2.Σύνθετα Υλικά Flashcards

(47 cards)

1
Q

Κατηγορίες ΣΥ

A

1) Ινώδη
2) Σωματιδίων
3) Πολύστρωτα

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
2
Q

Ινώδη ΣΥ - Γενικά

A

συνδυασμός μήτρας (ρητίνης) και ινών (είτε άτακτα κατανεμη μένών, είτε με συγκεκριμένη πλέξη)
ίνες => υψηλές ιδιότητες μόνο σε εφελκυσμό
μήτρα => συνδετικό υλικό των ινών (αρχικά σε υγρή μορφή, στερεοποιείται στη συνέχεια με τη
διαδικασία στερεοποίησης)

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
3
Q

Ιδιότητες και σκοπός Ινών

A
  • Υψηλές ιδιότητες σε εφελκυσμό
  • Πολύ καλύτερες ιδιότητες από υλικό σε ογκώδη μορφή (ευθυγράμμιση κρ. δομής)
  • Φορείς φορτίου και κύριο μέσο ενίσχυσης
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
4
Q

Ιδιότητες και σκοπός ρητίνης

A
  • υποστηρίζει στη θέση τους και προστατεύει τις ίνες
  • μέσο διανομής φορτίου ανάμεσα στις ίνες
  • μεταφορά φορτίου από τη μία στην άλλη μέσω διατμητικών τάσεων (σημαντικό για θραύση)
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
5
Q

Πολύστρωτα ΣΥ

A

-αποτελούνται από τουλάχιστον δύο στρώσεις σ.υ., που κολλιούνται μεταξύ τους
-πιθανός διαφορετικός προσανατολισμός τών στρώσεών => χαρακτηριστικά ορθοτροπικότητας ή
ανισοτροπικότητας του πολύστρώτου

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
6
Q

Είδη ρητινών

A
  • Θερμοπλαστικές

- Θερμοσκληρυνόμενες

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
7
Q

Θερμοπλαστικές ρητίνες

A
  • μαλακώνουν σε υψηλές θερμοκρασίες για μορφοποίηση

- λίγες εφαρμογές

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
8
Q

Θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες

A
  • σκληραίνουν μόνιμα κατά τον πολυμερισμό

- πολυεστερικές, βινυλεστερικές, εποξικές, φαινολικές

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
9
Q

Πολυεστερικές ρητίνες

A

-χρησιμοποιούνται περισσότερο
-λογικό κόστος, ευκολία χρήσης, καλή συμπεριφορά
-ορθοφθαλικές (φθηνές, μικρά σκάφη)
-ισοφθαλικές (πιο ακριβές, καλύτερες ιδιότητες)
-εξώθερμη διαδικασία πολυμερισμού
ανεξέλεγκτα υψηλές θερμοκρασίες => καταστροφή της κατασκευής
-6 έως 12 μήνες shelf life
-λίγα λεπτά έως μερικές ώρες pot life
-έλεγχος του ιξώδους με προσθήκη fillers

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
10
Q

Βινυλεστερικές ρητίνες

A
  • καλυτερη αντίσταση στο νερό και σε χημικά
  • καλυτερες ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες
  • καλυτερη συμπεριφορά σε κρούση και κόπωση
  • πιο όλκιμες
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
11
Q

Εποξικές ρητίνες

A

-καλυτερη αντίσταση στο νερό
-καλυτερες μηχανικές ιδιότητες
-ανάγκη επιβολής αυξημένης θερμοκρασίας για πολυμερισμό => αυτοματοποιημένες μέθοδοι
παραγωγής
΄-υψηλό κόστος

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
12
Q

Φαινολικές ρητίνες

A

-πολύ καλή συμπεριφορά σε φωτιά (υψηλή θερμοκρασία ανάφλεξης, μικρή διάδοση της φλόγας, χαμηλή
εκπομπή καπνού)
-χρήση σε καταστρώματα και φρακτές
-μεγάλη απορρόφηση νερού => μικρή μακροπρόθεσμη ανθεκτικότητα
-καλες μηχανικές ιδιότητες
συγκρίσιμο κόστος

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
13
Q

Ίνες γυαλιού (είδη πλέξεων, χαρακτηριστικά ινών γυαλιού)

A

-νήματα 200 ινών μήκους 4-20 μm

Χαρακτηριστικά

  • υψηλή αντοχή
  • χαμηλή δυσκαμψία
  • χαμηλό κόστος (τύπος Ε, ο S ειναι ακριβος)

-Μορφές
CSM,WR,woven clothes, UD

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
14
Q

Chopped Strand Mat

A
  • τυχαία διατεταγμένα νήματα γυαλιού 6-50 mm

- χαλαρό ύφασμα 300-900g/m2

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
15
Q

Woven Roving

A
  • πλεξίδες μη στριμμένων νημάτων
  • πλεγμένες κάθετα->WR
  • balanced or biased
  • 200-900 g/m2
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
16
Q

Υφάσματα πυκνής πλέξης

A
  • νήματα με περιστροφή
  • για ψηλές απαιτήσεις αντοχής
  • 200-340 g/m2
  • πιο ακριβό
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
17
Q

Μονοαξονικά υφάσματα

A
  • Παράλληλες ίνες συγκρατούμενες με συνδετικό υλικό

- Αντοχή σε μία μόνο διεύθυνση

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
18
Q

Πεπλεγμένα υφάσματα

A
  • ίνες και στη διεύθυνση του πάχους
  • αντοχή σε αποχωρισμό των στρώσεων
  • επίπεδες ίνες αντί για κατσαρωμένες
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
19
Q

Ίνες άνθρακα και γραφίτη

A
  • μεγάλο κόστος
  • ίνες υψηλής αντοχής (HS) και υψηλού μέτρου ελαστικότητας (ΗΜ)
  • σ: 1500- 4500 MPa Ε:200-830 GPa κόστος από £20 έως £3200/kg
  • ίνες γραφίτη => C > 99%
  • ίνες άνθρακα => 80% < C < 95%
  • σε πολύ εξειδικευμένες εφαρμογές
  • διαθέσιμες ως νήματα, πλεξίδες, υφάσματα πυκνής πλέξης και λωρίδες
20
Q

Ίνες Aramid

A
  • Kevlar 49: στα FRP
  • Kevlar 29: σε καλώδια ή ενισχυτικά ελαστικού
  • μικρό γ=>υψηλές ειδικές ιδιότητες
  • χαμηλή αντοχή σε θλίψη και κάμψη
  • καλή απόσβεση κραδασμών=>δυναμικά φορτιζόμενες κατασκευές
  • κόστος λίγο μεγαλύτερο από ινών άνθρακα
21
Q

Πυρήνες sandwich από PVC

A

χρησιμοποιείται ευρέως
linear PVC : μεγάλη ολκιμότητα αλλά χαμηλές ιδιότητες
cross-linked PVC :> υψηλές ιδιότητες αλλά ψαθυρός
πυκνότητες
-45 έως πάνω από 200 kg/m3
-μικρή απορρόφηση νερού, -καλή θερμική και ηλεκτρική μόνωση, καλά χαρακτηριστικά απόσβεσης
ήχου και κραδασμών
-κακή συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες ( > 50 οC)
-διατίθεται σε μορφή πλακών ή ενωμένων μικρών τεμαχίων

22
Q

Πυρήνες sandwich από PU

A
  • χαμηλότερες μηχανικές ιδιότητες από τον PVC
  • καλύτερη συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες
  • έχουν σχεδόν πλήρως αντικατασταθεί από τους αφρούς PVC
23
Q

Πυρήνες sandwich από συντακτικούς αφρούς

A
  • υψηλή αντοχή σε θλίψη
  • ανάμιξη μικρών σφαιρών γυαλιού και ρητίνης
  • υλικό άντωσης
  • διατίθεται και σε ψεκάσιμη μορφή
24
Q

Ξύλινοι πυρήνες sandwich (Ξύλο Balsa)

A

-πολύ αποτελεσματικό και σχετικά φθηνό υλικό πυρήνα
-μικρό βάρος και εξαιρετική δυσκαμψία
-καλή αντοχή δεσμών με τα περιβλήματα
-μεγάλο πρόβλη μα η πιθανή απορρόφηση νερού => φούσκωμα => αποκόλληση των περιβλημάτων
σάπισμα
-περιορίζεται από τα περιβλήματα
-δεν συνιστάται για την κυρίως γάστρα
-πολύ καλή λύση για εσωτερικές φρακτές και καταστρώματα
-διατίθεται με τη μορφή πλακών ή ενωμένων μικρών τεμαχίων
-ίδια χαρακτηριστικά και το κόντρα πλακέ θαλάσσης (plywood)

25
Κυψελοειδείς πυρήνες sandwich
-αλουμίνιο, FRP, εμποτισμένο με ρητίνη χαρτί -πολύ ακριβά υλικά => περιορισμένες εφαρμογές -δυσκολία διαμόρφωσης καμπύλων επιφανειών, -κακή απόκριση σε κρουστικά φορτία => σπάνια χρησιμοποιούνται στην κυρίως γάστρα -μεγαλύτερες εφαρμογές σε αγωνιστικά σκάφη
26
Μηχανική συμπεριφορά των ΣΥ
-πολύ μικρότερη δυσκαμψία από τα μέταλλα => για ίση αντοχή πολύ μεγαλύτερες παραμορφώσεις => εν δυνάμει πρόβλημα στις ναυπηγικές κατασκευές -σταδιακός τρόπος αστοχίας των σύνθετων υλικών -σταδιακή αστοχία μεμονωμένων στρώσεων (αποκόλλησή τους) -δεν υπάρχει μετάβαση από την ελαστική σε πλαστική συμπεριφορά ελαστική συμπεριφορά μέχρι τη θραύση -διαφορετικές ιδιότητες σε εφελκυσμό, θλίψη και κάμψη -ιδιότητες σε κάμψη υψηλότερες
27
Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδιότητες των ΣΥ
1)Ιδιότητες ινών ρητίνης 2)Μέθοδος κατασκευής -προηγμένες μέθοδοι =>-μικρές μεταβολές ιδιοτήτων απλές μέθοδοι (hand lay-up) : περιορισμένη ποιότητα => μεγάλη μεταβλητότητα ιδιοτήτων -συνθήκες αποθήκευσης πρώτων υλών -ρυθμός στερεοποίησης -συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας 3) Ανθρώπινος Παράγοντας - επιδεξιότητα τεχνίτη - λάθος ευθυγράμμιση των ινών - κακή κατανομή της ρητίνης - κενά αέρα (voids) - πτυχώσεις των στρώσεων - ξένα εγκλείσματα - αποχωρισμός στρώσεων (delamination)
28
Πλεονεκτήματα των ΣΥ
- μικρό βάρος - αντοχή στη διάβρωση (δε διαβρώνονται/σαπίζουν =>μικρή συντήρηση) - δυνατότητες ενίσχυσης όπου χρειάζεται (διευθύνση μέγιστων τάσεων μόνο άρα εξοικονόμηση υλικού)
29
Μειονεκτήματα των ΣΥ
-Μικρή δυσκαμψία (-πρόβλημα όταν ζητάμε μεγάλη δυσκαμψία και μικρές παραμορφώσεις, πχ εδράσεις μηχανών, ανασταλτικός παράγοντας για μεγάλα σκάφη) -Έλλειψη ολκιμότητας (ελαστικά ως τη θραύση, άρα δε συμβαινει ανακατανομή τάσεων λόγω τοπικής διαρροής) -Δυσκολία στην επιθεώρηση (έλλειψη τυποποιημένων κατασκευαστικών στοιχείων=>ανάγκη επιθεώρησης όλης της κατασκευής)
30
Κατασκευαστική διαμόρφωση πολύστρωτων
- στοιβάδα στρώσεών, η μία πάνω στην άλλη - κάθε στρώση μπορεί να έχει οποιονδήποτε προσανατολισμό ινών - οι στρώσεις μπορούν να είναι διαφορετικές - δεν είναι απαραίτητη η συμμετρία ως προς τη μέση επιφάνεια - οι στρώσεις κολλιούνται μεταξύ τους με τη ρητίνη
31
Μορφοποίηση με απλή επαφή
1) Προετοιμασία καλουπιού - αρσενικο προτυπο(μπορει και διαιρετο) - στρωσεις GRP ->καλούπι - απομακρυνση GRP καλουπιου - επιστρωση με κερι και release agent 2)Επίστρωση -πρώτα gel coat με χρωστική για προστασία από νερό -πριν στερεοποιηθεί το gel coat: hand lay up ή spray up
32
Μορφοποίηση με απλή επαφή- spray up
- κομμένες πλεξίδες (rovings) γυαλιού (από 25 έως 50 mm) - ταυτόχρονος ψεκασμός των πλεξίδων με τη ρητίνη - ανάμιξη με καταλύτη και επιταχυντή στο πιστόλι ψεκασμού - τελική μορφοποίηση με πίεση με ρολούς - περιεκτικότητα κατά βάρος σε ίνες από 0.25 έως 0.3 - ημιαυτοματοποιη μένη μέθοδος => λιγότερα εργατικά - για πολλές μικρές κατασκευές χαμηλών απαιτήσεων
33
Μορφοποίηση με απλή επαφή- hand lay-up
-εναπόθεση και άπλωμα υγρής ρητίνης (αναμεμιγμένης με καταλύτη και επιταχυντή) με πινέλο ή ψεκασμό -άπλωμα επάνω στην υγρή ρητίνη της στρώσης των ενισχυτικων ινών -δυνατότητα παράλληλων λωρίδων με μικρή επικάλυψη -πλήρης διαβροχή των ενισχυτικων ινών από τη ρητίνη, μέσω ειδικού ρολού ή πινέλου -περιεκτικότητα κατά βάρος σε ίνες από 0.25 έως 0.35 για CSM και από 0.45 έως 0.55 για WR -μεγαλύτερη ευελιξία (δυνατότητα προσανατολισμού των στρώσεων) καλής ποιότητας κατασκευές αυτοματοποιημένες μέθοδοι για μεγάλες κατασκευές
34
Πλεονεκτήματα hand lay-up
- παραγωγή μεγάλων και πολύπλοκων κατασκευών - μικρή επένδυση σε εξοπλισμό - εύκολη εκπαίδευση ανειδίκευτων εργατών - ευελιξία στη σχεδίαση - δυνατότητα εισαγωγής ένθετων εξαρτη μάτων κατά την παραγωγή - δυνατότητα παραγωγής κατασκευών sandwich
35
Μειονεκτήματα hand lay-up
- απαιτούνται πολλές εργατοώρες - μεγάλοι χρόνοι στερεοποίησης (στερεοποίηση εν ψυχρώ) - η ποιότητα εξαρτάται από την επιδεξιότητα του τεχνίτη - συνήθως μη ομοιόμορφες κατασκευές - μεγάλη φόρα υλικού
36
Μορφοποίηση με πίεση-περιγραφή
-επιβολή πίεσης και πρόσδοση θερμότητας στο μη στερεοποιημένο πολύστρωτο -αυξημένη περιεκτικότητα σε ίνες (απο μάκρυνση μέσω της πίεσης της περίσσειας ρητίνης) και -μείωση των κενών αέρα επιτάχυνση της στερεοποίησης περιορισμένες εφαρμογές στη ναυπηγική
37
Μορφοποίηση με πίεση-vacuum bag moulding
- επικάλυψη του πολύστρωτου με ελαστικό διάφραγμα - δημιουργία κενού κάτω από το διάφραγμα - πρόσδοση θερμότητας μέσω θερμαινόμενου καλουπιού ή τοποθέτησης σε φούρνο - δυνατή η χρήση καλουπιού της hand lay-up
38
Μορφοποίηση με πίεση-pressure bag moulding
- επιβολή πίεσης πάνω από το διάφραγμα | - απαιτεί ανθεκτικό καλούπι που να μπορεί να αντέξει τη διαφορά πίεσεης
39
Autoclave moulding
- εφαρμογή vacuum/ pressure bag σε θάλαμο που είναι φούρνος και δοχείο πίεσης - υψηλές πιέσεις 5-15 bar =>πιο περιεκτικό σε ίνες=>καλύτερες μηχ. ιδιότητες
40
Πλεονεκτήματα μορφοποίησης με πίεση
-πολύ καλή ποιότητα Pressure -ομοιομορφία παραγωγής (διατήρηση ποιότητας από προ'ι'όν σε προ'ι'όν)
41
Μειονεκτήματα μορφοποίησης με πίεση
- υψηλό κόστος απαιτούμενου εξοπλισμού | - περιορισμός του μεγέθους των προϊόντων
42
Μέθοδος περιέλιξης ινών-Περιγραφή
- περιέλιξη ενισχύτικών ινών γύρω από αξονικό καλούπι (mandrel) - προεμποτισμένες με ρητίνη πλεξίδες νημάτων - ελικοειδής ή πολική περιέλιξη - στερεοποίηση εν ψυχρώ ή μέσα σε φούρνο - χαλύβδινα καλούπια με μικρή κωνικότητα (ή διαιρετά)
43
Μέθοδος περιέλιξης ινών-Πλεονεκτήματα
- προϊόντα πολύ υψηλής ποιότητας | - υψηλοί ρυθμοί παραγωγής
44
Μέθοδος περιέλιξης ινών-Μειονεκτήματα
- δυσκολία περιέλιξης επιφανειών με ανάποδη καμπυλότητα - δυσκολία περιέλιξης σε μικρές γωνίες - όχι πολύ καλή ποιότητα εξωτερικής επιφάνειας
45
Μέθοδος περιέλιξης ινών-Εφαρμογές
-υποθαλάσσιοι αγωγοί και δίκτυα σωληνώσεων -δεξαμενές αποθήκευσης νερού και πετρελαίου -δοχεία πεπιεσμένου αέρα πλωτήρες -θόλους ραντάρ και ηχοβολιστικών -κυλινδρικά κελύφη (π.χ. για τορπίλες) -γάστρες για υψηλών απαιτήσεων υποβρύχια οχήματα
46
Μέθοδος έκχυσης ρητίνης
-για κατασκευές με υψηλές απαιτήσεις γεωμετρικών ανοχών και λείες επιφάνειες παντού δύο καλούπια, ένα αρσενικό και ένα Θηλυκό -οι ενισχυτικές ίνες τοποθετούνται στο ανοιχτό καλούπι ξηρές κλείνει το καλούπι έκχυση ρητίνης με πίεση (ή και με ταυτόχρονη δη μιουργία κενού στο εσωτερικό) -ροή της ρητίνης ανάμεσα στις ενισχυτικές ίνες και εμποτισμός τους
47
Ποιότητα σκαφών από μέθοδο έκχυσης ρητίνης
-αρκετά υψηλή περιεκτικότητα σε ίνες μικρή περιεκτικότητα σε κενά αέρα -για μαζική παραγωγή ομοειδών τεμαχίων με πολύ καλή ποιότητα