ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ. Ústav materiálového inženýrství DIPLOMOVÁ PRÁCE

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ Ústav materiálového inženýrství

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Materiálové charakteristiky a struktura kompozitních materiálů pro malé sportovní letouny

Miroslav HRUDŇÁK

2003 / 2004

Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně za odborného vedení vedoucího diplomové práce Doc. Ing. Jiřího CEJPA, CSc. a konzultanta Ing. Ivana JEŘÁBKA, OL FS ČVUT. Dále prohlašuji, že veškeré podklady, ze kterých jsem čerpal jsou uvedeny v seznamu použité literatury

15. červenec 2004 Miroslav HRUDŇÁK

Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval všem, kteří mi pomáhali při tvorbě této práce, a své rodině za duševní a materiální podporu v průběhu celého studia.

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

1 Obsah 1 2 3 4

5

6

7

8

Obsah ................................................................................................................................ 5 Použité zkratky a značení.................................................................................................. 7 Úvod.................................................................................................................................. 8 Kompozity......................................................................................................................... 9 4.1 Úvod ...........................................................................................................................9 4.2 Základní charakteristiky kompozitů .........................................................................10 4.2.1 Matrice kompozitů............................................................................................10 4.2.2 Výztuže kompozitů...........................................................................................13 4.3 Rozdělení kompozitů................................................................................................21 4.3.1 Částicové kompozity ........................................................................................21 4.3.2 Vláknové kompozity ........................................................................................22 4.4 Technologie výroby kompozitů................................................................................23 Zkoušení kompozitů........................................................................................................ 25 5.1 Úvod .........................................................................................................................25 5.2 Druhy zkoušek..........................................................................................................26 5.2.1 Zkouška tahem..................................................................................................26 5.2.2 Zkouška tlakem ................................................................................................26 5.2.3 Zkouška smykem..............................................................................................27 5.2.4 Zkouška interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear“) ..............................28 5.2.5 Zkouška ohybem ..............................................................................................29 5.3 Vyhodnocení zkoušek ..............................................................................................29 Kompozitní materiály používané pro malé sportovní letouny........................................ 30 6.1 Úvod .........................................................................................................................30 6.2 Materiály kompozitních dílů ....................................................................................30 6.2.1 Matrice..............................................................................................................30 6.2.2 Výztuže.............................................................................................................30 6.3 Technologie výroby kompozitních dílů....................................................................32 6.4 Použití kompozitních dílů v konstrukci....................................................................32 Experimentální část......................................................................................................... 35 7.1 Experimentální materiál ...........................................................................................35 7.2 Příprava vzorků ........................................................................................................36 7.2.1 Výroba předlaminovaných desek .....................................................................36 7.2.2 Vyřezávání vzorků............................................................................................37 7.2.3 Kompletace vzorků...........................................................................................38 7.2.4 Označení vzorků ...............................................................................................39 7.2.5 Příprava pro měření ..........................................................................................40 7.3 Provedené zkoušky ...................................................................................................40 7.3.1 Zkouška tahem..................................................................................................41 7.3.2 Zkouška tlakem ................................................................................................43 7.3.3 Zkouška interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”) ..............................44 Výsledky a jejich diskuse................................................................................................ 47 8.1 Výsledky zkoušek.....................................................................................................47 8.1.1 Zkouška tahem..................................................................................................47 8.1.2 Zkouška tlakem ................................................................................................47 8.1.3 Zkouška interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”) ..............................47

Miroslav HRUDŇÁK

-5-

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE 8.2 Materiálové charakteristiky kompozitů dle použité výztuže....................................56 8.2.1 Kompozity s výztuží z rovingů.........................................................................56 8.2.2 Kompozity s výztuží z jednosměrné tkaniny....................................................60 8.2.3 Kompozity s výztuží z tkanin ...........................................................................63 8.3 Změny materiálových charakteristik kompozitů vlivem klimatických podmínek zkoušek .................................................................................................................................76 8.3.1 Vliv klimatických podmínek zkoušek na změny pevnosti ...............................81 8.3.2 Vliv klimatických podmínek zkoušek tahem na změny modulu pružnosti......81 8.3.3 Vliv klimatických podmínek zkoušek tahem na změny Poissonova čísla .......81 9 Závěr ............................................................................................................................... 82 10 Doporučení na dopracování ............................................................................................ 83 11 Seznam použité literatury................................................................................................ 84 12 Přílohy............................................................................................................................. 86

Miroslav HRUDŇÁK

-6-

2003/2004


2 Použité zkratky a značení APA E Ef E1 E2 G PAN PBI PBO Tg Tm UHMW PE UP UV VE

[GPa] [GPa] [GPa] [GPa] [GPa]

[°] [°]

αl ε γkp

[K-1] [-] [MJ/m2]

γtk γtp ν θ ρ σo σpd σpd1 σpd2 σpt σpt1 σpt2 τ τp12 τSBS

[MJ/m2] [MJ/m2] [-] [°] [kg/m3] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa]

∅

aromatický polyamid modul pružnosti modul pružnosti ve směru vláken modul pružnosti v podélném směru vláken modul pružnosti v příčném směru vláken modul pružnosti ve smyku polyakrylonitril polybenzimidazol polyparafenylenbenzobisoxazol teplota skelného přechodu teplota tání krystalů ultravysokomolekulární polyethylen polyurethanové pryskyřice ultrafialové záření vinylesterové pryskyřice délková roztažnost poměrné prodloužení povrchová energie na rozhraní kapalné a plynné fáze povrchová energie na rozhraní tuhé a kapalné fáze povrchová energie na rozhraní tuhé a plynné fáze Poissonovo číslo kontaktní úhel hustota pevnost v ohybu pevnost v tlaku pevnost v tlaku v podélném směru vláken pevnost v tlaku v příčném směru vláken pevnot v tahu pevnost v tahu v podélném směru vláken pevnost v tahu v příčném směru vláken pevnost ve smyku pevnost ve smyku v rovině vrstvy pevnost v interlaminárním smyku (“Short-Beam Shear”)

[m]

průměr

Miroslav HRUDŇÁK

-7-

2003/2004


3 Úvod Kompozitní materiály jsou velmi často užívány současnou moderní výrobní technologií, zejména díky možnosti navrhovat velmi lehké konstrukce s vysokými hodnotami mechanických vlastností. Jedná se o parametry měrné pevnosti, modulu pružnosti, houževnatosti a odolnosti proti únavě. Tyto charakteristiky jsou na stejné úrovni jako u slitin hliníku nebo titanu či jsou dokonce lepší. Použití kompozitů může rovněž vést k výraznému zvýšení životnosti konstrukce. [1] Cílem diplomové práce je experimentálně vyhodnotit základní materiálové charakteristiky kompozitních materiálů. Na základě statistické analýzy používaných materiálů při výrobě malých sportovních letounů provedené v rámci Centra leteckého a kosmického výzkumu, byly ve spolupráci s Odborem letadel ČVUT vybrány nejčastěji používané materiály. Úkolem diplomové práce bylo provedením zkoušek tahem, tlakem, smykem, interlaminárním smykem a ohybem stanovit materiálové charakteristiky a vyhodnotit vliv různých klimatických podmínek na stanovené materiálové charakteristiky deseti vybraných materiálů při zatížení v podélném, příčném a pod úhlem 45° vůči směru vláken. Experimentální program vyžadoval adaptaci speciálních zkušebních přípravků pro možnost montáže na použité zkušební zařízení. Byly provedeny soubory měření při různých klimatických podmínkách na deseti vybraných materiálech při orientaci vláken 0 °, 45 ° a 90 ° vůči směru zatěžující síly. Naměřené hodnoty budou součástí databáze kompozitních materiálů vznikající v rámci Centra leteckého a kosmického výzkumu (dále jen CLKV). Tato bude sloužit jako podklad pro návrh leteckých konstrukcí.

Miroslav HRUDŇÁK

-8-

2003/2004


4 Kompozity 4.1 Úvod Myšlenka vzájemné kombinace různých materiálů do jednoho výsledného celku je velmi stará. Tímto způsobem lze využít příznivých vlastností jednotlivých materiálů a potlačit jejich vlastnosti nevýhodné. Člověk se v tomto ohledu mnohé naučil od přírody, která ve svých funkčních strukturách, jakými jsou například živé organismy, využívá kompozitního principu velmi hojně. Typickými příklady jsou struktury dřeva nebo včelí plástve, které kombinují prvky zajišťující odolnost proti mechanickému namáhaní s prvky zabezpečujícími další funkce, například přenos látek nutných pro vývoj struktury. V technické praxi je znám velký počet materiálů připravených s využitím uvedeného principu, z nichž jsou vyrobeny jak běžné věci jako například lyže, tenisové rakety či části lodí, tak i aplikace méně běžné, jako například komponenty zařízení vysílaných do kosmického prostoru. Kompozitů jako materiálu se používá v moderní technice na základě možnosti navrhovat velmi lehké konstrukce s vysokými hodnotami mechanických vlastností, které jsou na stejné úrovni jako např. u slitin hliníku nebo titanu a nebo dokonce lepší. Jedná se o hodnoty měrné pevnosti a modulu pružnosti, houževnatosti a odolnosti proti únavě. Výrazně mohou zvětšit životnost konstrukce, mají též menší nároky na údržbu. Mezi další výhody kompozitních materiálů jako materiálu patří: • • • • •

nízká teplotní dilatace odolnost proti korozi pozvolný postup poruchy vysoká odolnost proti vibracím dobrá rázová pevnost

Hlavní důvody pro používání kompozitů jsou jejich skvělé materiálové charakteristiky. Značných výhod oproti klasickým materiálům dosahují kompozitní materiály také při výrobě, kde se tímto způsobem minimalizuje počet vyráběných dílů, které mohou být navíc produkovány ve velkých technologických celcích, díky čemuž klesá pracnost. Při kladení materiálu lze plynule měnit tloušťku vrstvy, čehož by při klasických technologiích bylo dosaženo pouze chemickým frézováním. Složité tvary povrchů s dvěma rovinami křivosti jsou mnohem snáze vyrobitelné s nesrovnatelně lepší kvalitou povrchu. Zmíněné technologické vlastnosti mohou být rozhodujícím hlediskem pro použití kompozitů, než jejich materiálové charakteristiky. Kompozity mají bohužel i své stinné stránky a to hlavně při konstrukci, protože dodatečné aplikace na jednotlivé díly nejsou většinou výhodné. Kompozity jsou velice citlivé na technologickou kázeň při výrobním procesu (poměry matrice a výztuže, orientace vláken, manipulace s prepregy, vytvrzování, …), kdy ve výrobním procesu utváříme Miroslav HRUDŇÁK

-9-

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE konečné materiálové vlastnosti na rozdíl od kovových materiálů. Vlastnosti kompozitů ovlivňuje, kromě jiných parametrů, teplota a také okolní prostředí, z čehož vyplývá složitější systém pevnostních zkoušek. Přes tyto uváděné problémy současný rozmach používání kompozitů v nejrůznějších odvětvích naznačuje, že jejich výhody jednoznačně převažují. [2] [1] [3]

4.2 Základní charakteristiky kompozitů Pod pojmem kompozit chápeme materiál složený minimálně ze dvou chemicky a fyzikálně odlišných fází z nichž první fáze tzv. matrice slouží k uložení druhé tzv. výztuže, většinou zpevňující fáze. Výztuž bývá většinou tvrdší, tužší a pevnější nespojitá složka, která má ve srovnání s matricí o jeden až dva řády vyšší pevnost a tuhost. Pokud je výztuž v podobě vláken, deformují se méně než matrice a tak nesou veškeré napětí působící na kompozitní dílec. Matrice bývá spojitá a obvykle poddajnější složka a tím je prakticky bez napětí. Abychom vícefázový materiál mohli zařadit mezi kompozity musí splňovat následující podmínky: • • •

podíl výztuže musí být větší než 5 % vlastnosti výztuže a matrice se liší, výztuž je významně pevnější v tahu a obvykle tužší než matrice kompozit musí být připraven smícháním složek

Kompozitní materiály mohou obsahovat vyztužující fáze různých rozměrů od těch nejmenších u nanokompozitů - rozměr výztuže (délka nebo průměr vlákna) se pohybuje v řádu 100 nm, dále pak u mikrokompozitů – největší příčný rozměr výztuže v rozmezí 100 až 102 µm, které mají v průmyslu největší význam. Mikrokompozitní materiály mají oproti kovům a jejich slitinám menší hustotu a tedy příznivý poměr pevnosti v tahu a modulu pružnosti k hustotě, čímž dosahují velké měrné pevnosti (σpt/ρ) a měrného modulu (E/ρ). Až po největší rozměry vyztužující fáze u makrokompozitů o velikosti příčného rozměru 100 a 102 mm a jsou používány především ve stavebnictví (železobeton, tj. beton zpevněný ocelovými lany nebo pruty), jiným příkladem mohou být plátované kovy, vícevrstvé materiály a konstrukce (např. chodníky a vozovky). [4] [5] 4.2.1 Matrice kompozitů Matrice má v kompozitu několikerou úlohu: zajišťuje spojení výztuže v kompaktní celek (tvar a povrch výrobku), udržuje výztuž v požadovaném směru vůči namáhání, zprostředkovává přenos vnějších napětí na výztuž, odděluje vzájemně jednotlivé částice výztuže od sebe a zabraňuje tak spojitému šíření trhliny a nakonec chrání výztuž před účinky vnějšího prostředí. Funkci pojiva by si matrice měla udržet i po prvních poruchách výztuže a její poměrné prodloužení při přetržení by mělo být větší než mezní prodloužení výztuže. Tento požadavek Miroslav HRUDŇÁK

- 10 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE splňují pouze polymerní a kovové matrice. Na obr. 1 jsou schematicky znázorněny křivky napětí σ – poměrné prodloužení ε různých matric v porovnání s křivkou σ-ε standardního uhlíkového vlákna. σ

σ

σ

uhlíkové vlákno

uhlíkové vlákno

uhlíkové vlákno

keramika Al slitina

polymer ε

grafit

ε

ε

Obr. 1 - Schematické znázornění rozdílů v křivkách tahové napětí σ– poměrné prodloužení ε různých matric v porovnání s tahovým chováním standardního uhlíkového vlákna z PAN.

Keramické a uhlíkové matrice mají poměrné prodloužení při přetržení menší než standardní uhlíkové vlákno. Je-li matrice v kapalném stavu (polymerní, kovová, skleněná a sklokeramická), tak je příprava kompozitů nejsnadnější. K základním charakteristikám kapalné matrice patří povrchová energie a viskozita. Pokud požadujeme dokonalé obklopení výztuže matricí. Potom je nezbytné, aby došlo k dobrému smáčení výztuže, tj. aby při vysoké energii volného povrchu výztuže měla kapalná matrice co nejmenší povrchovou energii. O dobré smáčivosti kapalné fáze rozhoduje co nejmenší hodnota poměru rozdílu γtp povrchové energie napětí na rozhraní tuhé a plynné fáze a γtk povrchové energie na rozhraní tuhé a kapalné fáze ku γkp povrchové energii na rozhraní kapaliny a plynu, který je obsažen ve vztahu pro kontaktní úhel Θ (úhel smáčení):

cos Θ =

γ tp − γ tk γ kp

(1)

Na obr. 2 je znázorněn tvar kapky matrice na tuhém povrchu, kde vlevo je zobrazen příklad dobré smáčivosti a vpravo je příklad špatné smáčivosti. γkp Θ

Θ γ tk

γ tk γ tp

γ kp γtp

Obr. 2 - Znázornění povrchových energií a kontaktního úhlu Θ u kapky na tuhém povrchu.

Není-li použito při impregnaci výztuže přetlaku, bude dobré prosycení (impregnace) výztuže dosaženo jen při malé viskozitě matrice. Této podmínce vyhovují reaktoplasty s reaktivním rozpouštědlem, které snadněji prosycují vláknovou výztuž než epoxidové Miroslav HRUDŇÁK

- 11 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE pryskyřice, které neobsahují rozpouštědlo a mají proto větší viskozitu. Kterou bohužel disponuje i většina tavenin termoplastů. Naopak malou viskozitu mají roztavené kovy, ale většinu výztuží špatně smáčejí, poněvadž jejich povrchová energie - γkp je velká. Povrchovou energii tavenin kovů lze zmenšovat vhodnými přísadami a smáčení výztuže podporovat úpravou jejího povrchu. Taveniny skel a sklokeramiky jsou málo tekuté, a proto je nutné vyvinout v kapalné matrici větší tlak, aby bylo dosaženo dobrého prosycení výztuže. Matrice mohou být: • • • •

polymerní kovové skleněné, sklokeramické, keramické uhlíkové

Kromě velké měrné pevnosti a měrného modulu pružnosti jsou kompozity s polymerní matricí používány také proto svou dobrou korozivzdornost a chemickou odolnost, dobré dielektrické vlastnosti a elektrickou nevodivost (pouze kompozity se skleněnými, křemennými nebo polymerními vlákny) a pro dobrou propustnost pro rentgenové záření (kompozity s uhlíkovými vlákny). Polymerní matrice se dělí na dvě základní skupiny a to na reaktoplasty a termoplasty. Reaktoplasty mají při teplotě 20 °C pevnost v tahu 20 až 80 MPa a modul pružnosti - E v rozmezí 2 až 5,2 GPa. Při výběru vhodné polymerní matrice rozhodují požadované mechanické vlastnosti kompozitu a jeho tepelná či chemická odolnost, eventuálně další vlastnosti (dobré kluzné vlastnosti, zdravotní nezávadnost, odolnost při rozpouštědlům a agresivnímu prostředí, ….). Termoplast je většinou houževnatější než reaktoplast, mez kluzu (případně pevnost) při teplotě 20 °C je ale také menší než 100 MPa a modul pružnosti se pohybuje od 2 do 4 GPa. Maximální pracovní teplota závisí na nadmolekulární struktuře termoplastu – u amorfních plastů je v průměru o 50 °C menší než teplota skelného přechodu (Tg), u semikrystalických termoplastů je o 50 až 100 °C menší než teplota tání krystalů (Tm). Použití kovové matrice pro kompozity má proti nejčastěji používané polymerní matrici některé výhody, např. elektrickou vodivost, teplotní vodivost, nehořlavost, smykovou pevnost, tvárnost, odolnost obrusu, možnost povlakování, spojování, tvarování, vyšší tepelnou odolnost, odolnost vlhkému prostředí a erozi i povrchovému poškození. Proti tomu specifické vlastnosti (pevnost, tuhost) za normálních teplot jsou nižší než u polymerních kompozitů a také výrobní nároky jsou podstatně vyšší. V současné době se soustřeďuje zájem zejména na tři skupiny kovových matric, určených pro různé teplotní rozsahy použití: hliníkové slitiny pro teploty 300 až 400 °C, titanové slitiny pro teplotní rozsah 500 až 600 °C a superslitiny na bázi niklu, železa a kobaltu pro 1000 až 1150 °C. Matrice keramických kompozitu může být ze skla, sklokeramiky a konstrukční keramiky. Matrice jsou křehké, silně vrubově citlivé a mají malé poměrné prodloužení při přetržení (většinou menší než vlákna). Tuhá a křehká matrice (E = 400 GPa) špatně přenáší zatížení do vláken. Kovová vlákna (W, Ta, Nb nebo Mo) zvětšují lomovou energii kompozitů s keramickou matricí. Maximální objemový podíl vláken je 50 %, při větším

Miroslav HRUDŇÁK

- 12 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE obsahu vláken je matrice pórovitá. U těchto matric se využívá jejich tepelné a chemické odolnosti. Uhlíkové matrice se používají v kompozitech uhlík-uhlík. Byly vyvinuty pro součásti, které jsou vystaveny extrémně vysokým teplotám, např. trysky raket, disky a třecí elementy letadlových brzd, tepelná izolace u raketoplánu. Jsou složené z uhlíkové matrice, která může být vyztužena tkaninou z uhlíkových vláken, 3-D tkaninou, …. v závislosti na aplikaci. Křehká a málo pevná uhlíková matrice je tvořena drobnými krystaly pyrolytického grafitu, který vznikne pyrolýzou fenolformaldehydové pryskyřice nebo mesofázové smoly. Mechanismus lomového chování je stejný jako u kompozitu s keramickou matrici. Modul pružnosti E grafitové matrice je 15 až 25 GPa.

[1] [4] [6] [7] 4.2.2 Výztuže kompozitů

Výztuž je možno považovat za takovou složku kompozitu, kvůli níž se kompozit vytvořil. Má některou výhodnou vlastnost, kterou je žádoucí uplatnit a využít v daných podmínkách, ale není to možné v elementární podobě výztuže přímo, protože jiné její vlastnosti to přímo neumožňují. Výztuže se dají dělit podle různých hledisek: podle tvaru a velikosti, podle materiálu, podle použité matrice, … Při rozdělení podle tvaru a velikosti se používá štíhlostního poměru, definovaného jako podíl největšího a nejmenšího rozměru výztuže. Rozdělení podle tvaru a velikosti: •

částice – které mají hodnotu štíhlostního poměru < 10 o izometrické (tvar koule nebo elipsoidu) – štíhlostní poměr = 1 o anizometrické (tvar destiček nebo jehlic) – štíhlostní poměr > 1

•

vlákna – které mají hodnotu štíhlostního poměru > 10 o diskontinuální (krátká vlákna) – štíhlostní poměr řádově v desítkách až stovkách o kontinuální (vláknové monokrystaly) – štíhlostní poměr = ∞

jednosměrné tkaniny tkaniny a rohože prostorové tkaniny a pleteniny

Na tvaru částice závisí vyztužení kompozitu (kulové částice < destičkové částice < skleněná vlákna), z toho vyplývá že zpevnění roste se zvyšující se anizotropií částic. Zvyšující se množství výztuže zesiluje jeho účinek, při překročení určité hranice však dochází ke ztrátě mechanických vlastností. Proto je nutná optimalizace složení kompozitu jak z hlediska použité matrice a výztuže, tak z hlediska plánovaného použití materiálu.

Miroslav HRUDŇÁK

- 13 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Částice mají buď přímo minerální původ a jsou jen průmyslově zpracovány, nejčastěji mechanickým mletím na nejvhodnější tvary a velikosti,nebo jsou průmyslově vyráběna z přírodních materiálů při chemické změně výchozích surovin. Existují i další významné minerální výztuže – např. mastek, kaolín, slída, skleněné kuličky, … Tvar a velikost minerálních výztuží jsou dány procesem jejich výroby.

Anorganické částice jsou obvykle do materiálu přidávány za účelem zlepšení jeho tuhosti – v širokém teplotním rozsahu se významně zvyšuje modul pružnosti v tahu, zlepšuje se tak tvarová stálost za tepla a rozšiřuje teplotní interval použití kompozitu. Použití elastomerních částic zlepšuje houževnatost kompozitu a navíc kulovité částice obecně snižují pevnost a zvyšují tažnost kompozitu. Pro zlepšení kluzných vlastností a zvýšení odolnosti proti otěru je možno kombinovat částice bronzu s částicemi grafitu, sulfidu molybdenu nebo polytetrafluorethylenu. Výztuže ve tvaru vláken, mohou být dlouhá, nepřerušená po celé délce součásti, nebo krátká. Vlákna mohou být uspořádána v jednom směru, ve dvou směrech nebo chaoticky, mohou být také uspořádána jako tkanina nebo pletenina. Pevnost vlákna je vždy významně větší než pevnost stejného materiálu v kompaktní formě. Příčinou je malý příčný průřez vláken. V tenkých vláknech jsou minimalizovány rozměry vrozených vad materiálu a také nebezpečnost povrchových vad je při velmi malých příčných rozměrech menší. Vady existují jen v podobě submikroskopických až mikroskopických trhlinek a dutinek. Další příčinou, která byla experimentálně zjištěna, je přednostní nasměrování pevných kovalentních meziatomových vazeb ve směru podélné osy vlákna. Sdružením elementárních vláken vznikají prameny, které jsou dále zpracovány na následující polotovary: • • • • • •

•

sekané prameny – jsou určeny pro přípravu lisovacích a vstřikovacích směsí, prameny jsou nasekány na potřebné délky mletá vlákna – pouze v případě křehkých vláken rovingy – jsou sdružené prameny s nulovým nebo malým počtem zákrutů, tj. méně než 40 zákrutů/m, pro výrobu profilů tažením, pro navíjení a pro výrobu jednosměrných prepregů jednoduchá příze a kabelovaná příze – vzniká kroucením pramenů a jejich sdružováním, používá se pro výrobu technických tkanin tkaniny – jsou tkané z rovingů a jsou určeny pro kontaktní laminování, tažení, navíjení a výrobu tkaninových prepregů rohože (netkané textilie) - tvoří je v rovině ležící nahodile uspořádaná kontinuální nebo sekaná vlákna (25 až 50 mm). Sekaná vlákna jsou v rohoži spojena polymerními pojivy, rozpustnými v pryskyřicích. Kontinuální vlákna v rohoži jsou vzájemně propletena a není zapotřebí udržet jejich vzájemnou polohu pojivem. prepregy – jsou různě široké, obsahují buď paralelně uspořádané rovingy, tkaninu nebo rohož a polymerní matrici

Miroslav HRUDŇÁK

- 14 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Nejpoužívanější jsou rovingy a tkaniny. Tkaniny mají různou textilní vazbu. Vedle požadavků na tuhost a pevnost kompozitu o vhodné vazbě rozhoduje i tvarová členitost forem. Vzájemné uspořádání osnovy a útku vytváří tři základní typy vazeb: •

plátnová vazba – je nejpevnější a také nejméně poddajná při tvarování, když prameny nebo roviny v osnově a útku jsou stejně silné a stejnoměrně vzdálené. Pramenec útku prochází vždy pod a nad každým pramenem osnovy – vyvážená plátnová vazba. Volnější a tím poddajnější plátnovou vazbu vytvářejí dva a více pramenů útku procházejících od dvěmi nebo více nitěmi osnovy – košíková vazba.

Obr. 3 – Plátnová vazba tkaniny.

•

keprová vazba – je ohebnější, ovšem pouze při měkké povrchové úpravě vláken. Vazba je vytvořena, když útek překříží minimálně dva prameny osnovy než opět projde pod jedním nebo více prameny. V další řadě se útek posouvá doprava nebo doleva vždy k nejbližšímu prameni osnovy. Na tkanině je tak vytvářen diagonální vzor.

Obr. 4 – Keprová vazba tkaniny.

•

atlasová vazba – je nejméně pevnou textilní vazbou. Jeden pramen osnovy je překryt čtyřmi a více prameny útku svrchu a jedním pramenem ze spodní strany. Počet pramenů osnovy překrytých útkem udává tzv. vaznost atlasu (5 až 12). Povrch tkaniny je hladký a lesklý, s dlouhými ploškami, v nichž vlákna leží rovnoběžně s povrchem. Vazba umožňuje dosáhnout vysoký objemový podíl vláken ve vrstvě kompozitu a zaručuje minimální zvlnění vláken. S atlasovou tkaninou je tedy možno získat kompozit s větší pevností a tuhostí než při použití běžných tkanin. Atlasová tkanina, je-li použito měkké povrchové úpravy vláken, je dobře tvarovatelná.

Obr. 5 – Atlasová vazba tkaniny.

Miroslav HRUDŇÁK

- 15 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Pokud je ve směru útku použito menšího počtu pramenů na 1 cm než v osnově a navíc jsou prameny jemnější, dostáváme nevyváženou tkaninu, vhodnou pro výztuž dílů, které nemusí mít stejnou pevnost ve všech směrech. Extrémním případem jsou jednosměrné tkaniny, u kterých jsou rovingy paralelně uspořádány a řídce vázány útkem tvořeným pramenem s nízkou lineární hmotnosti. Jeden druh materiálu vláken lze v tkaninách kombinovat i s jinými druhy vyztužujících vláken. Zvláště u tkanin z dražších, např. aramidových nebo uhlíkových vláken, lze vlákna ve směru menšího namáhání nahradit levnějšími skleněnými vlákny, vznikají tzv. hybridní tkaniny. Rozdělení vláken podle použitého materiálu: • • • • • • •

skleněná (E, S, C, ACR, křemenná) uhlíková (z PAN nebo smol) polymerní (APA, UHMW PE, PBI, PBO, kopolyestery) bórová (BW, BC) keramická (SiC, Al2O3, Si3N4) přírodní (minerální, rostlinná a proteinová) kovová (korozivzdorné oceli, Ni, W, Mo)

Polymerní matrice se nevyztužují kovovými nebo keramickými vlákny nejen z cenových důvodů, ale také proto, že tato vlákna mají větší hustotu a zmenšovala by měrnou pevnost a měrný modul kompozitu. Pro kovové a keramické matrice zase nelze použít vlákna s malou tepelnou odolností. Rozlišujeme proto: • •

vlákna pro polymerní matrice (skleněná, uhlíková, polymerní, rostlinná, přírodní, anorganická) vlákna pro kovové a keramické matrice (uhlíková, kovová a keramická)

Skleněná vlákna jsou amorfní, protože roztavená směs oxidů má velmi malou krystalizační rychlost. Vyrábějí se tažením taveniny směsi oxidů Si, Al, Ca, Mg a B s velmi malým podílem oxidů alkalických kovů Na a K. Potřebného průměru vláken se dosáhne dloužením proudu skla, rychlostí 3 – 4 km/h, vytékajícího z platinových trysek, ve dnu zvlákňující hlavy. Konečný průměr vlákna je dán rozdílem mezi rychlostí vytékání skloviny a rychlostí odtahování monovláken. Monovlákna se po povrchové úpravě sdružují do pramene a navíjejí na cívku. Sdružením pramenů vzniká roving.

V kompozitech se používají vlákna ze skloviny E, S, C (kyselinám odolná vlákna), ACR (vlákna odolná alkáliím) a křemenná vlákna. Při manipulaci s nechráněnými vlákny dochází při jejich vzájemném kontaktu k abrazi a následnému snížení pevnosti. Proto se každé jednotlivé vlákno ihned po vytažení z platinové trysky ve dnu tavící pece - vydloužení a ochlazení na teplotu okolí pokrývá tenkým ochranným povlakem, jehož tloušťka odpovídá hmotnostnímu podílu 0,3 – 1,5 %. K tomuto účelu jsou používány: lubrikační vosky (vosk, olej, škrob, želatina, polyvinylalkohol) nebo vazebné prostředky. Uhlíková vlákna jsou krystalická. Na rozdíl od polykrystalického grafitu s nahodilou orientací krystalů jsou ve vláknu aromatické vrstvy, obsahující pouze atomy uhlíku,

Miroslav HRUDŇÁK

- 16 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE orientovány přednostně ve směru podélné osy vlákna. Protože uspořádání paralelních aromatických rovin je ve směru normály k těmto rovinám nepravidelné a nejedná se o hexagonální mřížku tvořenou sledem vrstev ABABA…, je nesprávné používat název grafitová vlákna. Jedná se o tzv. turbostatický uhlík, u něhož vzdálenost aromatických vrstev je větší než u grafitu. Vhodnými technologiemi lze připravit produkty s velmi širokým spektrem vlastností. Přednostní orientace aromatických rovin v uhlíkovém vláknu ve směru podélné osy způsobuje, že uhlíková vlákna jsou vysoce anizotropní. Modul pružnosti Ef ve směru vlákna je výrazně větší než ve směru kolmo na osu, koeficient teplotní roztažnosti αl ve směru osy vlákna je záporný, kolmo k ose vlákna kladný. Podobně je směrově závislá i tepelná a elektrická vodivost. Vlastnosti kompozitu je možno vhodnou orientací vláken měnit v širokém rozmezí. Uhlíková vlákna jsou křehčí než vlákna skleněná. Ohebnost potřebná pro textilní zpracování je zaručena menšími průměry. Pro zvýšení odolnosti vláken proti vzájemnému poškozování a pro lepší soudržnost s polymery se uhlíková vlákna povrchově upravují. Nejčastější elektrochemická úprava povrchu má za úkol očisti povrch od slabě vázaných plynů a zvýšit tak povrchovou energii vláken. Poté se elementární vlákna opatřují slabě povlakem ze speciálních epoxidových pryskyřic. Polymerní vlákna pro kompozitní konstrukce jsou používána především pro svou malou hustotu.

Vlákna z aromatických polyamidů (APA) - aramidů, se strukturním vzorcem polyparafenyletereftalamidu (Kevlar®) a polymetafenylenizoftalamidu (Nomex®). Vysoké tuhosti a pevnosti vlákna je dosaženo téměř dokonalou orientací tuhých lineárních makromolekul v podélném směru vlákna. Ve směru kolmo na osu vlákna působí mezi makromolekulami jen slabší mezimolekulární síly a proto je pevnost a tuhost v tomto směru srovnatelná s vlastnostmi obyčejného polyamidu. Při tlakovém namáhání ve směru kolmo na osu se vlákna snadno plasticky deformují. Tkanina je používána na neprůstřelné vesty, pancíře lehkých bojových vozidel a letadel, ochranné kalhoty lesních dělníků a jako pletenina pro ochranné rukavice. U polyetylenových vláken z lineárního UHMW-PE je dosaženo vysoké tuhosti a pevnosti díky téměř dokonale přímé orientaci ohebných makromolekul PE v podélném směru vlákna. Takovou orientaci je možno získat například extruzí a následným dloužením polymerního gelu, tvořeného směsí UHMW-PE a plastifikátoru. Nevýhodou těchto vláken je malá teplota tání krystalů a to 140 °C a jejich bez povrchové úpravy, špatná smáčivost pryskyřicemi. Polymerní kompozity vyztužené těmito vlákny však mají velmi vysoké hodnoty měrné pevnosti. Vlákna z polyparafenylenbenzobisoxazolu (PBO) mají ze všech polymerních vláken největší tepelnou odolnost, nehoří a v ohni nemění svůj tvar. Modul pružnosti v tahu má zhruba dvojnásobný oproti špičkovým typům vláken z APA a oproti ni neabsorbuje vlhkost. Polymerní vlákna na bázi polybenzimidazolu (PBI) mají při hustotě 1430 kg/m3 menší pevnosti než vlákna PBO, velké prodloužení při přetržení 25 až 30 % a výbornou odolnost proti chemikáliím. Odolností proti UV záření předčí aramidová vlákna. Jsou však nejdražšími polymerními vlákny. Miroslav HRUDŇÁK

- 17 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Polymerní vlákna z termotropních aromatických kopolysterů lze vyrábět přímo z taveniny, tj. technologie zvlákňování nevyžaduje přípravu roztoků nebo gelů. Jde o polymery s kapalnými krystaly. Protože polymerní vlákna mají malou povrchovou energii a jsou špatně smáčena pryskyřicemi, je nutno jejich afinitu k polymerním matricím zvýšit vhodnou úpravou povrchu. Nejnověji se používá tzv. studený vysokofrekvenční plazmat, ve kterém jsou povrch vláken elektrickými výboji očištěn a aktivován. Funkční skupiny, umožňují dobrou vazbu vlákna ke konkrétnímu polymeru. Bórová vlákna byla první vlákna, která při pevnosti v tahu 3,45 GPa a hustotě 2,5 g/cm3 dosahovala modulu pružnosti 400 GPa. Oproti ostatním vláknům mají bórová vlákna velký průměr (102 µm) a mají větší tvarovou stabilitu při tlakovém namáhání. Jejich pevnost v tlaku (okolo 6,9 GPa) je větší než pevnost v tahu. Hlavní oblastí aplikace je zpevnění konců tlakem namáhaných prvků, výroba dílů s velmi malou tepelnou roztažností způsobenou absorbovanou vlhkostí.

Pro kompozity s kovovými matricemi nejsou neupravená bórová vlákna nejvhodnější, protože jejich povrch reaguje s kovy. Bórová vlákna se proto upravují nanesením tenké vrstvičky SiC nebo B4C na povrch vlákna. Mezi keramická vlákna patří kontinuální vlákna z SiC, Al2O3 a Si3N4. Kontinuální SiC vlákna jsou relativně levná, protože výchozí suroviny jsou dostupné ve větším množství. Jsou zatím používána pouze s kovovými nebo keramickými matricemi na speciální součásti pro letecký průmysl a pro výrobky pracující za vysokých teplot. Kontinuální vlákna Al2O3 mají podobné použití jako SiC vlákna, na rozdíl od nich jsou však elektricky nevodivá. To umožňuje jejich využití například v kompozitech pro kryty radarů. Tuhostí předčí jak skleněná vlákna, tak polymerní vlákna. Struktura vláken Al2O3 je polykrystalická, hlavní krystalickou fázi je δ-Al2O3. Většina vyráběných vláken obsahuje i další oxidy, hlavně SiO2. Al2O3 má bod tání větší jak 2000 °C a relativně nízkou viskozitu po roztavení. Kontinuální vlákna Si3N4 dosahují pevnosti 1 GPa, modulu pružnosti 300 GPa, jsou elektricky nevodivá a odolná proti opotřebení. Teplota použití je až 1500 °C. Oproti uhlíkovým a polymerním vláknům mají keramická vlákna větší hustotu, která je v průměru 3 g/cm3 u Al2O3 vláken a 2,5 g/cm3 u SiC vláken. Jejich hlavní předností je jejich výborná tepelná a velmi dobrá chemická vodivost. Přírodní vlákna můžeme mít minerální, rostlinná a proteinová. Přírodní minerální vlákna jsou pouze diskontinuální. Jde o vlákna čedičová, která mají vlastnosti podobné skleněným S vláknům. Výhodou je jejich cena, která činí asi 60 % S vláken a větší chemická odolnost. Výroba je analogická výrobě skleněných vláken, teplota tavení je 1400 °C. Čedičová vlákna mají hustotu 2600 – 2800 kg/m3, tj. mají větší měrnou pevnost než E sklo při teplotách větších než 300 °C.

Mezi přírodní rostlinná vlákna patří vlákna z konopí, z juty, ze lnu a z bavlny. Rostlinná vlákna jsou nyní používána jako výztuž tvarovaných velkoplošných dílů pro interiéry osobních automobilů. Pro lepší soudržnost vláken a většinou polypropylénové Miroslav HRUDŇÁK

- 18 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE matrice je nutné nepolární matrici modifikovat polární složkou, obvykle maleinanhydridem. Použití rostlinných vláken v termoplastech přináší tyto výhody: jedná se o lacinou výztuž, dochází k úspoře polymeru, je možný rychlejší výrobní cyklus, odpad je recyklovatelný, výztuž je biodegradabilní, povrch výrobku má přírodní vzhled a vlákna nezpůsobují opotřebení zpracovatelských stojů. Proteinová vlákna pavouků, ačkoliv jsou pevná (pevnost je menší než u Kevlaru) a mají vysoké poměrné prodloužení při přetržení (čtyřikrát větší než Kevlar), nejsou dostupná bez genetického inženýrství. Proteinová vlákna jsou biodegradabilní a jsou proto vhodná pro chirurgické použití a rybářské vlasce. Nyní se zkoumá, zda by z nic nešly vyrábět neprůstřelné vesty pro vojáky. Výhodou je nižší cena vláken a malá hustota (o 25 % menší než Kevlar 29). Kovová vlákna se vyrábějí z ušlechtilých materiálů, jako jsou korozivzdorné a žáruvzdorné oceli a slitiny na bázi Ni. Používají se jako vodivé tkaniny, filtrační média pro agresivní látky a vysoké teploty, tepelné štíty a k plnění elektricky vodivých plastů a kompozitů.

Sekaná krátká vlákna a sekané svazky se užívají pro plnění vodivých plastů a kompozitů pro elektromagnetické stínění a pro odvádění elektrostatického výboje ve výbušných prostředích. Vzájemné porovnání dosahovaných pevností v tahu a modulů pružnosti hlavních vyráběných kontinuálních vláken je na následujícím obrázku.

6000 IMuhlík. vlákno pevnost [MPa]

PBO vlákno 4000

S sklo

standardní uhlík. vlákno Kevlar 49 HMuhlík. vlákno

2000

Bw

E sklo

UHMWPE SiC

Al2O3

ε [%]

Obr. 6 – Schematické porovnání tahových diagramů kontinuálních vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 19 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Vláknové monokrystaly, tzv. whiskery, mají příčný rozměr okolo 0,1 µm, délku až 10 µm a vykazují pevnost v tahu až 14 GPa. Vzhledem k malým příčným rozměrům a vysoké pevnosti jsou ohebné, takže při přípravě kompozitu mechanickým míšením s polymerní, práškovou kovovou nebo keramickou matricí nejsou lámány. 2

Zvláštním produktem, který je určen pro jádra sendvičových konstrukcí, jsou tzv. voštiny s různou výškou, velikostí a tvarem buněk. Používá se jednak hliníková voština nebo voština z vláken aromatického polyamidu s fenolformaldehydovou matricí.

Obr. 7 – Kombinovaná kovová voština.

[8] [9] [4] [5] [10]

Miroslav HRUDŇÁK

- 20 -

2003/2004


4.3 Rozdělení kompozitů Kompozitní materiály lze rozdělit podle použitého materiálu matrice, podle geometrie použité výztuže, podle použité technologie výroby, …. Nejčastější rozdělení kompozitních materiálů vychází z rozdělení výztuží, které bylo uvedeno v předešlé části. Dle geometrie výztuže se kompozity dají členit následujícím způsobem: KOMPOZITNÍ MATERIÁLY

částicové

vláknové jednovrstvé

diskontinuální vlákna

kontinuální vlákna

náhodná orientace

1D

2D

tkaniny rohože

preferovaná orientace

anizometrické částice

náhodná orientace

lamináty

jednosměrné

izometrické částice

vícevrstvé

pěna

preferovaná orientace

sendviče

voštiny

dřevo

3D pleteniny tkaniny

Obr. 8 – Schéma rozdělení kompozitů.

4.3.1 Částicové kompozity

Přestože částicové výztuže zlepšují vlastnosti kompozitu mnohem méně než vláknové, mají částicové kompozity izotropní vlastnosti, zatímco vláknové jsou silně anizotropní. Význam částicových kompozitů spočívá spíše v nízké ceně a v dobré únosnosti, kterou poskytují tuhé výztuže. Vložením různých částic do polymerních materiálů výrazně působí na jejich pevnost, tuhost a na jiné vlastnosti důležité při konstrukčním využití. Elastomerové částice vložené do polymeru, který je obvykle křehký, vytvářejí energetické bariéry růstu trhlin a zvyšují pevnost kompozitu. Vložení tuhých organických částic ovlivňuje mechanické vlastnosti kompaktu i povrchu (tvrdost, odolnost obrusu), stupeň krejzování, teplotní a elektrickou vodivost a zlepšuje odolnost proti ohni, barevnou stálost a vzhled.

Miroslav HRUDŇÁK

- 21 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Téměř všechny vyztužující částice zvyšují tuhost termoplastické matrice, zatímco houževnatost kompozitu je obvykle proti matrici nižší. Důsledkem přidání částic je většinou nižší cena výrobku. Příměsi tuhých částic významně zlepšují creepové charakteristiky termoplastů. Kovové prášky mohou být použity k získání elektrické vodivosti polymeru. Kovový prášek také významně zvyšuje odvod disipovaného tepla. Nevýhodou je nutnost vysoké koncentrace vodivých částic, které neúnosně snižují mechanické vlastnosti, zejména houževnatost. Přidáním například skleněných kuliček nebo křemenného písku do reaktoplastové matrice se nesníží za vhodných podmínek pevnost, ale naopak se zvýší. Záleží přitom na specifickém povrchu částic a na pevnosti vazeb mezi částicemi a matricí, ale hlavně na tvaru a druhu povrchu částic. Jsou-li v kovových matricích dispergované částice velmi malé a v množství pod 15 % objemu, jedná se o disperzně zpevněné materiály. Mechanismus zpevnění vychází především v omezení pohybu dislokací. Dispergované částice mohou být kovové i nekovové. Tyto systémy jsou charakterizovány strukturou, která je odolná zpětným a rekrystalizačním procesům a to i při teplotách blížících se teplotě tání matrice. Pro kompozity s keramickými matricemi jsou vhodné pouze acikulární částice, jenž tvrdou, křehkou a málo pevnou keramickou matrici zpevňují. Nejvhodnější je ovšem výztuž v podobě vláken. [11] [9] [6] [5] 4.3.2 Vláknové kompozity

Synergické spolupůsobení pevných a tuhých vláken (whiskery, tažené dráty, skleněná a keramická vlákna) s poddajnou nebo křehkou matricí (kovovou, polymerní, keramickou) umožnilo konstruovat kompozity s vysokou pevností, tuhostí a houževnatostí, přesahující vše, čeho bylo dříve dosaženo úpravou tradičních materiálů. Vláknová výztuž může být v matrici orientována jednosměrně, dvousměrně, vícesměrně v rovině, prostorově a nahodile v rovině. Také diskontinuální vlákna a whiskery mohou být orientovány přednostně nebo nahodile. Potřebné tloušťky stěny a mechanických vlastností výrobků vyztužených kontinuálními vlákny se většinou vytváří skládáním vrstev. Ty mohou být jednovrstvé nebo vícevrstvé. Za jednovrstvý kompozit lze považovat kompozitní materiál složený z několika samostatných vrstev, které mají ovšem stejnou orientaci a vlastnosti. U kompozitů tvarovaných litím do forem, obsahujícím diskontinuální vlákna, nevznikají žádné zřetelné vrstvy a mohou být klasifikovány jako jednovrstvé kompozity. Kompozity používané v konstrukčních aplikacích jsou většinou vícevrstvé, které se skládají z několika vrstev vláknových kompozitů. Každá vrstva je jednovrstvý kompozit a tato orientace se střídá podle konstrukčního návrhu. Skládáním stejných materiálů v jednotlivých vrstvách vytvoříme lamináty. Miroslav HRUDŇÁK

- 22 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Další skupinou vícevrstvých kompozitů jsou sendviče, kde se mezi dvě laminátové desky vkládá distanční vložka. Která je vytvořena z voštin, pěnové hmoty, balzy nebo z distanční skleněné tkaniny. Tím docílíme velké únosnosti při ohybovém namáhání. Ve všech výrobcích lze různé typy výztuží (roving, rohož, tkanina) nebo druhy vláken (sklo, Kevlar, uhlík) kombinovat a vyrábět tak hybridní kompozity (smíšená výztuž). Tato možnost dává materiálovému inženýrovi další stupeň volnosti při tvorbě a výrobě materiálu šitého na míru požadované aplikaci nebo výrobku. [6] [5] [12]

4.4 Technologie výroby kompozitů Technologií výroby kompozitních dílů je velmi mnoho. Volba technologie záleží na požadovaných mechanických vlastnostech, požadované kvalitě povrchu výsledného výrobku a v neposlední řadě na finančních možnostech. Základní dělení technologií výroby kompozitů s polymerními matricemi je možné provést podle formy: • •

otevřená forma uzavřená forma

Typ formy rozhoduje o odpařování reaktivního rozpouštědla pryskyřice, což je důležité u levných (UP a VE) pryskyřic. Prepregy s reaktoplastickou matricí naopak neobsahují reaktivní rozpouštědlo. Mezi technologie používající otevřené formy patří jeden z nejdostupnějších postupů přípravy velkých skořepinových dílů vyztužených kontinuálními vlákny, tzv. ruční kladení za mokra. Tekutou pryskyřicí, která obsahuje tvrdidlo a případně urychlovač, se postupně prosycují vrstvy výztuže (tkaniny nebo rohože) položené na jednostrannou formu. Vyrobené díly se vytvrzují nejčastěji za studena, tj. při pokojové teplotě. Lepších mechanických vlastností je dosaženo ručním kladením prepregů, čímž se docílí co největšího objemového podílu vláken a nezbytného minima pryskyřice. Používají se proto tzv. prepregy, polotovary obsahující jednosměrně uložené rovingy nebo tkaniny, předimpregnované pryskyřicí. V sériové výrobě se pro vrstvení prepregů používají strojního kladení na kladecích stojích. Pro vytvrzení dílu vyrobeného z prepregů se používá autokláv, kde se ohřeje na vytvrzovací teplotu pryskyřice, poté se zvýší tlak a díl se vytvrdí. Mezi další technologie otevřené formy patří stříkání směsi katalyzované pryskyřice a krátkých vláken na negativní nebo pozitivní formu. Kontinuální laminování vlnitých pásů z katalyzované UP pryskyřice, která je nanášena na nosný film a na kterou dopadají sekaná skleněná vlákna, na vrchní stranu desky je pokládána krycí fólie. Rotačním odléváním se vyrábí potrubí pro rozvod tlakové vody. Do otáčející se ocelové trubky je vlévána směs katalyzované pryskyřice a výztuže. K technologiím používajícím uzavřené formy patří metoda zvaná pultruze, kdy je výztuž kontinuálně impregnována tekutou pryskyřicí a vtahována do tvarovací hlavy. V ohřívané části hlavy je pryskyřice vytvrzena a hotový profil je odtahován dvojicí střídavě Miroslav HRUDŇÁK

- 23 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE pojíždějících vozíků se svěrkami. Metodou RTM (“Resin Transfer Moulding”) lze připravovat v malosériové výrobě menší výrobky. Výztuž (tkanina nebo rohož) je uzavřena v dutině dvoustranné formy a prosycována tekutou pryskyřicí obsahující tvrdidlo. Plnění formy zajišťují nízkotlaká čerpadla. Vakuování formy zajišťuje rychlejší plnění formy a dosahuje se kvalitnější kompozit, obsahující méně pórů – VARTM (“Vakuum Assisted RTM”). SCRIMP (“Seeman Composite Resin Infusion Moulding Process”) je analogií RTM, kde druhou stranu formy tvoří gumová plachetka, pod kterou je díky tkanině „SCRIM“ rozvedena pryskyřice. Tkanina je po vytvrzení sejmuta z povrchu výrobku. Mezi nosné vrstvy je možno vložit jádro nebo distanční tkaninu. Technologie VBM (“Vacuum Bag Moulding”) používá jednodílnou formu, druhou plochu vytváří teplotně odolný pryžový vak. Odsátím vzduchu z prostoru pod vakem dojde k stlačení vrstev atmosférickým tlakem. Mezi metody, kdy se vstřikuje směs krátkých nasekaných vláken a pryskyřice do uzavřené formy patří: RRIM (“Reinforced Reaction Injection Moulding”), kdy se využívá výhradně polyurethanových (PU) pryskyřic. IM (“Injection Moulding”) technologie vstříknutí suspenze taveniny termoplastu a krátkých vláken. Podobnou technologií je SRIM (“Structural Reinforced Injection Moulding”), kdy je přetvarovaná výztuž uzavřena do formy a zastříknuta PU pryskyřicí. Technologie GMT (“Glass Mat Thermoplastic”) pracuje s polotovary v podobě termoplastických desek, obsahující rohože z vláken. Vlákna v desce jsou obklopena termoplastickou matricí a desky se tvarují za tepla bez nutnosti roztavení matrice. Před vyjmutím z lisu se hotový díl pouze ochladí pod teplotu tvarové stálosti termoplastu. Nejstarší technologií je lisování za tepla, metoda BMC (“Bulk Moulding Compound”). Polotovarem je směs reaktoplastu, plniv nebo částic krátkých vláken, která se do lisu vkládá v podobě tablety nebo těsta. Pro hromadnou výrobu dílů například v automobilovém průmyslu je vhodná technologie SMC (“Sheet Moulding Compound”), využívající rychlé vytvrzovací reakce nenasycených polyesterových a vinylesterových pryskyřic. Prepregy SMC se tvarují a vytvrzují v dvoudílné ocelové formě v hydraulických lisech. Mezi technologie výroby kompozitů s kovovými matricemi patří zalití roztaveným kovem do formy předem umístěné vytvarované vláknové výztuže. Polymerní vazebný prostředek vláken, který umožnil vytvarování výztuže a zabraňuje posunutí vláken výztuže proudem roztaveného kovu, se spálí. Dále lze směs taveniny kovu a krátkých keramických, uhlíkových vláken nebo whiskery odlévat nebo vstřikovat. Prášková metoda se používá při výrobě disperzně zpevněných kovů. Kompaktní výrobek je získán postupy práškové metalurgie. Další metodou výroby vícevrstvých kompozitů s kovovou matricí vyztuženou kontinuálními vlákny je lisovní za tepla ve vakuu. Díl je vyroben prokládáním vláknové výztuže kovovými fóliemi. Ke vzájemnému spojení obou složek dojde difusními pochody při lisování. Nejvýznamnější technologií výroby kompozitů s keramickými matricemi má prášková metoda. Částice keramické matrice je možno na kontinuální keramická vlákna nanášet v podobě vodné suspenze. Silnostěnné díly se připravují slinováním předem připravených tenčích vrstev. Při metodě CVI (“Chemical Vapour Infiltration”) je výztuž z kontinuálních vláken prosycována parami vzniklých tepelným rozkladem chemických sloučenin, prekurzorů matrice. [4] [5]

Miroslav HRUDŇÁK

- 24 -

2003/2004


5 Zkoušení kompozitů 5.1 Úvod Experimentálně se vyšetřují materiálové charakteristiky zkouškou na vhodně navržených vzorcích nebo se prověřuje vhodně zvolený výrobní postup, zajišťuje stejnorodost materiálu a srovnávací měřítko pro různé materiálové alternativy. Údaje získané při zkoušce slouží ke stanovení různých materiálových charakteristik, které mohou poté sloužit pro výpočet a návrh skutečných konstrukcí. Aby mohly být použity moderní návrhové postupy k účinnému využití materiálů, je třeba porozumět odezvě materiálu v celém rozsahu zatížení. V případě kompozitních materiálů je vhodné začít návrh s hlavními vlastnostmi materiálů a dospět k makromechanickým vlastnostem kompozitu použitím mikromechanických výpočtů. Platnost mikromechanických výpočtů však zajišťuje teprve jejich prověření experimenty. Konstanty pružnosti a pevnosti jsou základní mechanické charakteristiky materiálů. Pro jednosměrnou vrstvu nebo kompozit existují čtyři nezávislé konstanty pružnosti: • • • •

modul pružnosti v podélném směru – E1 modul pružnosti v příčném směru – E2 modul pružnosti ve smyku – G hlavní Poissonovo číslo - ν

a pět nezávislých pevností: • • • • •

tahová pevnost v podélném směru - σpt1 tahová pevnost v příčném směru - σpt2 tlaková pevnost v podélném směru - σpd1 tlaková pevnost v příčném směru - σpd2 pevnost ve smyku v rovině vrstvy - τp12

V případě laminátu je také důležitou charakteristikou: •

interlaminární smyková pevnost - τSBS

Tyto materiálové charakteristiky je potřeba zjistit k základnímu popisu jednosměrné vrstvy. Obvykle jsou zjištěny namáháním vhodných vzorků materiálu zatížením působícím v rovině. Protože jsou konstrukce z kompozitních materiálů často vystaveny ohybovému zatížení, je třeba navíc ke zmíněným vlastnostem určit ještě ohybové charakteristiky: • •

modul pružnosti v ohybu - E pevnost v ohybu - σo

Je důležité, aby všechny charakteristiky byly určovány pro jednotlivou vrstvu kompozitního materiálu. K výpočtu vlastností laminátu může pak být použita teorie laminátů. Praktické důvody však často brání vytvořit zkušební vzorek z jednotlivé vrstvy. Miroslav HRUDŇÁK

- 25 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Pak je nezbytné provádět zkoušky na vícevrstvých vzorcích a užít vhodnou teorii laminátů k převodu výsledků na vlastnosti vrstvy. Jsou-li lamináty jednosměrné, jejich chování ovšem simuluje přímo chování vrstvy. [13]

5.2 Druhy zkoušek K zjišťování potřebných konstant pružnosti a pevnosti kompozitních materiálů se nejčastěji používají následující zkoušky: • • • • •

zkouška tahem zkouška tlakem zkouška smykem zkouškou interlaminárním smykem zkouškou ohybem

5.2.1 Zkouška tahem

Zkouška tahem kompozitních materiálů s polymerní matricí zjišťuje rovinné tahové charakteristiky kompozitních materiálů vyztužených vysoko-modulovými vlákny. Takto lze zkoušet kompozitní materiály s kontinuálními nebo diskontinuálními vlákny, které mají vyváženou a symetrickou skladbu vrstev vůči směru testovacího zatížení. Výsledkem zkoušky jsou: • • •

pevnost v tahu - σpt modul pružnosti v tahu - E Poissonovo číslo - ν

[14] 5.2.2 Zkouška tlakem

Zkouška tlakem kompozitních vláknových kompozitů pomáhá stanovit tlakové charakteristiky vláknových kompozitů s kontinuálními vysoko-modulovými vlákny. Výsledkem zkoušky jsou: • •

pevnost v tlaku - σpd modul pružnosti v tlaku – E

[15] [16]

Miroslav HRUDŇÁK

- 26 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE 5.2.3 Zkouška smykem

Tato zkouška stanovuje určení smykových charakteristik kompozitních materiálu vyztužených vysoce modulovými vlákny. Lze ji použít pro kompozitní materiály vyztužené kontinuálními vlákny v následujících podobách: jednosměrně uložená vlákna, tkaniny a vrstvená výztuž jak v podélném tak i příčně vůči zatěžující síle. Dále také pro kompozity vyztužené diskontinuální vlákny v podobě krátkovláknové výztuže s náhodnou orientací. Vzorek je obdélníkového průřezu s “V“ vruby umístěnými uprostřed jeho délky. Vzorek je zatížen pomocí zkušebního stroje ve speciálním přípravku. Kde je vzorek uložen, tak, že osa oboustranného „V“ vrubu je rovnoběžná s osou zatížení.

Obr. 9 – Přípravek s upnutým vzorkem pro zkoušku smykem.

Výsledkem zkoušky jsou: • •

pevnost ve smyku - τ modul pružnosti ve smyku - G

[17] [18]

Miroslav HRUDŇÁK

- 27 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE 5.2.4 Zkouška interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear“)

Zkouška interlaminárním smykem kompozitních materiálů s polymerní matricí se používá pro zjištění interlaminární pevnosti ve smyku kompozitních materiálů vyztužených vysoko-modulárními vlákny. Výsledkem zkoušky je: •

pevnost při interlaminárním smyku - τSBS

[19] 5.2.5 Zkouška ohybem

Zkouška ohybem se používá pro určení ohybových vlastností kompozitních materiálů vyztužených vysoko-modulovými vlákny ve tvaru tyčí s obdélníkovým průřezem. Zkoušku je možné použít na materiály, které se neporuší do 5 %-ní ohybové deformace.

Obr. 10 – Přípravek pro zkoušku 3- a 4-bodovým ohybem.

Miroslav HRUDŇÁK

- 28 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Ohybové vlastnosti určené touto metodou jsou obzvláště vhodné pro jakostní kontrolu a upřesňující účely. Výsledkem zkoušky jsou: • •

pevnost v ohybu - σo modul pružnosti v ohybu - E

[21] [20]

5.3 Vyhodnocení zkoušek Kompozitní materiály vykazují větší rozptyl materiálových charakteristik než konvenční materiály. Z toho důvodu je statistická analýza nezbytnou součástí jejich hodnocení. Dle použitých norem je minimální počet vzorků 5 a to pro určitou zkoušku, za určitých klimatických zkušebních podmínek. Pevnost kompozitu je funkcí pravděpodobnosti výskytu nebezpečného defektu tzv. velikostního faktoru. Velké vzorky mají menší střední pevnost než vzorky malé. Každou sérii vzorků je potřeba statisticky vyhodnotit a to určením: •

průměrné hodnoty: n

x=

∑x i =1

i

(2)

n

Aritmetický průměr je ukazatelem míry polohy. Používáme v případe, když čísla můžeme opravdu sčítat, tj. znaky jsou kvantitativní, měřené na číselné stupnici. Je velmi citlivý na odlehlé hodnoty. Míry polohy samy o sobě neříkají nic o variabilitě dat. Proto je nutné spočítat dané číselné charakteristiky popisující kolísání dat kolem průměru. •

směrodatné odchylky: n

s n −1 = •

∑x i =1

2 i

− nx 2

n −1

(3)

variačního koeficientu: CV =

s n−1 .100 [%] x

(4)

Variační koeficient je užitečnou mírou rozptýlení dat. Proto se často používá při statistické kontrole zkoušení materiálů. [4] [22]

Miroslav HRUDŇÁK

- 29 -

2003/2004


6 Kompozitní materiály používané pro malé sportovní letouny 6.1 Úvod Použití kompozitů v letectví je dáno poměrem jejich pevnostních vlastností k hmotnosti. Pevnost některých kompozitů se blíží k hodnotám pevnosti oceli při výrazně nižší hmotnosti. Princip kompozitních materiálů umožňuje, díky anizotropii, navržení konstruovaného dílu, respektive skladby jeho materiálu, tak aby odpovídal předpokládanému zatížení. Při použití kompozitních materiálů lze docílit vysoké tvarové složitosti dílů a vysoké kvality a přesnosti jejich povrchu. Mezi další výhody patří odolnost proti korozi, nízká teplotní roztažnost, příznivé únavové vlastnosti. Z hlediska nákladů je výhodný menší počet dílů a minimum odpadu. Nevýhodou je jejich vysoká cena, v některých případech malá tuhost, problémy pří zavádění osamělých sil a nutnost přísného dodržování technologických a bezpečnostních postupů. Z hlediska těchto vlastností jsou kompozity vhodným materiálem pro využití v letectví. [23]

6.2 Materiály kompozitních dílů Jak již bylo řečeno kompozitní materiály se skládají z minimálně dvou odlišných fází z nich tzv. matrice slouží k uložení druhé většinou zpevňující fáze tzv. výztuže. Zpevňující fáze používaná v kompozitech malých sportovních letadel má většinou tvar kontinuálních vláken a mluvíme tedy o tzv. vláknových kompozitech. 6.2.1 Matrice

Matrice kompozitních dílů malých sportovních letadel jsou většinou ze skupiny reaktoplastů. Nejčastěji se používají epoxidové pryskyřice, ale i polyesterové a vinylesterové. Polyesterové pryskyřice mají sice velmi nízkou cenu oproti epoxidovým, ale tuto výhodu převažují nevýhody polyesterových laminátů: nižší tvarová stálost, křehkost a nižší houževnatost, nižší kvalita spojů a špatná opravitelnost. Vinylesterové pryskyřice tvoří cenově i vlastnostmi přechod mezi polyestery a epoxidy. Standardem jsou epoxidové pryskyřice. Mají dobrou houževnatost, odolnost proti únavě a tečení, výbornou adhezi k vláknům, uspokojivou teplotní odolnost, výtečnou chemickou odolnost, výborné elektrické vlastnosti a malé smrštění při vytvrzování. V důsledku polárnosti jsou navlhavé, takže za přítomnosti vody je nutné počítat se značným zhoršením teplotní odolnosti i u pryskyřic s vysokou teplotou skelného přechodu v důsledku plastifikačního účinku vody. 6.2.2 Výztuže

Uspořádání vláken výztuže může být jednosměrné ve formě rovingů. Používá se převážně uhlíkových rovingů, ale je možné použít též skleněných rovingů. Další je forma Miroslav HRUDŇÁK

- 30 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE jednosměrné tkaniny. Na následujícím obrázku (obr. 11) je ukázka jednosměrné tkaniny ze skleněných vláken.

Obr. 11 – Jednosměrná tkanina ze skleněných vláken.

Vícesměrné uspořádání vláken je u tkanin. Tyto tkaniny mohou být ze skleněných vláken, uhlíkových vláken, aramidových vláken nebo jejich kombinací. Na následujícím obrázku (obr. 12) je ukázka hybridní tkaniny z uhlíkových a aramidových vláken

Obr. 12 – Hybridní tkanina (uhlíková a aramidová vlákna).

Miroslav HRUDŇÁK

- 31 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE U sendvičových konstrukcí se používá většinou pěnových jader, pro docílení větší stability kompozitních dílů. Tyto pěny bývají většinou polyuretanové a vkládají se mezi dva kompozitní potahy.

6.3 Technologie výroby kompozitních dílů Technologií používanou pro výrobu malých sportovních letadel je většinou ruční kladení za mokra do negativních forem, kde je kladená výztuž prosycována pryskyřicí ručním válečkem. Pokud se jedná o sendvič, je vloženo jádro. Tento celek je pak vakuován, aby došlo ke stlačení jednotlivých vrstev. V případě tvarově složitých dílů jde o pouhé ruční kladení za mokra, bez následného vakuování. Zkompletovaný díl se ponechá zhruba 24 hodin při pokojové teplotě, kdy dojde k vytvrzení pryskyřice. Pro dokonalé vytvrzení pryskyřice a dosažení požadovaných mechanických vlastností, je nutné provést dotvrzení při teplotě 60 °C po dobu 15 hodin. To je provedeno v temperanční komoře.

6.4 Použití kompozitních dílů v konstrukci Při výrobě trupu malých sportovních letadel se používá kompozitních materiálů s výztuží z tkanin. Z hlediska dodržení bezpečnosti posádky jsou používány hybridní tkaniny, které zaručují nárazuvzdornost jak prostoru kabiny, tak sedadel pro posádku. V místě vetknutí křídel do trupu se z důvodu pevnosti používá uhlíkových tkanin. Zbývající část trupu malých sportovních letadel se vyrábí ze skleněných vláken, kde se svými mechanickými vlastnostmi postačují. Na následujících obrázcích (obr. 13 a 14) je zachycena výroba trupu malého sportovního letadla s použitím hybridních, uhlíkových a skleněných tkanin.

Obr. 13 – Přední část trupu malého sportovního letadla s prostorem kolem posádky

Miroslav HRUDŇÁK

- 32 -

2003/2004


Obr. 14 – Výroba trupu malého sportovního letadla.

Při výrobě křídel se používá většinou tkanin ze skleněných vláken na výrobu potahů, tento potah má sendvičovou konstrukci s pěnovým jádrem. Potahy je potažena konstrukce křídla, která se skládá z nosníku, jehož pásnice jsou vyrobeny z uhlíkových rovingů. Pokud má křídlo žebra, ta jsou vyrobena ze skleněných tkanin. Na následujícím obrázku (obr. 15) je nosník křídla s uhlíkovými pásnicemi přecházející v krakorec, pomocí kterého je křídlo vetknuto do trupu.

Obr. 15 – Křídlo malého sportovního letounu.

Miroslav HRUDŇÁK

- 33 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Konstrukce vodorovné ocasní plochy (VOP) je podobná konstrukci křídel, s tím rozdílem, že je jednodušší. Zde je celý nosník vyroben z kompozitního materiálu s výztuží z uhlíkových vláken. Potah vodorovné ocasní plochy je opět sendvičová konstrukce s pěnovým jádrem. Na následujícím obrázku (obr. 16) je vodorovná ocasní plocha z větroně.

Obr. 16 – Vodorovná ocasní plocha.

Zbývající kompozitní díly malých sportovních letadel jsou vyráběny většinou z tkanin. V závislosti na namáhaní jsou voleny tkaniny ze skleněných vláken na méně namáhané části, více namáhané části z uhlíkových vláken a kde je nutné pohlcení rázů používá se hybridních tkanin. [3] [24]

Miroslav HRUDŇÁK

- 34 -

2003/2004


7 Experimentální část 7.1 Experimentální materiál Následné vybrané vláknové kompozitní materiály odpovídají statistickému průzkumu zmíněnému v úvodu a jsou kombinací následujících výztuží a matrice: výztuže: •

obchodní název

INTERGLAS 92 110 INTERGLAS 92 125 RAYMOND VERTEX

o hybrid (uhlík + Kevlar) PORCHER (nesymetrický) PORCHER (symetrický) o uhlík HEXCEL

V 355

163 280 163 355

3210 3785

165 180

43194 1000

193

INTERGLAS 92 145

190 157-X

220

roving o sklo

hustota [g/cm3] VETROTEX

EC9-756-k43(68)

o uhlík TORAYCA

T 700 SC

1,8

směšovací pravidlo

hustota [g/cm3]

100 : 40 váhových dílů (± 2 %)

1,2

matrice: •

190 120-X 190 138-X

jednosměrná tkanina o sklo

•

plošná hustota [g/m2]

tkanina o sklo

•

označení

pryskyřice + tužidlo o MGS L 285 + MGS 287

Podrobnější informace od dodavatelů vzorků o většině výztuží a matrici jsou na přiloženém CD-ROMu.

Miroslav HRUDŇÁK

- 35 -

2003/2004


7.2 Příprava vzorků Pro výrobu vzorků byla použita technologie ručního kladení za mokra, běžně používaná při výrobě sportovních létajících zařízení. 7.2.1 Výroba předlaminovaných desek

Většina vzorků byla při ručním kladení za mokra vakuována, pouze u kompozitů ze skleněných tkanin INTERGLAS 92 110 a INTERGLAS 92 125 byla použita pro porovnání ještě technologie bez vakuování. Výroba předlaminovaných desek bez vakuování je následující: • • • •

na kompozitní desku ze skleněných tkanin je nanesen separátor, aby bylo možné hotový výrobek oddělit od desky položení odtrhové vrstvy, která vtiskne do předlaminované desky strukturu, potřebnou pro její další technologické zpracování položení potřebného počtu jednotlivých vrstev tkanin, které jsou prosycovány plstěným válečkem s pryskyřicí a tužidlem opět položení odtrhové vrstvy

je nezbytně nutné dodržet předepsané množství pryskyřice, protože u tohoto způsobu laminace není možné odstranit její přebytečné množství. Výroba vakuovaných předlaminovaných desek pokračuje: • • • •

položením děrované fólie s otvory ∅ 2 mm vzdálených od sebe cca 20 mm položením odsávací vrstvy ve formě skleněné rohože hermetickým překrytím folií, která je po obvodu přilepena odsátí vzduchu z tohoto meziprostoru

tím dojde k odsátí přebytečné pryskyřice do odsávací vrstvy a k stlačení jednotlivých vrstev atmosférickým tlakem. Následuje tepelné zpracování takto prosycených jednotlivých vrstev tkanin pryskyřicí s tužidlem. Tento polotovar je ponechán po dobu 24 hodin při teplotě 23 °C, následuje 3 – hodinový náběh na teplotu 60 °C, při které je ponechán po dobu 15 hodin, viz. následující obr. 17.

Miroslav HRUDŇÁK

- 36 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Tepelné zpracování 70 60

teplota [oC]

50 40 30 20 10 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

doba [hod]

Obr. 17 – Tepelné zpracování předlaminovaných desek.

Při výrobě a zpracování zkušebních vzorků se kladl důraz na důsledné dodržení stejné technologie jako při výrobě dílu pro letectví. 7.2.2 Vyřezávání vzorků

Jednotlivé vzorky byly vyřezávány z předlaminované desky různými technologiemi: • •

řezání diamantovým kotoučem řezání vodním paprskem

Vyřezávání vzorků diamantovým kotoučem z předlaminované desky bylo první použitou technologii. Ukázalo se že dělení diamantovým kotoučem je levná, dostupná a použitelná technologie pro výrobu vzorku velikosti centimetrů. Pro malé vzorky, respektive jejich části, jsou výrobní tolerance, a obtížný způsob upnutím obrobku limitujícím faktorem. Další nevýhodou diamantového kotouče je tepelné poškození vzorku v místě řezu. Tepelné poškození lze eliminovat nižší řeznou rychlostí. Řezání vodním paprskem bylo druhou technologií použitou pro výrobu vzorků. Při této technologii je nutno omezit dobu pobytu vzorku v kapalině na minimum a před samotným experimentem nechat vzorek vyschnout. U dělení tenkých vzorků do tloušťky 3 mm se nevyskytly žádné zásadní problémy. U vzorků o větší tloušťce byly řešeny dvě základní otázky:

• •

vliv řezné rychlosti na kvalitu povrchu a podříznutí hrany vzorku eliminace „průstřelu“ při zahájení výroby vzorku

Miroslav HRUDŇÁK

- 37 -

2003/2004


Obr. 18 - Ukázka delaminace v okolí “průstřelu“ a poškození polotovaru při vysoké řezné rychlosti.

Vliv řezné rychlosti na kvalitu povrchu a podříznutí hrany vzorku. Při výrobě tlustých vzorků (tloušťka > 3 mm), se projevilo podříznutí vzorků, které nebylo možné kompenzovat upnutím obrobku, ale pouze řeznou rychlostí. Další problematickou oblastí se ukázala kvalita povrchu. Z těchto důvodu byla provedena technologická zkouška, při které se určovala na kompozitní desce tloušťky 5 mm kvalita povrchu a podříznutí obrobku v závislosti na řezné rychlosti. Bylo zjištěno, že optimální řezná rychlost je mezi 200 – 250 mm/min. Při rychlosti do 250 mm/m je kvalita povrchu vyhovující a velikost podříznutí je 0,15 mm. Při rychlostech přes 300 mm/min se začne podříznutí zvětšovat při rychlostech nad 800 mm/min se na hraně vzorku objevuje delaminace a otřepení. Předpokládá se, že uvedené parametry budou závislé na použitém materiálu vzorku a výkonu řezacího stroje. Eliminace „průstřelů“ při zahájení výroby vzorku. Jak již bylo řečeno vzorky byly vyráběny vyřezáváním z předlaminované desky. Při zahájení řezání jednotlivých vzorku najede hlava stroje na určené místo, spustí se vodní paprsek a vyřízne se tvar vzorku. Zkouška ukázala, že vodní paprsek není schopný prorazit (“prostřelit“) takto silnou desku, aniž by došlo k delaminaci vrstev v okruhu min 5 mm od místa průstřelu. Z toho důvodu byla změněna dráha stroje, aby řez začínal buď v otvoru po již vyříznutém vzorku nebo s dostatečnou rezervou mimo výsledný vzorek.

[25] [26] 7.2.3 Kompletace vzorků

Takto vyřezané vzorky z předlaminovaných desek byly zkompletovány do podoby definované normou, tj. přilepení kovových příložek na tahové vzorky nebo přilepení příložek ze stejného materiálu na tlakové vzorky.

Miroslav HRUDŇÁK

- 38 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE 7.2.4 Označení vzorků

Hotové zkompletované vzorky byly označeny číslem vzorku včetně doplňkových číslic podle následujícího klíče: VZP MMS CCC.XY V – vzorek Z – druh zkoušky 1 – zkouška tahem 2 – zkouška tlakem 3 – zkouška ohybem 4 – zkouška interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”) 5 – zkouška smykem P – klimatické podmínky zkoušky 1 – teplota +23 °C 2 – teplota +23 °C WET (teplota + 23 °C při zvýšené vlhkosti) 3 – teplota +54 °C 4 – teplota –55 °C MM – materiál výztuže 00 – INTERGLAS 92 110 01 – INTERGLAS 92 125 02 – RAYMOND 03 – VERTEX 04 – PORCHER (nesymetrický) 05 – PORCHER (symetrický) 06 – HEXCEL 07 – INTERGLAS 92 145 08 – VETROTEX 09 – TORAYCA S – směr zatíženi vůči hlavnímu směru vláken výztuže 1 - 0° 2 - 45° 3 - 90° X – výrobce předlaminovaných desek 1 – COMPOSIT AIRPLANES 2 – Jiří Kaura - COMLET 3 – URBAN AIR Y – číslo šarže Miroslav HRUDŇÁK

- 39 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE 7.2.5 Příprava pro měření

Takto označené vzorky byly proměřeny a hodnoty naměřených rozměrů zapsány do protokolů. Hodnoty sloužili jako vstupní data jednotlivých zkoušek. Pro měření při teplotě 23 °C a zvýšené vlhkosti byly vzorky po dobu 30 dnů namočeny v destilované vodě. [27]

7.3 Provedené zkoušky Zkoušení kompozitních materiálů byla prováděna v laboratořích Ústavu materiálového inženýrství ČVUT v Praze. Pro zkoušení bylo použito univerzálního zkušebního stroje INSTRON 5582 (100 kN) a jeho příslušenství (obr. 19).

Obr. 19 – Univerzální zkušební stroj INSTRON 5582 (100 kN).

Zkoušky tahem a zkoušky interlaminárním smykem byly provedeny dle norem ASTM, v případě zkoušek tlakem byla zvolena norma SACMA odvozená z normy ASTM a to z důvodu výrobně jednoduššího vzorku potřebného ke zkoušce.

Miroslav HRUDŇÁK

- 40 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE 7.3.1 Zkouška tahem

Tato zkouška byla provedena dle normy ASTM D3039/D 3039M – 00 za použití: • •

dvouosého průtahoměru INSTRON (obr. 20) při měření za zvýšené teploty byla použita tepelná komora INSTRON

Obr. 20 – Zkouška tahem za použití dvouosého průtahoměru INSTRON.

Zkušebním tělesem je (tenký) pásek o konstantním obdélníkovém průřezu (obr. 21), který může být na svých koncích opatřen příložkami pro uchycení do čelistí zkušebního stroje. Rozměry zkušebního tělesa jsou závislé na druhu a orientaci vláknové výztuže, viz. tab. 1.

Miroslav HRUDŇÁK

- 41 -

2003/2004


orientace vláken o

O jednosměrně 9Oo jednosměrně vyvážené a symetrické náhodnédiskontinuální

šířka

tloušťka

[mm]

celková délka [mm]

15 25

250 175

1 2

25

250

2,5

25

250

2,5

[mm]

délka příložek [mm]

tloušťka příložek [mm]

úhel zkosu příložek [o]

56 25 smirkový papír smirkový papír

1,5 1,5

7 nebo 90 90

-

-

-

-

Tab. 1 – Normované rozměry tahových vzorků.

Obr. 21 – Výkres vzorků pro zkoušku tahem.

Vzorek byl upnut do čelistí zkušebního stroje a na něj byl nasazen dvouosý průtahoměr. Do programu zkušebního stroje byly vloženy údaje o šířce a tloušťce vzorku a zkouška byla spuštěna. Vzorek byl zatěžován rychlostí nosníku 1 mm/min. Do 5% deformace byla hodnota Poissonova čísla snímána průtahoměrem a to v podélném i příčném směru zkušebního vzorku, poté byl průtahoměr odejmut ze zkušebního vzorku a zkouška pokračovala dále, kdy bylo prodloužení vzorku snímáno z pohybu čelistí a to jen v podélném směru. Přetržením vzorku byla zkouška ukončena a program zkušebního stroje provedl Miroslav HRUDŇÁK

- 42 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE vyhodnocení, kdy byla vypočtena hodnota meze pevnosti v tahu - σpt, modul pružnosti v tahu – E a Poissonovo číslo - ν. [14] 7.3.2 Zkouška tlakem

Tato zkouška byla provedena dle normy SACMA SRM 1R-94 za použití • •

tlakového přípravku WTF – BO – 47 firmy WYOMING TEST FIXTURES, INC. pro provedení tlakové zkoušky (obr. 22) při měření za zvýšené teploty byla použita tepelná komora INSTRON

Obr. 22 – Zkouška tahem za použití tlakového přípravku WTF – BO – 47.

Vzorkem je tenký pásek z kompozitního materiálu, který je na svých koncích opatřen příložkami ze stejného materiálu. Výkres vzorku použitého ke stanovení meze pevnosti v tlaku, je na obr. 23.

Miroslav HRUDŇÁK

- 43 -

2003/2004


Obr. 23 – Vzorek s příložkami pro zjištění meze pevnosti v tahu.

Vzorek byl upnut do speciálního tlakového přípravku čtyřmi šrouby a dotažen momentovým klíčem předepsaným momentem 1 N.m. Sešroubovaný přípravek se vzorkem byl vložen mezi čelist, do programu zkušebního stroje byly vloženy údaje o šířce a tloušťce vzorku. Zkouška byla spouštěna a vzorek byl zatěžován konstantní rychlostí čelisti 1 mm/min do okamžiku porušení nebo aby nedošlo k porušení tlakového přípravku. Při porušení byla zkouška ukončena a program provedl vyhodnocení, kdy byla vypočtena mez pevnosti v tlaku - σpd. Pro zjištění materiálových charakteristik: modulu pružnosti v tlaku – E a Poissonova čísla - ν, je nutno použít tlakových vzorků bez příložek, opatřených tenzometry pro měření deformace - ε. [15] 7.3.3 Zkouška interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”)

Tato zkouška byla provedena dle normy ASTM D 2344/D 2344M – 00 za použití • •

“Short-Beam Shear” přípravku WTF – SB – 29 firmy WYOMING TEST FIXTURES, INC. pro provedení zkoušky interlaminárním smykem (obr. 24) při měření za zvýšené teploty byla použita tepelná komora INSTRON

Miroslav HRUDŇÁK

- 44 -

2003/2004


Obr. 24 – Zkouška interlaminárním smykem za použití přípravku WTF – SB – 29 a tepelné komory INSTRON.

Vzorek obdélníkového průřezu byl definován: délka vzorku je šestinásobek tloušťky vzorku a šířka vzorku je dvojnásobek tloušťky vzorku, viz. následující obrázek (obr. 25)

Obr. 25 – Výkres vzorku pro zkoušku interlaminárním smykem.

Miroslav HRUDŇÁK

- 45 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Vzorek byl položen na dvě podpory speciálního přípravku vzdálené od sebe na čtyřnásobek tloušťky vzorku. Do programu zkušebního stroje byly vloženy údaje o tloušťce a šířce vzorku. Zkouška byla spouštěna a vzorek byl zatěžován shora zatěžovacím nosem konstantní rychlostí 1 mm/min. Zatěžování probíhalo do té doby než nastal jeden z okamžiků: • • •

zatěžovací síla poklesla o 30% vzorek byl porušen na dvě části průhyb vzorku dosáhl své nominální tloušťky

Zkouška byla ukončena a program zkušebního stroje provedl vyhodnocení, kdy byla vypočtena pevnost při interlaminárním smyku - τSBS. [19]

Miroslav HRUDŇÁK

- 46 -

2003/2004


8 Výsledky a jejich diskuse 8.1 Výsledky zkoušek Souborně jsou vypočtené průměrné hodnoty pevností provedených zkoušek uvedeny v tab. 2. V jednotlivých tabulkách jsou uvedeny pro každou zkušební dávku vzorků: jednotlivé počty kusů, průměrné, minimální a maximální hodnoty, dále pak směrodatná odchylka a variační koeficient. Pro zkoušku tahem a interlaminárním smykem byl zvolen počet vzorků ve zkušební dávce 6 a pro zkoušku tlakem to bylo 7 kusů v dávce. Vypočtené průměrné hodnoty pevností provedených zkoušek jsou graficky znázorněny na obr. 26. 8.1.1 Zkouška tahem

Vypočtené průměrné hodnoty zkoušky tahem modulu pružnosti jsou v tab. 3 a Poissonova čísla v tab. 4. Vypočtené průměrné hodnoty pevností provedených zkoušek tahem jsou graficky znázorněny na obr. 27. Vypočtené průměrné hodnoty modulů pružností provedených zkoušek tahem jsou graficky znázorněny na obr. 28 a vypočtené průměrné hodnoty Poissonova čísla provedených zkoušek tahem jsou graficky znázorněny na obr. 29. 8.1.2 Zkouška tlakem

Vypočtené průměrné hodnoty pevností provedených zkoušek tlakem jsou graficky znázorněny na obr. 30. 8.1.3 Zkouška interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”)

Vypočtené průměrné hodnoty pevností provedených zkoušek interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”) jsou graficky znázorněny na obr. 31.

Miroslav HRUDŇÁK

- 47 -

2003/2004

MATERIÁLOVÉ CHARAKTERISTIKY - PEVNOST

163 g/m

TAH

+ 23 °C WET

TLAK

+ 23 °C

+ 23 °C WET

+ 54 °C

+ 23 °C

+ 23 °C WET

+ 54 °C

163 g/m 45

6 303,8 251,0 343,0 32,0 10,6 6 268,7 219,0 318,0 42,0 15,8 6 286,8 229,0 322,0 35,0 12,0 7 278,2 215,4 300,3 29,1 10,4 7 264,4 252,2 278,9 10,0 3,8 7 255,0 240,2 272,7 11,3 4,4 6 40,4 37,6 43,0 1,9 4,6 6 36,1 31,9 39,0 2,5 6,9 6 26,9 25,6 29,4 1,4 5,2

+ 54 °C

IN T E R . S M Y K

2

0

+ 23 °C

INTERGLASS 92 110 (vakuovaný) 0

6 123,0 115,0 132,0 6,0 5,2 6 113,0 102,0 119,0 6,0 5,6 6 93,5 79,0 109,0 11,0 11,9 7 144,4 139,6 151,1 4,1 2,9 7 119,0 112,2 123,9 4,7 4,0 7 100,7 97,2 107,1 3,6 3,6 6 24,6 18,1 26,5 3,2 13,1 6 30,5 25,9 36,4 3,5 11,5 6 16,5 11,9 18,4 2,3 14,1

2

280 g/m 45

6 300,8 251,0 406,0 62,0 20,6 5 273,2 226,0 315,0 35,0 12,8

7 317,9 289,7 342,2 18,6 5,9 7 246,6 196,6 277,0 28,9 11,7 7 282,6 267,1 310,9 16,0 5,6 6 37,1 35,9 38,1 0,8 2,1 6 30,2 28,8 31,6 1,1 3,6

INTERGLASS 92 125

0

5 155,2 143,0 165,0 8,0 5,4 4 137,0 133,0 140,0 4,0 2,6

7 146,4 135,6 156,7 7,4 5,0 7 117,3 112,3 127,0 5,1 4,3 7 119,4 99,2 155,2 18,9 15,9

6 27,6 27,2 28,3 0,4 1,4

2

280 g/m 45

6 291,5 231,0 354,0 51,0 17,5 6 287,2 227,0 318,0 41,0 14,3 6 280,0 246,0 294,0 18,0 6,4 7 353,2 298,4 462,4 54,3 15,4 7 265,9 236,1 345,2 38,0 14,3 6 279,0 250,4 336,0 34,5 12,4 6 36,6 35,4 37,3 0,8 2,2 6 29,9 27,2 31,9 1,7 5,7 6 19,5 18,2 21,1 1,0 5,1


6 116,0 113,0 121,0 3,0 2,6 6 115,2 107,0 124,0 7,0 5,8 6 105,8 100,0 110,0 4,0 3,8 7 165,3 144,9 200,6 17,8 10,8 7 153,6 136,5 162,4 8,7 5,7 7 115,5 104,2 122,6 7,1 6,2 6 28,6 20,5 31,2 4,1 14,4 6 25,2 23,9 26,6 0,9 3,7 6 17,2 12,3 18,9 2,5 14,5

2

163 g/m 45

6 279,3 205,0 380,0 60,0 21,4 5 305,4 259,0 355,0 35,0 11,6

7 332,9 277,4 355,8 29,3 8,8 7 303,0 280,7 330,8 18,7 6,2 7 294,8 274,8 306,7 11,0 3,7

RAYMOND

6 134,3 132,0 138,0 2,0 1,7 6 114,0 107,0 118,0 4,0 3,6

7 181,2 167,8 195,8 11,8 6,5 7 143,2 137,3 148,7 4,0 2,8 7 125,8 122,2 130,0 3,4 2,7

0

VERTEX

2

355 g/m 45

6 368,7 341,0 400,0 24,0 6,5 6 321,2 236,0 365,0 46,0 14,4 6 323,7 295,0 338,0 20,0 6,1 7 260,9 234,0 282,2 15,2 5,8 7 175,6 153,3 189,0 13,7 7,8 7 205,3 186,8 226,6 14,7 7,2 6 36,5 35,7 37,4 0,7 1,8

0

6 149,0 142,0 158,0 6,7 4,5 6 119,0 114,0 123,0 3,3 2,8 6 127,7 124,0 131,0 3,1 2,5

6 28,4 28,1 28,9 0,4 1,3

2

45

4 362,0 297,0 393,0 44,4 12,3 6 314,2 288,0 342,0 19,3 6,1 6 319,0 289,0 365,0 27,7 8,7 7 310,0 271,4 344,3 22,4 7,2 7 298,9 278,6 319,1 13,8 4,6 7 327,1 241,1 544,5 111,4 34,1 6 32,9 30,7 36,8 2,2 6,6

6 116,0 110,0 121,0 4,0 3,2 6 108,0 103,0 111,0 3,0 2,6 6 88,0 85,0 89,0 2,0 1,7

6 497,8 384,0 586,0 78,0 15,7 6 442,7 157,0 581,0 151,0 34,0 6 484,8 405,0 526,0 48,0 9,8

6 32,2 30,1 38,8 3,3 10,1

6 28,4 27,1 29,8 1,0 3,4 6 28,5 26,2 31,5 1,8 6,4

6 21,3 20,6 22,4 0,6 2,8

6 32,2 30,8 33,8 1,1 3,3

6 26,8 25,0 30,1 1,8 6,7

Legenda: Obch. název Označení Gramáž o Směr zatížení [ ]

+ 23 °C

INTERGLASS 92 110 163 g/m 0

2

45

6 303,8 251,0 343,0 32,0 10,6

6 123,0 115,0 132,0 6,0 5,2

-

počet vzorků průměrná hodnota minimální hodnota maximální hodnota směrodatná odchylka variační koeficient Tab. 2 – Materiálové charakteristiky – pevnost.

6 119,2 93,0 139,0 17,0 14,7 4 121,8 111,0 132,0 9,0 7,3 6 107,7 104,0 113,0 3,0 3,1

6 326,1 305,6 348,6 20,0 6,1 6 284,2 128,0 348,0 82,0 29,0 6 321,5 297,0 351,0 23,0 7,2 7 288,3 253,0 323,3 25,2 8,8 7 228,6 211,3 242,8 11,5 5,0 7 185,7 151,6 211,1 20,7 11,2

6 127,5 103,0 143,0 17,0 13,2 6 143,3 134,0 146,0 5,0 3,2 6 119,0 113,0 124,0 4,0 3,3 7 110,7 100,2 123,0 7,6 6,9 7 73,2 59,2 108,3 16,1 22,0

SKLO

SKLO

UHLÍK

HEXCEL

INTERGLASS 92 145

VETROTEX EC 9-756-k43(68)

TORAYCA T 700 SC 3 1,8 g/cm

193 g/m 0

2

220 g/m 45

6 471,0 442,0 535,0 34,0 7,2 6 485,0 355,0 603,0 83,0 17,1 6 453,8 379,0 549,0 64,0 14,2 7 431,4 400,5 446,5 14,8 3,3 7 359,4 320,3 390,6 25,3 7,1 7 342,8 310,2 389,0 30,2 8,8

6 170,8 165,0 175,0 4,0 2,1 6 152,0 134,0 167,0 12,0 8,2 6 127,3 122,0 131,0 3,0 2,7

0

2

90

6 377,3 349,0 415,0 25,0 6,8 6 364,5 335,0 376,0 15,0 4,1 6 399,3 361,0 448,0 29,0 7,3 7 298,4 245,1 386,6 51,1 17,1

7 232,7 167,9 337,7 63,8 27,4 6 40,9 39,2 42,8 1,7 4,0 6 39,0 37,9 40,5 1,0 2,5 6 32,6 30,6 33,9 1,4 4,1

0

5 38,4 36,0 42,0 3,0 7,5 6 33,7 29,0 38,0 3,0 9,9 6 30,2 24,0 38,0 5,0 16,3 7 109,4 102,9 119,4 5,7 5,2

7 78,5 71,9 97,1 8,8 11,1 6 11,1 9,8 12,8 1,1 9,6 6 9,4 8,6 10,2 0,6 6,4 6 6,8 5,6 7,6 0,7 10,2

90

5 651,6 430,0 867,0 169,8 26,1 5 514,4 406,0 593,0 89,5 17,4 5 669,2 550,0 736,0 73,8 11,0

6 56,6 41,9 61,0 7,3 12,9 6 57,8 56,7 60,7 1,5 2,6 6 39,5 32,3 43,1 4,1 10,4

0

6 26,5 22,0 30,0 3,3 12,3 6 22,8 20,0 27,0 2,5 10,9 5 10,4 14,0 21,0 3,0 15,7

6 5,5 3,2 6,4 1,2 21,9 6 4,3 1,7 6,0 1,5 34,7 6 3,5 2,4 4,7 0,8 24,0

6 1112,9 380,7 1591,7 432,8 38,9 4 1199,8 847,0 1535,0 284,1 23,7 6 1235,7 510,0 1712,0 486,7 39,4 7 680,1 562,1 833,5 87,7 12,9 7 520,2 351,6 616,5 95,7 18,4 7 342,4 138,9 592,2 159,8 46,7 6 47,9 46,5 49,9 1,3 2,6 6 47,2 42,8 52,0 3,0 6,3 6 28,1 27,5 29,0 0,5 1,9

90

6 18,0 15,0 21,0 2,0 11,2 6 8,0 6,0 11,0 2,0 25,9 4 15,0 12,0 17,0 2,0 15,0 7 93,0 64,6 127,1 21,9 23,5 7 71,4 47,6 84,3 11,8 16,5 7 80,8 57,8 108,2 18,9 23,4 6 3,3 1,8 4,6 1,1 32,8 6 2,2 1,4 3,0 0,6 27,2 6 2,2 1,5 2,7 0,4 19,3

Obch. název Označení Hustota o Směr zatížení [ ]

+ 23 °C

+ 23 °C WET

TAH

INTERGLASS 92 110

ROVING

UHLÍK

+ 54 °C

+ 23 °C

+ 23 °C WET

TLAK

Obch. název Označení Gramáž o Směr zatížení [ ]

HYBRID (uhlík+kevlar) PORCHER PORCHER (nesymetrický) (symetrický) 2 2 165 g/m 180 g/m 0 45 0 45

+ 54 °C

+ 23 °C

+ 23 °C WET

+ 54 °C

IN T E R . S M Y K

JEDNOSMĚRNÁ TKANINA

TKANINA SKLO

Materiálové charakteristiky - pevnost

1200

1000

pevnost [MPa]

800

600

400

200

0

0

45

163 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

0

280 g/m2

45

280 g/m2

(vakuovaný)

0

45

163 g/m2

0

45

355 g/m2

(vakuovaný)

INTERGLASS 92 INTERGLASS 92 INTERGLASS 92 INTERGLASS 92 110 110 125 125

RAYMOND

VERTEX

0

45

0

45

165 g/m2

180 g/m2

(nesymetrický)

(symetrický)

PORCHER

PORCHER

SKLO

HYBRID (uhlík+kevlar) TKANINA

0

45

0

193 g/m2

90

0

90

0

220 g/m2 EC 9-756k43(68)

T 700 SC

HEXCEL

INTERGLASS 92 145

VETROTEX

TORAYCA

UHLÍK

SKLO

SKLO

UHLÍK


ROVING

výztuže TAH + 23 °C TLAK + 54 °C

TAH + 23 °C WET INTER. SMYK + 23 °C

TAH + 54 °C INTER. SMYK + 23 °C WET

Obr. 26 – Graf materiálových charakteristik – pevnost.

90

1,8 g/cm3

TLAK + 23 °C INTER. SMYK + 54 °C

TLAK + 23 °C WET

MATERIÁLOVÉ CHARAKTERISTIKY ZKOUŠKY TAHEM - MODUL PRUŽNOSTI JEDNOSMĚRNÁ TKANINA

Obch. název Označení Gramáž o Směr zatížení [ ]

TAH

+ 23 °C

+ 23 °C WET

+ 54 °C

INTERGLASS 92 110 163 g/m

INTERGLASS 92 110 (vakuovaný)

2

163 g/m

0

45

2 19955,5 19725,0 20186,0 326,0 1,8 6 19936,5 17612,0 21905,0 1511,0 7,6 6 18412,3 17867,0 19145,0 513,0 2,8

6 9470,5 8529,0 10856,0 846,0 8,9 6 8575,0 8421,0 8744,0 126,0 1,5 6 4094,2 959,0 6434,0 1914,0 46,8

2

0

6 24369,2 22885,0 27572,0 1727,0 7,1 5 22568,2 22315,0 22998,0 285,0 1,3



2

280 g/m

RAYMOND

2

163 g/m

45

0

45

0

45

5 11072,8 10791,0 11678,0 361,0 3,3 4 9475,5 8839,0 10145,0 543,0 5,7

5 19739,8 18864,0 20745,0 703,0 3,6 6 20321,3 19162,0 21783,9 1018,0 5,0 6 18203,0 1360,0 18900,0 966,0 5,3

6 9716,8 8774,0 11064,0 809,0 8,3 6 9219,3 8689,0 9977,0 447,0 4,8 6 6930,7 6182,0 7310,0 429,0 6,2

6 24734,7 23847,0 25681,0 677,0 2,7 5 24795,2 23882,0 26822,0 1177,0 4,7

6 12620,7 11469,0 15082,0 1386,0 11,0 6 10527,2 9475,0 11059,0 629,0 6,0

VERTEX

2

0

355 g/m 45

4 17395,0 17210,0 19530,0 135,0 0,8 6 17964,7 17455,0 19298,0 681,0 3,8 6 16272,0 15671,0 17247,0 616,0 3,8

6 8473,5 7847,0 8995,0 366,4 4,3 6 6036,3 4904,0 6754,0 613,7 10,2 6 5618,7 5225,0 6534,0 465,0 8,3

2

0

45

1 19175,0 19175,0 19175,0 6 21039,0 19321,0 24650,0 1981,9 9,4 6 18158,0 17095,0 18846,0 636,2 3,5

5 10209,0 9958,0 10659,0 270,0 2,6 6 9806,0 9431,0 10073,0 269,0 2,8 6 5125,0 661,0 6275,0 2199,0 42,9

HYBRID (uhlík+kevlar) PORCHER PORCHER (symetrický) (nesymetrický) 2 2 165 g/m 180 g/m 0 45 0 45

6 44136,0 38420,0 51037,0 4692,0 10,6 6 42359,0 38202,0 48061,0 3220,0 7,6 6 40504,5 35593,0 50247,0 5173,0 12,8

6 7799,8 7238,0 8259,0 346,0 4,4 6 7633,7 7217,0 8405,0 443,0 5,8 6 4702,5 4521,0 5022,0 204,0 4,3

6 32891,7 31640,0 34030,0 994,0 3,0 6 38801,8 33278,0 49636,0 5781,0 14,9 6 32054,5 30704,0 37372,0 2618,0 8,2

6 6923,5 6421,0 7339,0 361,0 5,2 6 6763,5 6524,0 7040,0 214,0 3,2 6 4303,3 4168,0 4395,0 86,0 2,0

ROVING

UHLÍK

SKLO

SKLO

UHLÍK

HEXCEL

INTERGLASS 92 145



193 g/m

2

220 g/m

2

0

45

0

90

0

90

4 49214,8 46312,0 49865,0 1636,0 3,4 6 51342,7 48273,0 53116,0 1785,0 3,5 6 52017,3 43032,0 91901,0 19566,0 37,6

6 9898,5 9530,0 10583,0 431,0 4,4 6 9492,7 9192,0 9752,0 210,0 2,2 6 6097,3 5523,0 6455,0 410,0 6,7

6 24070,7 22622,0 25305,0 1127,0 4,7 6 24999,0 23972,0 25766,0 652,0 2,6 6 2264,3 22827,0 26776,0 1374,0 5,7

5 9646,2 9023,0 10743,0 667,0 6,9 6 7385,8 7251,0 7558,0 127,0 1,7 6 5214,5 4276,0 6001,0 575,0 11,0

5 30898,0 26557,0 37660,0 4281,0 13,9 6 27709,0 25128,0 29919,0 1870,0 6,7 6 28366,0 23476,0 30764,0 2551,0 9,0

6 9811,0 8796,0 10640,0 689,0 7,0 6 7771,0 7554,0 8508,0 365,0 4,7 5 6056,0 5563,0 6411,0 353,0 5,8

0

90

5 93764,0 79102,0 101095,0 8844,0 9,4 4 107596,0 97800,0 121239,0 10093,0 9,4 6 89302,0 64415,0 105122,0 16597,0 18,6

6 6531,0 6220,0 6937,0 267,0 4,1 6 6207,0 5491,0 7367,0 666,0 10,7 4 4658,0 3936,0 5161,0 522,0 11,2


+ 23 °C

+ 23 °C WET

TAH

TKANINA SKLO

+ 54 °C

Tab. 3 – Materiálové charakteristiky zkoušky tahem – modul pružnosti – E.

MATERIÁLOVÉ CHARAKTERISTIKY ZKOUŠKY TAHEM - POISSONOVO ČÍSLO Obch. název Označení Gramáž o Směr zatížení [ ]


TAH

2

0

163 g/m 45

2 0,176 0,173 0,178 0,004 2,0 6 0,165 0,116 0,249 0,051 31,0 6 0,136 0,107 0,160 0,018 13,1

+ 23 °C

+ 23 °C WET

+ 54 °C


6 0,667 0,621 0,697 0,028 4,3 6 0,662 0,647 0,682 0,015 2,2 6 0,792 0,710 0,842 0,051 6,5

2

280 g/m 45

6 0,171 0,114 0,219 0,035 20,2 5 0,145 0,112 0,168 0,021 14,8

INTERGLASS 92 125

0

5 0,696 0,644 0,753 0,043 6,1 4 0,812 0,772 0,848 0,037 4,5

2

280 g/m 45

5 0,166 0,145 0,192 0,020 11,8 6 0,185 0,173 0,222 0,018 9,9 6 0,170 0,137 0,262 0,047 27,9


6 0,650 0,548 0,722 0,060 9,3 6 0,709 0,655 0,748 0,034 4,9 6 0,714 0,562 0,814 0,099 13,8

2

163 g/m 45

6 0,188 0,164 0,230 0,025 13,4 5 0,188 0,168 0,239 0,029 15,5

RAYMOND

6 0,690 0,636 0,764 0,044 6,4 6 0,735 0,689 0,782 0,033 4,6

0

VERTEX

2

355 g/m 45

4 0,166 0,130 0,188 0,025 15,1 6 0,159 0,133 0,175 0,015 9,4 6 0,152 0,047 0,238 0,072 47,7

6 0,680 0,647 0,712 0,026 3,9 6 0,803 0,751 0,863 0,045 5,6 6 0,746 0,680 0,787 0,036 4,9

0

2

45

1 0,154 0,154 0,154 6 0,168 0,148 0,202 0,021 12,4 6 0,170 0,013 0,254 0,081 47,8

5 0,665 0,605 0,691 0,036 5,4 6 0,703 0,672 0,744 0,026 3,7 6 0,782 0,744 0,813 0,029 3,7


6 0,118 0,085 0,145 0,021 17,6 6 0,105 0,076 0,138 0,025 23,5 6 0,088 0,071 0,108 0,013 14,6

6 0,852 0,813 0,883 0,028 3,3 5 0,851 0,826 0,887 0,028 3,3 6 0,895 0,853 0,942 0,034 3,7

Legenda: Obch. název Označení Gramáž o Směr zatížení [ ]

+ 23 °C


2

0

45

2 19955,5 19725,0 20186,0 326,0 1,8

6 9470,5 8529,0 10856,0 846,0 8,9

-

počet vzorků průměrná hodnota minimální hodnota maximální hodnota směrodatná odchylka variační koeficient Tab. 4 – Materiálové charakteristiky zkoušky tahem - Poissonovo číslo - ν.

6 0,081 0,065 0,094 0,012 15,1 6 0,094 0,068 0,113 0,017 18,3 6 0,133 0,064 0,222 0,061 45,8

6 0,844 0,788 0,877 0,031 3,7 6 0,873 0,836 0,914 0,031 3,6 6 0,919 0,841 0,985 0,047 5,1

HEXCEL 193 g/m 0

SKLO

UHLÍK

INTERGLASS 92 145



2

220 g/m 45

5 0,129 0,085 0,184 0,042 32,9 6 0,091 0,084 0,112 0,011 12,0 6 0,117 0,074 0,151 0,032 27,2

6 0,823 0,730 0,861 0,047 5,7 6 0,645 0,823 0,878 0,020 2,4 6 0,942 0,911 0,995 0,037 3,9

ROVING

SKLO

UHLÍK

0

2

90

6 0,295 0,171 0,409 0,077 26,2 6 0,288 0,242 0,344 0,037 12,8 6 0,336 0,304 0,374 0,026 7,7

5 0,100 0,071 0,133 0,025 25,1 6 0,129 0,081 0,188 0,045 35,0 6 0,096 0,035 0,170 0,055 57,4

0

90

5 0,451 0,350 0,644 0,121 26,9 6 0,244 0,196 0,299 0,033 13,7 6 0,411 0,294 0,478 0,064 15,5

6 0,100 0,073 0,124 0,019 18,7 5 0,099 0,057 0,133 0,029 29,0 5 0,118 0,087 0,129 0,176 14,9

0

90

5 0,248 0,179 0,367 0,079 31,6 4 0,358 0,273 0,420 0,062 17,3 6 0,360 0,172 0,527 0,124 34,6

6 0,072 0,022 0,148 0,050 69,2 6 0,080 0,034 0,299 0,103 116,4 4 0,082 0,033 0,196 0,076 92,8


+ 23 °C

+ 23 °C WET

+ 54 °C

TAH


TKANINA SKLO

Materiálové charakteristiky zkoušky tahem - pevnost

1200

pevnost v tahu [MPa]

1000

800

600

400

200

0 0

45

163 g/m2

0

45

163 g/m2 (vakuovaný)

0

45

0

280 g/m2

45

280 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

355 g/m2

(vakuovaný)

INTERGLASS INTERGLASS INTERGLASS INTERGLASS 92 110 92 110 92 125 92 125

RAYMOND

VERTEX

0

45

0

45

165 g/m2

180 g/m2

(nesymetrický)

(symetrický)

PORCHER

PORCHER

SKLO

HYBRID (uhlík+kevlar)

0

45

193 g/m2

HEXCEL UHLÍK

TKANINA

90

TAH + 23 °C WET

TAH + 54 °C

Obr. 27 – Graf materiálových charakteristik zkoušky tahem – pevnost v tahu – σt.

0

90

220 g/m2

0

90

1,8 g/cm3 EC 9-756k43(68)

T 700 SC

INTERGLASS 92 145

VETROTEX

TORAYCA

SKLO

SKLO

UHLÍK


výztuže TAH + 23 °C

0

ROVING

Materiálové charakteristiky zkoušky tahem - modul pružnosti

modul pružnosti [MPa]

100000

80000

60000

40000

20000

0 0

45

163 g/m2

0

45


0

45

0

280 g/m2

45

280 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

355 g/m2

(vakuovaný)


RAYMOND

VERTEX

0

45

0

45

165 g/m2

180 g/m2

(nesymetrický)

(symetrický)

PORCHER

PORCHER

SKLO


0

45

193 g/m2

90

90

220 g/m2

0

90

1,8 g/cm3 EC 9-756k43(68)

T 700 SC

INTERGLASS 92 145

VETROTEX

TORAYCA

UHLÍK

SKLO

SKLO

UHLÍK


výztuže TAH + 23 °C WET

0

HEXCEL

TKANINA

TAH + 23 °C

0

TAH + 54 °C

Obr. 28 – Graf materiálových charakteristik zkoušky tahem – modul pružnosti – E.

ROVING

Materiálové charakteristiky zkoušky tahem - poissonovo číslo

0,9 0,8

poissonovo číslo

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0

45

163 g/m2

0

45


0

45

0

280 g/m2

45

280 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

355 g/m2

(vakuovaný)


RAYMOND

VERTEX

0

45

0

45

165 g/m2

180 g/m2

(nesymetrický)

(symetrický)

PORCHER

PORCHER

SKLO


0

45

193 g/m2

90

90

220 g/m2

0

90

1,8 g/cm3 EC 9-756k43(68)

T 700 SC

INTERGLASS 92 145

VETROTEX

TORAYCA

UHLÍK

SKLO

SKLO

UHLÍK



0

HEXCEL

TKANINA

TAH + 23 °C

0

TAH + 54 °C

Obr. 29 – Graf materiálových charakteristik zkoušky tahem – Poissonovo číslo - ν.

ROVING

Materiálové charakteristiky zkoušky tlakem - pevnost 700

pevnost v tlaku [MPa]

600

500

400

300

200

100

0 0

45

163 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

0

280 g/m2

45

0

280 g/m2

(vakuovaný)

45

0

45

163 g/m2

355 g/m2

RAYMOND

VERTEX

(vakuovaný)


0

45

180 g/m2

0

45

0

90

1,8 g/cm3

PORCHER

HEXCEL

INTERGLASS 92 145

TORAYCA

HYBRID (kevlar + uhlík)

UHLÍK

SKLO

UHLÍK


ROVING

T 700 SC

TKANINA

výztuže TLAK + 23 °C

TLAK + 23 °C WET

90

220 g/m2

(symetrický)

SKLO

0

193 g/m2

TLAK + 54 °C

Obr. 30 – Graf materiálových charakteristik zkoušky tlakem – pevnost v tlaku – σd

Materiálové charakteristiky zkoušky interlaminárním smykem ("Short-Beam Shear") - pevnost

pevnost v interlaminárním smyku [MPa]

60

50

40

30

20

10

0 0

45

163 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

0

280 g/m2

(vakuovaný) INTERGLASS 92 110

INTERGLASS 92 110

45

280 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

355 g/m2

0

90

0

90

220 g/m2

(vakuovaný)

0

90

1,8 g/cm3 EC 9-756k43(68)

T 700 SC

INTERGLASS 92 145

VETROTEX

TORAYCA

SKLO

SKLO

SKLO

UHLÍK

TKANINA


INTERGLASS 92 125

INTERGLASS 92 125

RAYMOND

VERTEX

ROVING

výztuže INTER. SMYK + 23 °C

INTER. SMYK + 23 °C WET

INTER. SMYK + 54 °C

Obr. 31 – Graf materiálových charakteristik zkoušky interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”) – pevnost v interlaminárním smyku – τSBS


8.2 Materiálové charakteristiky kompozitů dle použité výztuže Základní dělení druhů výztuže použité na vzorky kompozitních materiálů jsou: • • •

rovingy jednosměrné tkaniny tkaniny

8.2.1 Kompozity s výztuží z rovingů

Skupinku kompozitů vyrobených z rovingů tvoří skleněný materiál VETROTEX a uhlíkový materiál TORAYCA. Za výčtem materiálových charakteristik následuje graf (obr. 36) vypočtených průměrných hodnot pevností jednotlivých zkoušek kompozitů s výztuží z rovingů z tab. 2. Kompozit z uhlíkového rovingu TORAYCA dosahuje následujících materiálových charakteristik: •

v podélném směru vláken: o o o o o

σpt = 1113 MPa, která je nejvyšší ze zkoušených kompozitů σpd = 680 MPa τSBS = 48 MPa E = 94 GPa ν = 0,248

Obr. 32 – Tahový vzorek kompozitu s výztuží z uhlíkového rovingu TORAYCA zkoušený v podélném směru vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 56 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE •

v příčném směru vláken: o o o o o

σpt =18 MPa σpd = 93 MPa τSBS = 3,3 MPa E = 6,5 GPa ν = 0,072

Obr. 33 – Tahový vzorek s výztuží z uhlíkového rovingu TORAYCA zkoušený v příčném směru vláken.

Kompozit ze skleněného rovingu VETROTEX dosahuje následujících materiálových charakteristik: •

v podélném směru vláken: o o o o

σpt = 652 MPa – poloviční oproti předešlému kompozitu τSBS = 57 MPa E = 30,9 GPa – 1/3 oproti předešlému kompozitu ν = 0,451

Miroslav HRUDŇÁK

- 57 -

2003/2004


Obr. 34 – Tahové vzorky s výztuží ze skleněného rovingu VETROTEX zkoušené v podélném směru vláken.

•

v příčném směru vláken: o o o o

σpt = 27 MPa - vyšší hodnota než dosahuje uhlíkový roving τSBS = 3,3 MPa - dvojnásobná oproti uhlíkovému rovingu E = 9,8 GPa ν = 0,100

Obr. 35 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněného rovingu VETROTEX zkoušený v příčném směru vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 58 -

2003/2004

Materiálové charakteristiky - pevnost - roving

1200

pevnost [MPa]

1000

800

600

400

200

0 0

90

0

90 1,8 g/cm3

EC 9-756-k43(68)

T 700 SC

VETROTEX

TORAYCA

SKLO

UHLÍK ROVING


TAH + 23 °C WET

TAH + 54 °C

TLAK + 23 °C

TLAK + 54 °C




Obr. 36 – Graf materiálových charakteristik kompozitů s výztuží z rovingů – pevnost.

TLAK + 23 °C WET

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE 8.2.2 Kompozity s výztuží z jednosměrné tkaniny

Kompozit s výztuží z jednosměrné tkaniny je pouze ze skleněné INTERGLAS 92 145, který dosahuje následujících materiálových charakteristik: •

tkaniny


σpt = 377 MPa σpd = 298 MPa τSBS = 41 MPa E = 24 GPa ν = 0,295

Obr. 37 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné jednosměrné tkaniny INTERGLAS 92 145 zkoušené v podélném směru vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 60 -

2003/2004


v příčném směru vláken: o o o o o

σpt = 38,4 MPa σpd = 109 MPa τSBS = 11 MPa E = 9,6 GPa ν = 0,1

Obr. 38 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné jednosměrné tkaniny INTERGLAS 92 145 zkoušené v příčném směru vláken.

Souborně jsou vypočtené průměrné hodnoty pevností jednotlivých zkoušek kompozitu s výztuží s jednosměrné tkaniny na obr. 39, který vychází z tab. 2.

Miroslav HRUDŇÁK

- 61 -

2003/2004

Materiálové charakteristiky - pevnost - jednosměrná tkanina 400 350

pevnost [MPa]

300 250

200 150 100

50 0 0

90 220 g/m2 INTERGLASS 92 145 SKLO JEDNOSMĚRNÁ TKANINA


TAH + 23 °C WET

TAH + 54 °C

TLAK + 23 °C

TLAK + 54 °C




Obr. 39 – Graf materiálových charakteristik kompozitu s výztuží z jednosměrné tkaniny – pevnost.

TLAK + 23 °C WET

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE 8.2.3 Kompozity s výztuží z tkanin

Kompozity s výztuží z tkanin jsou tvořeny třemi skupinkami dle použitého materiálu na výrobu tkanin. Skupinku skleněných tkanin tvoří: INTERGLAS 92 110, INTERGLAS 92 125, RAYMOND, VERTEX, skupinku hybridních tkanin tvoří PORCHER a uhlíkové tkaniny zastupuje HEXCEL. Za výčtem materiálových charakteristik následuje graf (obr. 56) vypočtených průměrných hodnot pevností jednotlivých zkoušek kompozitů s výztuží z tkanin z tab. 2. Kompozit s výztuží z uhlíkové tkaniny HEXCEL dosahuje nejvyšších naměřených materiálových charakteristik mezi tkaninovými kompozity: •


σpt = 471 MPa σpd = 431 MPa E = 4,9 GPa ν = 0,129

Obr. 40 – Tahový vzorek s výztuží z uhlíkové tkaniny HEXCEL zkoušený v podélném směru vláken.

•

pod úhlem 45 ° vůči směru vláken: o σpt = 171 MPa o E = 9,9 GPa o ν = 0,823

Miroslav HRUDŇÁK

- 63 -

2003/2004


Obr. 41 – Tahový vzorek s výztuží z tkaniny HEXCEL zkoušený pod úhlem 45 ° vůči směru vláken.

Další skupinku tvoří kompozity s výztuží z hybridní tkaniny PORCHER, která je složena z uhlíkových a aramidových vláken (Kevlar ™), ve dvojím provedení tkaniny: nesymetrická a symetrická. Přičemž nesymetrické provedení bylo jen v počátku projektu CLKV, pak od něj bylo odstoupeno. Z toho důvodu jsou známy jen materiálové charakteristiky zkoušky tahem. Kompozit s výztuží z nesymetrické následujících materiálových charakteristik: •

hybridní

tkaniny

PORCHER

dosahuje

v podélném směru vláken: o σpt = 498 MPa o E = 44,1 GPa o ν = 0,118

Miroslav HRUDŇÁK

- 64 -

2003/2004


Obr. 42 – Tahový vzorek s výztuží z nesymetrické hybridní tkaniny PORCHER zkoušené v podélném směru vláken.

•

pod úhlem 45 ° vůči směru vláken: o σpt = 119 MPa o E = 7,8 GPa o ν = 0,852

Obr. 43 – Tahový vzorek s výztuží z nesymetrické hybridní tkaniny PORCHER zkoušený pod úhlem 45 ° vůči směru vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 65 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Kompozit s výztuží ze symetrické hybridní tkaniny PORCHER dosahuje následujících materiálových charakteristik: •



Obr. 44 – Tahový vzorek s výztuží ze symetrické hybridní tkaniny PORCHER zkoušené v podélném směru vláken.

•

pod úhlem 45 ° vůči směru vláken: o o o o


Miroslav HRUDŇÁK

- 66 -

2003/2004


Obr. 45 – Tahový vzorek s výztuží ze symetrické hybridní tkaniny PORCHER zkoušené pod úhlem 45 ° vůči směru vláken.

Nejlepších materiálových charakteristik z kompozitům s výztuží ze skleněných tkanin dosahuje kompozit ze skleněné tkaniny RAYMOND: •


σpt = 369 MPa σpd = 261 MPa τSBS = 37 MPa E = 17,4 GPa ν = 0,17

Miroslav HRUDŇÁK

- 67 -

2003/2004


Obr. 46 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny RAYMOND zkoušený v podélném směru vláken.

•


σpt = 149 MPa τSBS = 28 MPa E = 8,5 GPa ν = 0,68

Obr. 47 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny RAYMOND zkoušený pod úhlem 45 ° vůči směru vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 68 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Dalším kompozitem s výztuží ze skleněné tkaniny VERTEX, který dosahuje následujících materiálových charakteristik: •



Obr. 48 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny VERTEX zkoušené v podélném směru vláken.

•


σpt = 116 MPa τSBS = 32 MPa E = 10,2 GPa ν = 0,665

Miroslav HRUDŇÁK

- 69 -

2003/2004


Obr. 49 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny VERTEX zkoušený pod úhlem 45 ° vůči směru vláken.

Další kompozit s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 110 dosahuje následujících materiálových charakteristik: •


σpt = 304 MPa σpd = 278 MPa τSBS = 40 MPa E = 20 GPa ν = 0,176

Miroslav HRUDŇÁK

- 70 -

2003/2004


Obr. 50 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 110 zkoušený v podélném směru vláken.

•

pod úhlem 45 ° vůči směru vláken: o o o o o

σpt = 123 MPa σpd = 144 MPa τSBS = 24,6 MPa E = 9,5 MPa ν = 0,667

Obr. 51 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 110 zkoušený pod úhlem 45 ° vůči směru vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 71 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Další kompozit s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 110 (vakuovaný) dosahuje následujících materiálových charakteristik: •


•



σpt = 155 MPa σpd = 146 MPa τSBS při zvýšené vlhkosti = 28 MPa E = 11,1 GPa ν = 0,696

Další kompozit s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 125 dosahuje následujících materiálových charakteristik: •



Obr. 52 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 125 zkoušený v podélném směru vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 72 -

2003/2004




Obr. 53 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 125 zkoušený pod úhlem 45 ° vůči směru vláken.

Kompozit s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 125 (vakuovaný) dosahuje následujících materiálových charakteristik: •


σpt = 279 MPa σpd = 333 MPa τSBS při zvýšené vlhkosti = 28 MPa E = 24,7 GPa ν = 0,188

Miroslav HRUDŇÁK

- 73 -

2003/2004


Obr. 54 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 125 (vakuovaný) zkoušený v podélném směru vláken.

•



Obr. 55 – Tahový vzorek s výztuží ze skleněné tkaniny INTERGLAS 92 125 (vakuovaný) zkoušený pod úhlem 45 ° vůči směru vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 74 -

2003/2004

Materiálové charakteristiky - pevnost - tkanina 500

pevnost [MPa]

400

300

200

100

0 0

45

0

163 g/m2

45 163 g/m2

0

45

0

280 g/m2

45

0

280 g/m2

(vakuovaný)

45

0

163 g/m2

45 355 g/m2

(vakuovaný)

INTERGLASS 92 110 INTERGLASS 92 110 INTERGLASS 92 125 INTERGLASS 92 125

RAYMOND

VERTEX

0

45

0

45

165 g/m2

180 g/m2

(nesymetrický)

(symetrický)

PORCHER

PORCHER

SKLO

HYBRID (uhlík+kevlar) TKANINA


TAH + 23 °C WET

TAH + 54 °C

TLAK + 23 °C

TLAK + 54 °C




Obr. 56 – Graf materiálových charakteristik kompozitů s výztuží z tkanin – pevnost.

TLAK + 23 °C WET

0

45 193 g/m2

HEXCEL UHLÍK


8.3 Změny materiálových charakteristik klimatických podmínek zkoušek

kompozitů

vlivem

Změny materiálových charakteristik kompozitů jsou souborně zaznamenány v tab. 5, tab. 7 a tab. 9, kde jsou uvedeny průměrné hodnoty pevnosti, modulu pružnosti v tahu a Poissonova čísla provedených zkoušek při teplotě + 23 °C, dále pak hodnoty zkoušek při zvýšené vlhkosti + 23 °C WET a při zvýšené teplotě na + 54 °C. Z těchto průměrných hodnot jsou dále vypočteny poměrné změny materiálových charakteristik vlivem zvýšené vlhkosti a zvýšené teploty vůči referenční klimatické podmínce zkoušky při + 23 °C. Vypočtené poměrné změny materiálových charakteristik jsou uvedeny v tabulkách: tab. 6, tab. 8 a tab. 10. Poměrné změny materiálových charakteristik hodnot jsou graficky znázorněny na obr. 57, kde jsou poměrné změny pevností všech zkoušek, dále jsou na obr. 58, kde jsou poměrné změny modulu pružnosti v tahu a na obr. 59 jsou uvedeny poměrné změny Poissonova čísla.

Miroslav HRUDŇÁK

- 76 -

2003/2004

MATERIÁLOVÉ CHARAKTERISTIKY - PEVNOST TKANINA


SKLO Obch. název Označení Gramáž o Směr zatížení [ ]

TAH

TLAK

I.SMYK


2

0

+ 23 °C + 23 °C WET + 54 °C + 23 °C + 23 °C WET + 54 °C + 23 °C + 23 °C WET + 54 °C

INTERGLASS 92 110 (vakuovaný) 163 g/m

45

303,8 268,7 286,8 278,2 264,4 255,0 40,4 36,1 26,9

2

0

123,0 113,0 93,5 144,4 119,0 100,7 24,6 30,5 16,5

280 g/m 45

2

0

300,8 273,2

155,2 137,0

317,9 246,6 282,6 37,1 30,2

146,4 117,3 119,4


INTERGLASS 92 125

280 g/m 45

291,5 287,2 280,0 353,2 265,9 279,0 36,6 29,9 19,5

27,6

2

0

116,0 115,2 105,8 165,3 153,6 115,5 28,6 25,2 17,2

RAYMOND 163 g/m

45

134,3 114,0

332,9 303,0 294,8

181,2 143,2 125,8

VERTEX

2

0

279,3 305,4


355 g/m 45

2

0

368,7 321,2 323,7 260,9 175,6 205,3 36,5

149,0 119,0 127,7

28,5

45

116,0 108,0 88,0

28,4

362,0 314,2 319,0 310,0 298,9 327,1 32,9

21,3

32,2

26,8

497,8 442,7 484,8

119,2 121,8 107,7

326,1 284,2 321,5 288,3 228,6 185,7

SKLO

SKLO

UHLÍK

HEXCEL

INTERGLASS 92 145



193 g/m

2

0

127,5 143,3 119,0 110,7

220 g/m 45

471,0 485,0 453,8 431,4 359,4 342,8

73,2

ROVING

UHLÍK

2

0

170,8 152,0 127,3

32,2

28,4

90

0

377,3 364,5 399,3 298,4

38,4 33,7 30,2 109,4

232,7 40,9 39,0 32,6

78,5 11,1 9,4 6,8

90

651,6 514,4 669,2

0

26,5 22,8 10,4

56,6 57,8 39,5

5,5 4,3 3,5


90

1112,9 1199,8 1235,7 680,1 520,2 342,4 47,9 47,2 28,1

18,0 8,0 15,0 93,0 71,4 80,8 3,3 2,2 2,2

+ 23 °C + 23 °C WET + 54 °C + 23 °C + 23 °C WET + 54 °C + 23 °C + 23 °C WET + 54 °C

TAH

TLAK

I.SMYK

Tab. 5 - Materiálové charakteristiky – pevnost.

POROVNÁNÍ MATERIÁLOVÝCH CHARAKTERISTIK - PEVNOST TKANINA



TAH TLAK I.SMYK


2

0

163 g/m 45

-11,6 -5,6 -5,0 -8,3 -10,6 -33,4

+ 23 °C WET + 54 °C + 23 °C WET + 54 °C + 23 °C WET + 54 °C


0

-8,1 -24,0 -17,6 -30,3 24,0 -32,9

280 g/m 45

2

0

-9,2

-11,7

-22,4 -11,1 -18,6

-19,9 -18,4


INTERGLASS 92 125

280 g/m 45

-1,5 -3,9 -24,7 -21,0 -18,3 -46,7

?

2

0

-0,7 -8,8 -7,1 -30,1 -11,9 -39,9

RAYMOND 163 g/m

45

9,3

-15,1

-9,0 -11,4

-21,0 -30,6

VERTEX

2

0


355 g/m 45

-12,9 -12,2 -32,7 -21,3

2

0

-20,1 -14,3

45

-13,2 -11,9 -3,6 5,5

-6,9 -24,1

-11,1 -2,6

2,2 -9,6

-12,8 -1,4 -20,7 -35,6

SKLO

SKLO

UHLÍK

HEXCEL

INTERGLASS 92 145



193 g/m

2

0

12,4 -6,7

220 g/m 45

-33,9

-11,0 -25,5

? -21,9

-25,0

-2,1

2

0

3,0 -3,7 -16,7 -20,5

-

ROVING

UHLÍK

-16,8

90

0

90

0

-3,4 5,8

-12,2 -21,4

-21,1 2,7

-14,0 -60,8

-22,0 -4,6 -20,3

-28,2 -15,3 -38,7

2,1 -30,2

-21,8 -36,4


90

7,8 11,0 -23,5 -49,7 -1,5 -41,3

-55,6 -16,7 -23,2 -13,1 -33,3 -33,3

+ 23 °C WET + 54 °C + 23 °C WET + 54 °C + 23 °C WET + 54 °C

TAH TLAK I.SMYK

Tab. 6 -Porovnání materiálových charakteristik – pevnost.

MATERIÁLOVÉ CHARAKTERISTIKY ZKOUŠKY TAHEM - MODUL PRUŽNOSTI TKANINA



TAH

+ 23 °C + 23 °C WET + 54 °C



2

0

163 g/m 45

19955,5 19936,5 18412,3

INTERGLASS 92 125

2

0

9470,5 8575,0 4094,2

280 g/m 45

24369,2 22568,2

2

0

11072,8 9475,5


45

19739,8 20321,3 18203,0

2

0

9716,8 9219,3 6930,7

RAYMOND 163 g/m

45

24734,7 24795,2

VERTEX

2

0

12620,7 10527,2

355 g/m 45

17395,0 17964,7 16272,0


2

0

8473,5 6036,3 5618,7

45

19175,0 21039,0 18158,0

10209,0 9806,0 5125,0

44136,0 42359,0 40504,5

7799,8 7633,7 4702,5

32891,7 38801,8 32054,5

SKLO

SKLO

UHLÍK

HEXCEL

INTERGLASS 92 145



193 g/m

2

0

6923,5 6763,5 4303,3

ROVING

UHLÍK

220 g/m 45

49214,8 51342,7 52017,3

2

0

9898,5 9492,7 6097,3

90

24070,7 24999,0 24264,3

0

9646,2 7385,8 5214,5

90

30898,0 27709,0 28366,0

0

9811,0 7771,0 6056,0


90

93764,0 107596,0 89302,0

6531,0 6207,0 4658,0

+ 23 °C + 23 °C WET + 54 °C

TAH

Tab. 7 - Materiálové charakteristiky zkoušky tahem – modul pružnosti – E.

POROVNÁNÍ MATERIÁLOVÝCH CHARAKTERISTIK ZKOUŠKY TAHEM - MODUL PRUŽNOSTI TKANINA



TAH


2

0

+ 23 °C WET + 54 °C


45

-0,1 -7,7

INTERGLASS 92 125

2

0

-9,5 -56,8

280 g/m 45

-7,4


2

0

-14,4

280 g/m 45

2,9 -7,8

2

0

-5,1 -28,7

RAYMOND 163 g/m

45

0,2

VERTEX

2

0

-16,6


355 g/m 45

3,3 -6,5

2

0

-28,8 -33,7

45

9,7 -5,3

-3,9 -49,8

-4,0 -8,2

-2,1 -39,7

18,0 -2,5

SKLO

SKLO

UHLÍK

HEXCEL

INTERGLASS 92 145



193 g/m

2

0

220 g/m 45

-2,3 -37,8

ROVING

UHLÍK

4,3 5,7

2

0

-4,1 -38,4

90

3,9 0,8

0

-23,4 -45,9

90

-10,3 -8,2

0

-20,8 -38,3


90

14,8 -4,8

-5,0 -28,7

+ 23 °C WET + 54 °C

TAH

Tab. 8 - Porovnání materiálových charakteristik – modul pružnosti –E.

MATERIÁLOVÉ CHARAKTERISTIKY ZKOUŠKY TAHEM - POISSONOVO ČÍSLO TKANINA



TAH


2

0

+ 23 °C + 23 °C WET + 54 °C


45

0,176 0,165 0,136

2

0

0,667 0,662 0,792

280 g/m 45

0,171 0,145


INTERGLASS 92 125 2

0

0,696 0,812

280 g/m 45

0,166 0,185 0,170

2

0

0,650 0,709 0,714

RAYMOND 163 g/m

45

0,188 0,188

VERTEX

2

0

0,690 0,735


355 g/m 45

0,166 0,159 0,152

2

0

0,680 0,803 0,746

45

0,154 0,168 0,170

0,665 0,703 0,782

0,118 0,105 0,088

0,852 0,851 0,895

0,081 0,094 0,133

SKLO

SKLO

UHLÍK

HEXCEL

INTERGLASS 92 145



193 g/m

2

0

0,844 0,873 0,919

ROVING

UHLÍK

220 g/m 45

0,129 0,091 0,117

2

0

0,823 0,645 0,942

90

0,295 0,288 0,336

0

0,100 0,129 0,096

90

0,451 0,244 0,411

0

0,100 0,099 0,118


90

0,248 0,358 0,360

0,072 0,080 0,082

+ 23 °C + 23 °C WET + 54 °C

TAH

Tab. 9 - Materiálové charakteristiky zkoušky tahem – Poissonovo číslo - ν.

POROVNÁNÍ MATERIÁLOVÝCH CHARAKTERISTIK ZKOUŠKY TAHEM - POISSONOVO ČÍSLO TKANINA



TAH

+ 23 °C WET + 54 °C

INTERGLASS 92 110 163 g/m 0

2

163 g/m 45

-6,2 -22,7


-0,7 18,7

2

280 g/m 45

-15,2

0

16,7


INTERGLASS 92 125 2

280 g/m 45

11,4 2,4

0

9,1 9,8

RAYMOND

2

163 g/m 45

0,0

0

6,5

VERTEX

2

355 g/m 45

-4,2 -8,4


0

18,1 9,7

2

45

9,1 10,4

5,7 17,6

-11,0 -25,4

-0,1 5,0

Tab. 10 - Porovnání materiálových charakteristik – Poissonovo číslo - ν.

16,0 64,2

SKLO

SKLO

UHLÍK

HEXCEL

INTERGLASS 92 145



193 g/m 0

3,4 8,9

ROVING

UHLÍK

2

220 g/m 45

-29,5 -9,3

0

-21,6 14,5

2

90

-2,4 13,9

0

29,0 -4,0

90

-45,9 -8,9

0

-1,0 18,0


90

44,4 45,2

11,1 13,9

+ 23 °C WET + 54 °C

TAH

Porovnání materiálových charakteristik - pevnost 25

15

5

změna pevnosti [%]

-5

-15

-25

-35

-45

-55

-65

0

45

163 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

0

280 g/m2

45

0

280 g/m2

(vakuovaný)

45

163 g/m2

0

45

355 g/m2

(vakuovaný)


RAYMOND

VERTEX

0

45

0

45

165 g/m2

180 g/m2

(nesymetrický)

(symetrický)

PORCHER

PORCHER

SKLO


0

45

193 g/m2 HEXCEL UHLÍK

TKANINA

0

90

0

90

220 g/m2

TAH + 54 °C

1,8 g/m3 T 700 SC

INTERGLASS 92 145

VETROTEX

TORAYCA

SKLO

SKLO

UHLÍK


TLAK + 23 °C WET

TLAK + 54 °C

I.SMYK + 23 °C WET

Obr. 57 – Graf porovnání materiálových charakteristik – pevnost.

90

EC 9-756-k43(68)


0

I.SMYK + 54 °C

ROVING

Porovnání materiálových charakteristik zkoušky tahem - modul pružnosti 20

změna modulu pružnosti [%]

10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 0

45

163 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

0

280 g/m2

280 g/m2

(vakuovaný) INTERGLA SS 92 110

INTERGLA SS 92 110

45

0

45

163 g/m2

0

45

355 g/m2

(vakuovaný) INTERGLA SS 92 125

INTERGLA SS 92 125

RA Y MOND

0

45

0

45

165 g/m2

180 g/m2

(nesymetrický)

(symetrický)

PORCHER

PORCHER

V ERTEX

SKLO

HY BRID (uhlík+kevlar)

0

45

193 g/m2

0

90

90

220 g/m2

0

90

1,8 g/cm3 EC 9-756k43(68)

T 700 SC

HEXCEL

INTERGLA SS 92 145

V ETROTEX

TORA Y CA

UHLÍK

SKLO

SKLO

UHLÍK

TKA NINA

JEDNOSMĚRNÁ TKA NINA


0

TAH + 54 °C

Obr. 58 – Graf porovnání materiálových charakteristik zkoušky tahem – modul pružnosti - E.

ROV ING

Porovnání materiálových charakteristik zkoušky tahem - Poissonovo číslo

60

změna Poissonova čísla [%]

50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50

0

45

163 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45

0

280 g/m2


INTERGLASS 92 110

45

280 g/m2

0

45

163 g/m2

0

45


INTERGLASS 92 125

RAYMOND

0

355 g/m2

45

0

45

165 g/m2

180 g/m2

(nesymetrický)

(symetrický)

PORCHER

PORCHER

VERTEX

SKLO


0

45

193 g/m2

HEXCEL UHLÍK

TKANINA

0

90

TAH + 23 °C WET

TAH + 54 °C

Obr. 59 – Graf porovnání materiálových charakteristik zkoušky tahem – Poissonovo číslo - ν.

90

0

90

1,8 g/cm3 EC 9-756k43(68)

T 700 SC

INTERGLASS 92 145

VETROTEX

TORAYCA

SKLO

SKLO

UHLÍK


výztuže

0

220 g/m2

ROVING

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Vliv změn klimatických podmínek zkoušek na měřené materiálové charakteristiky oproti referenční teplotě + 23 °C je významný. Obecně lze říci, že vliv zvýšené teploty + 54 °C má ve většině případů větší negativní vliv na změnu naměřených materiálových charakteristik než vliv zvýšené vlhkosti při + 23 °C WET. 8.3.1 Vliv klimatických podmínek zkoušek na změny pevnosti

Při porovnávání vypočtených průměrných hodnot pevností jednotlivých zkoušek (obr. 57) dochází ve většině případů k většímu poklesu hodnot při zkoušce tlakem a zkoušce interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”) oproti zkoušce tahem. Pokles vypočtených průměrných hodnot pevností při zkoušce tahem většinou nepřekročí hranici 15 %, kterou většina vypočtených průměrných hodnot pevností při zkoušce tlakem a zkoušce interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”) překračuje a dosahuje až 40% poklesu. V několika případech dochází také k nárůstu naměřených hodnot pevností, zejména u kompozitů s výztuží z uhlíkových vláken při zvýšené teplotě, což potvrzuje teoretické poznatky o kompozitech s uhlíkovými vlákny. V grafu tento druh kompozitu reprezentuje kompozit s výztuží z uhlíkového rovingu TORAYCA, u kterého byl zaznamenán nárůst o11 %. 8.3.2 Vliv klimatických podmínek zkoušek tahem na změny modulu pružnosti

Při porovnání vypočtených průměrných hodnot modulu pružnosti zkoušek tahem (obr. 58) dochází ve většině případů k většímu poklesu při zkoušení v jiném směru než podélném a to v příčném směru a pod úhlem 45 ° vůči směru vláken. Pokles modulu pružnosti vlivem vlhkosti a zvýšené teploty v podélném směru vláken je do 10 %. Tato hranice je v příčném směru a pod úhlem 45 ° vůči směru vláken překročena až o 50 %. 8.3.3 Vliv klimatických podmínek zkoušek tahem na změny Poissonova čísla

Při porovnání vypočtených průměrných hodnot Poissonova čísla zkoušek tahem (obr. 59) dochází ve většině případů k nárůstu těchto hodnot. Vliv zvýšené teploty na nárůst hodnot má ve většině případů větší vliv než zvýšená vlhkost. Při zatížení po úhlem 45 ° vůči směru vláken je nárůst hodnot vyšší oproti zatížení v podélném směru. K poklesu většinou dochází při zatížení v podélném směru vláken.

Miroslav HRUDŇÁK

- 81 -

2003/2004


9 Závěr Z provedených souborů měření materiálových charakteristik kompozitních materiálů lze vypozorovat, že nejlepších materiálových charakteristik při zkoušce tahem dosahují kompozitní materiály s výztuží z rovingů, lépe je na tom kompozit z uhlíkového rovingu TORAYCA, oproti kterému dosahuje kompozit ze skleněného rovingu VETROTEX polovičních pevností v tahu v podélném směru vláken. Tyto výsledky opravňují použití rovingových kompozitů, zejména pak typů z uhlíkových vláken, na pásnice nosníků křídel namáhané tahem. V příčném směru vláken jsou hodnoty pevností v tahu minimální a navzájem srovnatelné. Materiálové charakteristiky zkoušky tahem dosahují u kompozitu z uhlíkového rovingu v podélném směru vláken polovičních hodnot. Materiálové charakteristiky zkoušky interlaminárním smykem jsou v obou případech srovnatelné a výrazně závislé na směru zatížení. Kompozit s výztuží z jednosměrné skleněné tkaniny INTERGLAS 92 145 dosahuje v podélném směru vláken v porovnání s kompozitem ze skleněného rovingu 2/3 hodnot pevnosti v tahu. V příčném směru vláken jsou to pouhé desítky MPa. Naměřené materiálové charakteristiky zkoušky interlaminárním smykem jsou výrazně závislé na směru zatížení. Mezi kompozity s výztuží z tkanin dosahuje nejlepších materiálových charakteristik při zkoušce tahem v podélném směru vláken kompozit z hybridní nesymetrické tkaniny PORCHER s výraznou závislostí na směru zatížení. Dalším v řadě je kompozit z uhlíkové tkaniny HEXCEL, který dosahuje podobných materiálových charakteristik při zkoušce tahem a nepatrně horších hodnot při zkoušce tlakem. Zbývající kompozity ze skleněných a hybridní nesymetrické tkaniny PORCHER vykazují pevnost v tahu do 400 MPa. Společným znakem kompozitů se skleněných tkanin je jejich závislost na směru zatížení při zkouškách tahem a tlakem, která se v případě zkoušek interlaminárním smykem neprojevuje. Poměrně vyrovnaných hodnot materiálových charakteristik při zkoušce tahem a tlakem dosahuje kompozit ze skleněné tkaniny VERTEX, srovnatelných hodnot materiálových charakteristik zkoušky tahem dosahuje kompozit ze skleněné tkaniny RAYMOND, který dosahuje nižších hodnot materiálových charakteristik při zkoušce tlakem. U kompozitů ze skleněných tkanin INTERGLAS 92 110 a INTERGLAS 92 125 se neprojevil kladný vliv vakuování při technologii výroby, jelikož bylo dosaženo v podstatě stejných materiálových charakteristik. Ve velké většině případů dochází vlivem zvýšené vlhkosti a zvýšené teploty ke zhoršení naměřených materiálových charakteristik.

Miroslav HRUDŇÁK

- 82 -

2003/2004


10 Doporučení na dopracování V důsledku zpožďujících se dodávek vzorků od jednotlivých výrobců nebylo možno plně experimentálně vyhodnotit základní materiálové charakteristiky kompozitních materiálů a stanovit tak jednoznačné závěry vlivu různých klimatických podmínek na měřené materiálové charakteristiky daných kompozitních materiálů. Z toho důvodu se doporučuje provést chybějící zkoušky kompozitních materiálů, jednak pro doplnění databáze, tak i pro jednoznačnost závěrů.

Miroslav HRUDŇÁK

- 83 -

2003/2004


11 Seznam použité literatury [1]

Janovec, J. – Cejp, J. – Steidl, J.: Perspektivní materiály, Praha, Vydavatelství ČVUT, 2001.

[2]

Odkaz v síti internet: www.techtydenik.cz

[3]

Kábrt, M.: Kompozitní materiály v konstrukci malých sportovních a UL letounů v ČR, Litomyšl, Vanessa Air, 2000.

[4]

Kořínek, Z.: Učební materiály [www.volny.cz/zkorinek/], Praha, ČVUT FS.

[5]

Ptáček, L.: Nauka o materiálu II., Brno, Akademické nakladatelství CERM, 1999.

[6]

Bareš, R. A.: Kompozitní materiály, Praha, SNTL, 1988.

[7]

Niu, M. C. Y.: Composite Airframe Structures, Hong Kong, Conmilit Press Ltd., 1992.

[8]

Odkaz v síti internet: www.czu.cz

[9]

Odkaz v síti internet: ime.fme.vutbr.cz

[10] Odkaz v síti internet: etechnik.cz [11] Odkaz v síti internet: www.vscht.cz/met/ [12] Odkaz v síti internet: www.volny.cz/ktechnologie [13] Agarwal, B. G. – Broutman, L.J.: Vláknové kompozity, Praha, SNTL, 1987. [14] D 3039/D 30 39M – 00: Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, West Conshohoken USA, ASTM, 2000. [15] SRM 1R-94: Test Method for Compressive Properties of Oriented Fiber- Resin Composites, SACMA, 1994. [16] D 695 – 96: Standard Test Method for Compressive Properties of Rigid Plastics, West Conshohoken USA, ASTM, 1996. [17] D 5379/D 5379M – 98: Standard Test Method for Composite Materials by the V-Notched Beam Method, West Conshohoken USA, ASTM, 1998. [18] Odkaz v síti internet: www.mttusa.net [19] D2344/D 2344M – 00: Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates, West Conshohoken USA, ASTM, 2000. [20] Odkaz v síti internet: www.wyomingtestfixtures.com Miroslav HRUDŇÁK

- 84 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE [21] D 790 – 00: Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, West Conshohoken USA, ASTM, 2000. [22] Odkaz v síti internet: new.euromise.org/czech/ [23] Netřebský, P.: Křídlo lehkého sportovního letounu [Diplomová práce], ČVUT FS, Praha, 2003. [24] Exkurze ve firmách: Jiří Kaura – COMLET, Schempp-Hirth výroba letadel, URBAN AIR: ústní sdělení. [25] Kaura, J.:ústní sdělení. [26] Cejp, J. – Jeřábek, I. – Kábrt, M. – Theiner, R.: Test Technology Analysis of Composite Materials Used in Airplane Design, Problematika technologie zkoušek kompozitních materiálů, Letecký zpravodaj 3/2003, Praha, VZLÚ, 2003. [27] Theiner, R. – Jeřábek, I.: Závěrečná zpráva za rok 2001 dílčího úkolu “Kompozitní materiálové zkoušky”, Praha, CLKV, 2001.

Miroslav HRUDŇÁK

- 85 -

2003/2004


12 Přílohy Na přiloženém CD-ROMu se nacházejí podklady od výrobců vzorků, tj. informace o výztužích a matrici, informace o technologii. Dále se zde nacházejí fotografie vzorků, na kterých byly provedeny zkoušky tlakem, tahem a interlaminárním smykem (“Short-Beam Shear”).

Miroslav HRUDŇÁK

- 86 -

2003/2004

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ. Ústav materiálového inženýrství DIPLOMOVÁ PRÁCE

Recommend Documents