HomePrint version English version

Kompozity s epoxidovou matricou a sklenenými vláknami (GFRP)


Kompozity sú jedným z najväčších materiálových objavov v 20. storočí. Tie s najväčšou tuhosťou a pevnosťou obsahujú kontinuálne (sklenené, uhlíkové, Kevlarové alebo aramidové) vlákna zabudované v matrici z termosetu (polyesterovej alebo epoxidovej). Vlákna prenášajú mechanické zaťaženie, matrica prenáša zaťaženie k vláknam, zabezpečuje ťažnosť a húževnatosť, a tiež chráni vlákna pred poškodením pri manipulácii alebo vplyvom okolitého prostredia. Materiál matrice tiež určuje pracovnú teplotu a podmienky spracovania.
Kompozity polyesterová matrica/sklenené vlákno (GFRPs) sú najlacnejšie a najčastejšie používané. Poslednou inováciou je používanie termoplastov ako materiálu pre výrobu matrice buď vo forme tkaniny z lacného polypropylénu a sklenených vlákien, ktoré sa dajú teplom formovať, roztaveného polypropylénu, alebo ako drahý vysokoteplotný termoplast, napr. PEEK, ktorý dodáva kompozitom lepšiu vysokoteplotnú odolnosť a húževnatosť. V kompozitoch epoxidová matrica/sklenené vlákna sa pre vyššie zaťaženia používajú kontinuálne vlákna. Sekané sklenené vlákna sú lacnejšie, a používajú sa v oveľa väčších množstvách. Výrobky GFRP sa používajú od tenkých elektronických plošných spojov až po stožiare lodí, karosérie a vnútorné panely automobilov, domáce spotrebiče, nábytok a armatúry.

Typické zloženie
Epoxid + spevňujúce kontinuálne sklenené vlákno typu E (kvázi-izotropické usporiadanie)

Konštrukčné pravidlá
Polymérové kompozity je možné tvarovať v otvorených alebo uzatvorených formách. V uzavretých formách možno vyrobiť kompozity s orientáciou vlákien paralelne s povrchom formy (pri extrúzii je to paralelne s vnútorným povrchom otvoru zápustky). Otvorené zápustky umožňujú orientáciu vlákien všetkými smermi paralelne s formou alebo vretenom. Pri pultrúzii sú vlákna orientované paralelne k vrstvenému povrchu. Metódy vrstvenia umožňujú úplnú kontrolu orientácie vlákien, používajú sa pre veľké výrobky, ktoré nepotrebujú vysoký pomer vlákno-matrica. Lamináciou a kalendaringom možno vyrábať platne, pultrúzia sa používa na dlhé kontinuálne tvary konštantného prierezu, navíjanie vlákien umožňuje výrobu dutých dlhých telies ako sú rúrky, bubny a kontajnery.
Spoje vláknových kompozitov sú vždy slabým miestom, pretože vlákna nepremosťujú spojenie. Lamináty sa obyčajne spojujú pomocou adhezív. Na zaistenie spojenia sa používajú jednoduché preplátované spoje dĺžky 25 mm, dvojnásobná dĺžka 40-50 mm je potrebná pre spoje stykové, šikmé. Diery v laminátoch dramaticky znižujú ich pevnosť, spojenia pomocou sponiek sú preto nevhodné. Výroba kompozitných materiálov je náročná na prácnosť. Nie je možné predpovedať konečnú pevnosť a spôsob porušenia, pretože defekty v materiáli sa dajú ľahko vyrobiť, ale sú ťažko detekovateľné alebo opraviteľné.

Vlastnosti
PDF ikonka

Technické poznámky
Vlastnosti kompozitov spevnených dlhými vláknami výrazne závisia od výberu vlákna a matrice a spôsobu, akým sú tieto kombinované, od pomeru vlákno-matrica, dĺžky vlákna a jeho orientácie, hrúbky laminátu a prítomnosti spojovacieho prostriedku na zlepšenie spojenia vlákno-matrica. Sklenené vlákna sa vyznačujú vysokou pevnosťou pri nízkych nákladoch, uhlíkové vlákna majú veľmi vysokú pevnosť, tuhosť a nízku hustotu. Kevlarove vlákna majú vysokú pevnosť a nízku hustotu, bránia šíreniu ohňa, sú priestupné pre rádiové vlny. Polyestery sú najčastejšie používanými matricami, lebo ponúkajú dobré vlastnosti za relatívne nízku cenu. Najlepšie vlastnosti epoxidov a možnosť použitia polyamidov pri teplotách predurčujú tieto na použitie pre špeciálne použitie, sú však drahé. Pevnosť kompozitu rastie spolu s pomerom vlákno-matrica a s orientáciou vlákien paralelne so smerom zaťaženia. Čím sú vlákna dlhšie, tým je spevnenie efektívnejšie pri prenášaní zaťaženia, ale kratšie vlákna sa ľahšie spracovávajú a sú preto lacnejšie. Rastúca hrúbka laminátu vedie k redukcii pevnosti kompozitu a modulu pevnosti, pretože vzrastá pravdepodobnosť prítomnosti defektov. Vplyv prostredia, ako napr. únavové zaťaženie, vlhkosť a teplota, znižuje dovolenú pevnosť.

GFRP 1 GFRP 2

Použitie kompozitov epoxidová živica/sklenené vlákno

Typické použitie
Športové náradie ako sú lyže, rakety, skateboardy, golfové palice, stĺpy člnov a lodí, karosérie, časti automobilov, armatúry a obloženia, chemické zariadenia.

Komerčné názvy
Cycom, Fiberdux, Scotchply

Literatúra
• 1. CES EduPack 2006, Granta Design Ltd., Cambridge, UK.


Linky svet    Linky Európa    

Autor: Iždinská Z., Strojnícka fakulta STU, Katedra materiálov a technológií