Opis
Kompozyty polimerowe to lekkie i wytrzymałe materiały konstrukcyjne o bardzo różnorodnym zastosowaniu, będące od kilkudziesięciu lat przedmiotem wielu badań. Służą one do wytwarzania różnych elementów konstrukcyjnych - części i obudów maszyn, przedmiotów codziennego użytku, elementów i konstrukcji budowlanych, karoserii samochodowych i wagonów kolejowych, samolotów, szybowców, wirników śmigłowców i elektrowni wiatrowych, jachtów, okrętów wojennych, sprzętu sportowego itd. W podręczniku w sposób kompleksowy przedstawiono polimerowe materiały kompozytowe oraz materiały wyjściowe do wytwarzania kompozytów polimerowych. Omówiono również strukturę i właściwości kompozytów polimerowych, technologie ich wytwarzania oraz liczne zastosowania. Zagadnienia poruszane w książce dotyczą przede wszystkim inżynierii materiałowej, jednak materiał w niej zgromadzony z pewnością zainteresuje studentów chemii i fizyki. Skorzystają z niej również konstruktorzy. Spis treściPrzedmowa 9 Wykaz stosowanych symboli i skrótów 11 Rozdział 1. Wiadomości wstępne o kompozytach 15 1.1. Rodzaje kompozytów ze względu na typ fazy rozproszonej 16 1.2. Powierzchnie rozdziału (graniczne) 16 1.3. Współczynnik kształtu 17 1.4. Rodzaje kompozytów ze względu na typ matrycy 17 1.5. Kompozyty polimerowe 17 1.6. Składniki polimerowych kompozytów konstrukcyjnych 20 Literatura 20 Rozdział 2. Polimery 21 2.1. Właściwości fizyczne polimerów 24 2.2. Ważniejsze polimery stosowane do wytwarzania wyrobów kompozytowych 29 2.2.1. Żywice termoutwardzalne (duroplasty) 30 2.2.1.1. Nienasycone żywice poliestrowe (N—PE) i winyloestrowe (VE) 30 2.2.1.2. Żywice epoksydowe 34 2.2.1.3. Porównanie żywic poliestrowych, winyloestrowych i epoksydowych 36 2.2.1.4. Żywice fenolowo-formaldehydowe 38 2.2.2. Termoplasty jako matryce kompozytów 41 2.2.2.1. Poliolefiny (polietylen, polipropylen) 41 2.2.2.2. Poliamidy 44 2.2.2.3. Poliestry termoplastyczne – PET, PBT, PC 45 2.2.2.4. Porównanie właściwości kompozytów termoplastycznych 47 Literatura 49 Rozdział 3. Napełniacze i wzmocnienia 50 3.1. Napełniacze ziarniste 50 3.2. Włókna wzmacniaj1ce 52 3.2.1. Włókna szklane tekstylne 52 3.2.2. Preparacje powierzchniowe włókien szklanych 56 3.2.3. Roving szklany – podstawowy rodzaj wzmocnienia kompozytów 59 3.2.4. Inne formy wmocnień włóknistych 62 3.2.4.1. Włókniny, maty, preformy 64 3.2.4.2. Tkaniny 66 3.2.4.3. Dzianiny i wzmocnienia splatane 71 3.2.5. Włókna węglowe 72 3.2.5.1. Właściwości włókien węglowych 73 3.2.5.2. Struktura włókien węglowych 76 3.2.5.3. Powierzchnia włókien węglowych 77 3.2.5.4. Wytwarzane rodzaje przędz z włókien węglowych 78 3.2.5.5. Rynek i zastosowanie włókien węglowych 78 3.2.6. Włókna aramidowe 83 3.2.7. Włókna polietylenowe o dużej wytrzymałości 88 3.2.8. Inne włókna nieorganiczne 90 3.2.8.1. Włókna borowe 90 3.2.8.2. Włókna z węglika krzemu (SiC) 93 3.2.8.3. Włókna metaliczne 96 3.2.8.4. Włókna monokrystaliczne (ang. whiskers) 97 3.2.8.5. Mikrowłókna 101 3.2.8.6. Krótkie włókna mineralne z materiałów naturalnych 103 3.2.8.7. Różne włókna cięte i mielone 104 3.2.9. Włókna roślinne 105 3.2.9.1. Budowa włókien roślinnych 106 3.2.9.2. Produkty i włókna z drewna 109 3.2.9.3. Mączka drzewna 111 3.2.9.4. Włókna drewna 111 3.2.9.5. Celuloza 112 Literatura 113 Rozdział 4. Materiały lekkie do kompozytowych konstrukcji przekładkowych (sandwicz) 116 4.1. Polimerowe rdzenie porowate 117 4.1.1. Pianki poliuretanowe 117 4.1.2. Polistyren ekspandowany (styropian) 117 4.1.3. Pianki z poli(chlorku winylu) 118 4.1.4. Rdzenie z pianek poliimidowych 119 4.1.5. Pianki fenolowo-formaldehydowe 121 4.1.6. Porowate materiały poliolefinowe z PP i PE 121 4.2. Rdzenie lekkie z drewna 121 4.3. Rdzenie komórkowe typu plaster miodu . 121 4.4. Lekkie rdzenie kompozycyjne 124 Literatura 127 Rozdział 5. Struktura i właściwości kompozytów polimerowych 128 5.1. Wprowadzenie do teorii wzmocnienia 128 5.1.1. Kompozyty wzmocnione włóknami długimi 129 5.1.2. Kompozyty wzmocnione włóknami krótkimi 137 5.1.3. Odporność udarowa kompozytów 145 5.2. Kompozyty o wzmocnieniu różnokierunkowym 151 5.2.1. Kompozyty o wzmocnieniu ortotropowym 156 5.3. Podstawowe typy kompozytów o różnym układzie włókien 158 5.4. Kompozyty o wzmocnieniu hybrydowym 159 5.5. Wpływ naprężeń skurczowych w kompozycie 160 5.6. Krzywe odkształceń kompozytów 162 5.6.1. Przestrzenne odkształcenia kompozytów pod obci1żeniem 164 5.7. Pełzanie, wytrzymałość trwała i zmęczeniowa kompozytów 168 5.7.1. Pełzanie 168 5.7.2. Wytrzymałość trwała 169 5.7.3. Wytrzymałość zmęczeniowa przy obciążeniach zmiennych 170 5.8. Zespolenie składników kompozytów 172 5.8.1. Adhezja polimerów do włókien wzmacniających i ośodki proadhezyjne 173 5.8.1.1. Związki krzemoorganiczne 174 5.8.1.2. Oddziaływanie wzajemne silanów z polimerami w kompozytach 177 5.8.1.3. Organiczne związki tytanowe 182 5.8.2. Zwilżalnoąść i adhezja 185 5.8.2.1. Zwilżalność powierzchni stałych 185 5.8.3. Rola rozwinięcia powierzchni granicznych 190 5.8.4. Teorie wpływu warstwy granicznej