTM jest omówiona bardziej szczegółowo w zalecanym do przeczytania rozdziale
17 ksi ki [1].
Rys. 4. Widok wzmocnie górnej połowy zamkni tej formy do produkcji kadłubów niedu ych łódek
- wg prospektu WOLFANGEL RTM Technologie.
1.3
FORMOWANIE PRÓ NIOWE I CI NIENIOWO-PRÓ NIOWE
Formowanie pró niowe polega na utwardzaniu przesyconego wzmocnienia umieszczonego
w sztywnej jednostronnej formie (podobnie jak na rys. 1) i oddzielonego od otoczenia za
pomoc szczelnej folii przylegaj cej do powierzchni zewn trznej wyrobu. Podł czenie
przestrzeni pomi dzy przesyconym wzmocnieniem a foli do układu wytwarzaj cego
4
Tworzywa Sztuczne
wiczenie laboratoryjne „Badania makroskopowe polimerowych kompozytów konstrukcyjnych...”
podci nienie powoduje usuni cie powietrza (ograniczaj c porowato laminatu) i efekt
zag szczenia materiału przez wytworzony docisk. Uzyskany wyrób jest lepszy jako ciowo od
elementów wytwarzanych metod laminowania r cznego. Ponadto powierzchnia od strony folii
jest gładsza od powierzchni odkrytej uzyskiwanej w laminowaniu r cznym.
Dalsz modyfikacj tej technologii jest formowanie ci nieniowo-pró niowe, polegaj ce na
dodatkowym wytworzeniu nadci nienia działaj cego na foli od strony zewn trznej. Jako i własno ci takiego wyrobu ulegaj dalszej poprawie w stosunku do wariantu formowania
pró niowego. Omówienie tych technologii mo na znale w rozdziale 16 w podr czniku [1].
Uzyskiwanie wyrobów o najwy szych parametrach wymaga przeprowadzania utwardzenia w
podwy szonej temperaturze. Umieszczenie wyrobu w autoklawie, gdzie zostaje on poddany
działaniu temperatury i ci nienia działaj cego na foli , umo liwia osi ganie szczególnie
korzystnych własno ci. W ten sposób wytwarza si mi dzy innymi elementy nowoczesnych
samolotów cywilnych i wojskowych. W przypadku takich elementów wzmocnienie tworz z
reguły
specjalne
tkaniny
zawieraj ce
włókna
biegn ce
liniowo
a
nie
w sposób pofalowany, jak to jest w zwykłych tkaninach szklanych i w glowych. Liniowy bieg
włókien umo liwia lepsze wykorzystanie ich wysokiej wytrzymało ci (tab. 2, instr. w. nr 8.)
1.4
METODA SMC
Metoda SMC (od sheet moulding compounds) polega na przygotowywaniu specjalnych
półproduktów w postaci arkuszy, ta m itp. zawieraj cych wzmocnienie w postaci maty lub
tkaniny i zag szczon , nieutwardzon ywic . Taki półprodukt, dostarczany np. w postaci
rulonów, mo na przechowywa przez kilka tygodni (w chłodzie i ciemno ci). Licowanie
warstw foli z tworzywa zabezpiecza rulon preimpregnatu przed sklejeniem. Przed wykonaniem
elementu usuwa si
foli
licuj c
i wycina kawałki (bryty) preimpregnatu
o wła ciwym kształcie. Nast pnie układa si je w formie w sposób adekwatny do zało onej
struktury laminatu. Nacisk prasy na form i podwy szona temperatura powoduj nadanie
kształtu i utwardzenie elementu. Technologia SMC wymaga kosztownego wyposa enia, ale
umo liwia ona rednio i wielkoseryjn produkcj elementów o dobrych wła ciwo ciach
mechanicznych. W latach 90. wytwarzano t metod du e ilo ci elementów nadwozi
samochodów Renault Espace. Dokładniejsze omówienie technologii SMC znajduje si
w rozdziale 17 podr cznika [1].
1.5
PULTRUZJA
Pultruzja (okre lana w j. polskim równie jako przeci ganie) jest technologi umo liwiaj c
ci gł produkcj pr tów o przekrojach pełnych, kształtowników (k towników, teowników,
dwuteowników itp.), rur kołowych i prostok tnych itp. Minimalne grubo ci cianki takich
wyrobów wynosz około 2,5mm. Gabaryty przekroju z reguły nie przekraczaj 100-200 mm,
ale w USA wytworzono t metod d wigary mostowe o przekroju skrzynkowym, którego
gabaryty wynosiły około 450x900 mm.
Materiałem wyj ciowym w pultruzji jest roving ci gły na szpulach i płynna ywica. Pasma
rovingu odwijane z wielu szpul przechodz przez system wałków kieruj cych je do wanny z
k piel ywiczn . Na wyj ciu z wanny wałki usuwaj nadmiar ywicy. Nasycony p k włókien
jest wci gany do kanału głowicy, który nadaje wyrobowi kształt przekroju poprzecznego.
Przechodz c przez kanał głowicy ywica ulega utwardzeniu wskutek działania podwy szonej
temperatury (zwykle jest to sto kilkadziesi t stopni C). Przej cie przez kanał o długo ci rz du
jednego metra trwa kilkadziesi t sekund. Na wyj ciu układ g sienic wyci ga utwardzony pr t,
który jest przycinany na odpowiednie odcinki. Ka da szpula zapewnia pokrycie co najwy ej
5
Tworzywa Sztuczne
wiczenie laboratoryjne „Badania makroskopowe polimerowych kompozytów konstrukcyjnych...”
kilku milimetrów kwadratowych przekroju. Du e przekroje wymagaj odwijania rovingu
równocze nie z setek szpul. Uruchomienie produkcji oznacza wytworzenie bez zatrzymania
kilku-kilkunastu km bie cych danego przekroju (zale nie od ilo ci rovingu na pojedynczej
szpuli).
Wi kszo wytwarzanych wyrobów ma struktur wzmocnienia jednokierunkowego (UD).
Jedna z modyfikacji pultruzji polega na dodatkowym owijaniu zewn trznej powierzchni pr ta
mat lub włóknem biegn cym obwodowo. Pr ty wytwarzane metod pultruzji cechuje du a
wytrzymało i sztywno w kierunku osiowym. Rury wytwarzane t metod w zasadzie nie
słu do przesyłania płynów, lecz stosuje si je jako elementy konstrukcyjne. Wynika to
z du ej zawarto ci wzmocnienia osiowego i zupełnego braku lub tylko niewielkiej ilo ci
włókien uło onych obwodowo.
Pultruzja jest omówiona w rozdziale 17 podr cznika [1].
1.6
NAWIJANIE
Nawijanie jest metod wytwarzania rur, du ych zbiorników magazynowych o pojemno ci
rz du kilkudziesi ciu lub nawet kilkuset m3, zbiorników wysokoci nieniowych o pojemno ci
kilku–kilkuset litrów, słu cych np. do magazynowania spr onego metanu u ywanego jako
paliwo w pojazdach (tzw. zbiorniki CNG) itp. rednice nawijanych rur i cylindrów wynosz od
20 mm do 5-10 m. Długo ci elementów wykonanych metod nawijania osi gaj nawet 10-30 m.
Na rys. 5 jest pokazany schemat procesu nawijania zbiornika wysokoci nieniowego. Na
wewn trzn powłok uszczelniaj c (tzw. liner lub wkład), wykonan wcze niej z tworzywa,
stali lub stopu Al, nawija si przesycony ywic ci gły roving szklany, w glowy lub aramidowy
(tzw. kevlar). Obecnie w zbiornikach CNG montowanych w pojazdach najcz ciej stosuje si
wkłady z polietylenu lub stopów Al. Po nawini ciu wkład pozostaje wewn trz zbiornika
stanowi c jego warstw wewn trzn . Stosowanie kompozytów pozwala na 2-4 krotne obni enie
masy własnej takich konstrukcji w porównaniu do zbiorników wysokoci nieniowych
wykonanych ze stali.
Podajnik włókna
Pasmo rovingu lub ta ma
UD uformowana np.
z kilkunastu pasm rovingu
Silnik obracaj cy
rdze , na który
nawija si roving
szklany itp.
Wewn trzna powłoka
uszczelniaj ca (tzw. wkład lub
liner), na która nawija si
wzmocnienie warstw no nych.
Rys. 5. Wykonywanie zbiornika ci nieniowego metod
nawijania.
6
Tworzywa Sztuczne
wiczenie laboratoryjne „Badania makroskopowe polimerowych kompozytów konstrukcyjnych...”
Wła ciwe uło enie włókna wymaga zsynchronizowania ruchu obrotowego nawijarki
i ruchu podajnika włókna (posuwisto-zwrotnego, równoległego do osi zbiornika).
W zbiornikach wysokoci nieniowych najcz ciej stosuje si warstwy z włókien nawini tych
obwodowo i w przybli eniu wzdłu nie. Ich kolejno i proporcje udziału s okre lone przez
konstruktora zbiornika.
Nowoczesne nawijarki s wyposa one w sterowane numerycznie podajniki włókna o wielu
stopniach swobody, co jest szczególnie istotne przy nakładaniu włókna na dna zbiornika.
Technologia nawijania umo liwia wykonywanie lekkich powłok utworzonych z warstw UD
cechuj cych si wysok wytrzymało ci i sztywno ci . Powierzchnia zewn trzna wyrobów
nawijanych jest cz sto szorstka i niezbyt równa (np. lekko pofalowana).
Nawijanie rur jest prostsze, ni zbiorników zamkni tych. Klasyczne nawijanie rur polega na
nawini ciu rovingu na obracaj cy si stalowy rdze , który po utwardzeniu ywicy jest
wyci gany i słu y do nawijania innych rur. W du ych cylindrach (np. o rednicy powy ej 1000
mm) rdze jest składany i mo na go zdemontowa wewn trz utwardzonej rury bez konieczno ci
nara ania jej na uszkodzenie, co mogłoby wyst pi podczas „siłowego” wyci gania rdzenia
monolitycznego.
W rurach ci nieniowych cz sto stosuje si struktur uło enia włókna ±55° (wzgl dem osi),
co wg teorii zapewnia optymaln odporno na ci nienie wewn trzne.
Rury przeznaczone do uło enia w wykopach maj cz sto struktur dostosowana do
przenoszenia momentu zginaj cego wynikaj cego z naporu gruntu. W takich rurach widoczne
s pasma rovingu biegn ce w przybli eniu obwodowo blisko powierzchni cianki. Obszar
cianki rury poło ony gł biej (tj. w szeroko rozumianym otoczeniu warstwy oboj tnej zginania)
zawiera z reguły mniej wzmocnienia. Takie rury cz sto wytwarza si metod nawijania na tzw.
rdze ruchomy. Jest to udoskonalony wariant nawijania (wymagaj cy nawijarek o innej
budowie), w którym wytwarzane w sposób ci gły rury stopniowo schodz
z rdzenia o specjalnej konstrukcji i s przycinane na odcinki o wymaganej długo ci.
Typoszeregi rur nawijanych do przesyłania cieków i wody obejmuj zakres rednic 200-2500
mm przy długo ciach 6-18 m.
Szczególn cech kompozytów przeznaczonych do wytwarzania rur i zbiorników nara onych
na ci gły bezpo redni kontakt z płynami jest wytwarzanie na wewn trznej powierzchni cianki
warstwy ochronnej o specjalnej strukturze. Zadaniem warstwy ochronnej jest zabezpieczenie
warstw
no nych
przed
działaniem
płynów.
Włókno
szklane,
znane
z wysokiej wytrzymało ci, jest podatne na degradacj w przypadku bezpo redniego
oddziaływania na nie wielu substancji znajduj cych si w rodowisku lub stosowanych
w technice. Zadaniem warstw ochronnych jest zapobie enie przyspieszonej degradacji włókien
szklanych. Warstw ochronn cechuje mała ilo wzmocnienia, przewa nie wytwarzanego z
włókna o podwy szonej odporno ci na działanie chemikaliów (włókno typu C, ECR, AR).
Niekiedy warstw ochronn stanowi powłoka z tworzywa termoplastycznego (np. z PCW lub
PEHD). Rury bez warstw ochronnych nie nadaj si do stosowania w budowie instalacji
miejskich i przemysłowych. Rury i zbiorniki kompozytowe z warstwami ochronnymi o
specjalnej strukturze (opisanej w normach) nadaj si do magazynowania i przesyłania nawet
st onych kwasów oraz zasad u ywanych w przemy le. Rury bez warstw ochronnych nie
powinny słu y do przesyłania adnych cieczy.
Warstwy ochronne cz sto wyró niaj si odmiennym wygl dem i stwierdzenie ich
wyst powania na podstawie ogl dzin powierzchni wewn trznej elementów kompozytowych
z reguły nie stanowi problemu. Ustalenie szczegółów budowy warstw ochronnych wymaga
stosowania bardziej wyrafinowanych technik badawczych (np. ogl dzin struktury pod
mikroskopem). Nawijanie na rdze ruchomy jest omówione w rozdziale 17 podr cznika [1].
7
Tworzywa Sztuczne
wiczenie laboratoryjne „Badania makroskopowe polimerowych kompozytów konstrukcyjnych...”
1.7
ODLEWANIE OD RODKOWE
Odlewanie od rodkowe słu y do produkcji rur o zakresie rednic 200-2400 mm. Wiruj c
form stanowi ogrzewany cylinder. Do wn trza formy wsuwa si i wysuwa długie rami
z głowic natryskuj c ywic na jej wewn trzn ciank . Inna głowica kieruje na ciank
strumie powietrza narzucaj cy roving szklany ci ty na odcinki o długo ci około 25 mm.
Warstwy no ne rur odlewanych maj struktur maty CSM (tab. 2 w instrukcji do w. nr 8).
W rurach przeznaczonych do przykrycia gruntem, strefa cianki stanowi ca otoczenie warstwy
oboj tnej zginania jest wytwarzana z ywicy z piaskiem, co ma swoje uzasadnienie
ekonomiczne. Powierzchnia zewn trzna jest równa i gładka, poniewa odwzorowuje form .
Równie powierzchnia wewn trzna rury jest gładka i równa, co wynika z działania siły
od rodkowej. Odlewanie od rodkowe umo liwia wytwarzanie wyj tkowo grubych i gładkich
warstw ochronnych, co sprzyja odporno ci ruroci gu na korozj i erozj . Słab stron rur
odlewanych od rodkowo s niezbyt wysokie wła ciwo ci mechaniczne materiału.
2
WSKAZÓWKI DO WST PNEJ WIZUALNEJ OCENY MATERIAŁU
Uczestnicy wiczenia maj do wyboru szereg eksponatów, z których do dalszej szczegółowej
analizy i oceny nale y wybra dwa:
• pierwszy eksponat – wykonany metod laminowania r cznego lub natryskowego albo
pultruzji, RTM itp.,
• drugi – wykonany metod nawijania lub odlewania od rodkowego.
Nale y stara si udzieli odpowiedzi na nast puj ce pytania:
1. Czy mo na oceni , jaki typ wzmocnienia zastosowano wytwarzaj c element? (tkanin ,
mat z ci tych lub ci głych włókien, wzmocnienie jednokierunkowe w obr bie warstw,
wzmocnienie jednokierunkowe w całej obj to ci elementu itp.)
Czy zastosowano włókna szklane, w glowe (czarne), aramidowe (kevlar ma kolor ółty)
2. Czy mo na na podstawie wygl du okre li technologi wytworzenia elementu?
(nawijanie, odlewanie od rodkowe, formowanie r czne w otwartych formach,
formowanie w zamkni tych formach, przeci ganie itd.).
3. Czy ogl dana rura jest rur konstrukcyjn , czy jest przeznaczona do budowy
ruroci gów? Co mo na powiedzie o zastosowanym rozwi zaniu warstwy ochronnej?
4. Je eli element zawiera defekt technologiczny lub uszkodzenie, to jaka mogła by
przyczyna jego powstania? (nieprawidłowa technologia, obci enia statyczne lub
udarowe, działanie rodowiska itd.).
5. Czy z wygl du przełomu mo na wywnioskowa o sposobie działania obci enia, który
spowodował zniszczenie? (np. działanie momentu zginaj cego, siły osiowej, cinanie,
działanie ci nienia itp.).
6. Oszacuj własno ci wytrzymało ciowe materiału ogl danego elementu (odnosz c
zidentyfikowany typ struktury elementu do przykładowych wła ciwo ci podanych
w tab. 2 instrukcji do wiczenia nr 8).
7. Czy potrafisz zaproponowa jakie inne badania i próby ogl danego elementu, które
ułatwiłyby zapocz tkowanie wytwarzania wyrobu konkurencyjnego
Uwagi: 1) Nale y wykona szkice ocenianych eksponatów.
2) Sprawozdanie sporz dzi na papierze A-4.
8
Tworzywa Sztuczne
wiczenie laboratoryjne „Badania makroskopowe polimerowych kompozytów konstrukcyjnych...”
Literatura obowi zkowa
1.
BOCZKOWSKA A., KAPU CI SKI J., LINDEMANN Z., WITEMBERG-PERZYK D.,
WOJCIECHOWSKI S., Kompozyty, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, W−wa, 2003 : Dost pne
w czytelni BW-10 - rozdział 16 i 17.
Literatura uzupełniaj ca
2.
3.
4.
5.
KRÓLIKOWSKI W., KŁOSOWSKA−WOŁKOWICZ Z., PENCZEK P., ywice i laminaty poliestrowe,
WNT, W−wa, 1986.
LEDA H.: Kompozyty polimerowe z włóknami ci głymi, Wyd. Pol. Pozna skiej, Pozna 2000.
UCHOWSKA D., Polimery konstrukcyjne, WNT, Warszawa 1995.
BEŁZOWSKI A., STASIE KO J., ZIÓŁKOWSKI B., KAMI SKA A., Niektóre kryteria akceptacji
defektów w kompozytach na przykładzie laminatu ci tego strumieniem wody, KOMPOZYTY, nr 4 (2004) 12,
s. 389-395.
POTTER R.T., Strength of composites, Concise Encyclopedia of Composite Materials, Pergamon Press,
1989, s. 248−254.
6.
9