From Wikipedia, the free encyclopedia
A textil erősítésű kompozitokban a kompozitot alkotó alapanyagba (mátrix) valamilyen formában textilanyagot (szálakat, fonalakat, szálakból alkotott nemszőtt kelmét vagy fonalakból álló szőtt, kötött vagy fonatolt kelmét, egyes esetekben fonalakból gépi hímzési technikával előállított, meghatározott alakú összefüggő lapot) építenek be a végtermék – a kompozit – megerősítésére. Ezeknek a textíliáknak az anyaga nagyon különböző lehet, de a leggyakrabban az üveg- és a szénszálakat, egyes területeken para-aramid szálakat, ill. az ezekből készült textiltermékeket alkalmazzák erre a célra, bár bizonyos esetekben fémszálakból, kerámiaszálakból, bazaltszálakból és más szintetikus szálasanyagokból készült textíliák is használatosak.[1]
A természetes anyagokból készült kompozitok megjelenése az ősidőkre tehető. Első megjelenési formájuk a szalmával megerősített agyag, amit az egyiptomiak már az i. e. 1500-as években is használtak.[2] A 12. században a mongolok olyan íjakat használtak, amelyekben szarvasmarha-ideget, csontot, bambuszt és selymet ágyaztak be fenyőfagyantába. Az idegeket az íj megfeszülő oldalában helyezték el, a bambusz alkotta az íj magját, a csontlemezeket pedig a nyomott oldalon helyezték el. Az egészet selyemmel szorosan betekerték és gyantával összeragasztották. A kész íj rendkívül erős volt; a fennmaradt múzeumi példányok vizsgálata azt mutatta, hogy szilárdságuk a mai kompozit-íjak szilárdságának 80%-át is elérte.[3]
A mai modern kompozitok története a hőre keményedő műgyanták megjelenésével kezdődött. Leo Hendrik Baekland találta fel és 1907-ben szabadalmaztatta a fenol-műgyantát, a róla elnevezett bakelitet, amely azonban rideg és kemény anyag. Azbesztszálakkal megerősítve vegyszertartályt készítettek belőle,[4] újabban pedig mechanikai szilárdságát pamutszövet erősítéssel javítják.[5] 1916-ban R. Kemp azbesztszálakkal és papírral telített bakelitből repülőgépet készített.[6]
Az amerikai Owens Cornig cég 1932–1933-ban fejlesztette ki és 1935-ben kezdte meg nagyüzemileg az üvegszál gyártását és ugyanebben az évben szabadalmaztatta a svájci CIBA cég a melamin-formaldehid-gyantát. 1938-ban ezt követte az epoxigyanta. 1940-ben lenszálakkal erősített bakelitből készítettek repülőgéptörzset. 1942-ben használták fel először az üvegszálat telítetlen poliésztergyantába építve kompozit előállítására, repülőgép-, hajótest- és autókarosszéria-elemek készítésére. 1943-ban egy üvegszálakkal erősített telítetlen poliésztergyanta kompozitból és balsafából készült laminátumból repülőgéptestet készítettek.[4]
A fejlesztéseknek nagy lökést adott a második világháború, amikor az üvegszállal erősített kompozitról kiderült, hogy átengedi a rádióhullámokat, és így sikerrel alkalmazták radartornyokban és más elektronikus berendezésekben. A polgári életben – ugyancsak a haditechnikában szerzett tapasztalatok alapján – a hajótestek építésében kapott először szerepet. 1953-ban bevezették az üvegszál erősítésű telítetlen poliésztergyanta kompozitok használatát az autógyártásban és a vitorlázó repülőgépeknél. Eközben kialakultak a különböző kompozitgyártási technológiák is (fröccsöntés, laminálás, szórás, sajtolás, tekercselés, pultruzió). 1959-ben kezdték meg a Union Carbide cégnél a szénszál gyártását, ami új utakat nyitott meg a kompozitok felhasználása terén, mindenekelőtt az űrkutatásban, az autógyártásban, a sportszerek és más fogyasztási cikkek gyártásában. Ezzel párhuzamosan a műgyanták körében is nagyarányú fejlődés ment végbe, különösen a nagy hőállóságú és korrózióálló fajták váltak igen fontossá. Ma már a kompozitok minden fajtája nagyon elterjedt a legkülönbözőbb termékek gyártásában és nagyon sok helyen veszik át a fémszerkezetek szerepét.[4][7][8]
A kompozitok alapanyaga lehet fém, valamilyen kerámia vagy műanyag (polimer), a textilbeton esetében beton.
A textil erősítésű kompozitok leggyakoribb fajtája a polimer mátrixú kompozit, ahol a mátrix anyaga többnyire epoxi-, poliészter- vagy formaldehidgyanta (bakelit). Speciális célokra más polimer anyagok is használatosak.
Az epoxigyanta előnye a kiváló ellenállás nedvességgel szemben, kevéssé zsugorodik, és nagyon jól kötődik a textil erősítőanyaghoz. A poliésztergyanta olcsóbb, mint az epoxi, kiváló vegyszerállóságú és elég jó nedvességálló. A formaldehidgyanta hátránya, hogy elég rideg, törékeny, de előnyös tulajdonsága a kis súrlódási együtthatója.
A műanyag kompozitok előnye a nagy hőstabilitás, a kiváló formatartás, a jó alaktartás terhelés alatt is (nem deformálódnak), a fémekhez viszonyított kis tömeg, a kitűnő hő- és villamos szigetelő képesség.[9][10]
A kompozitok erősítőanyagaként alkalmazott textilanyagok lehetnek szálak, fonalak vagy kelmék, ez utóbbiakon belül szövetek, kötött, fonatolt, varrvahurkolt vagy nemszőtt kelmék, esetleg hímzéssel kialakított textillap. Annak érdekében, hogy a mátrixanyag és a szálak között minél jobb kémiai kötés jöjjön létre, a textilanyagot speciális kenéssel látják el.[11][12]
A kompoziterősítésre használt szálak anyaga általában üveg, szén, aramid, bór, vagy valamilyen kerámia. Szálakat rövidszálak vagy filamentek (elvileg „végtelen” hosszú szálak) formájában alkalmaznak a kompozitokban. A rövid (néhány millimétertől néhány centiméterig terjedő hosszúságú) szálak általában rendezetlenül helyezkednek el a mátrix anyagában, a filamenteket irányítottan ágyazzák be. Az utóbbiak célja, hogy a szálak irányának megfelelő irányban erősítsék meg a kompozit mechanikai tulajdonságait, míg a rendezetlen irányítottságú rövid szálak a tér minden irányában egyformán fejtik ki hatásukat. A néhány milliméter hosszúságú szálak a kompozit merevségét, a hosszabbak a szilárdságát, szívósságát, mérettartását javítják, hőtágulását csökkentik.[11][13][14][15]
A párhuzamos fonalakkal erősített kompozitok a fonalak irányítottságának megfelelően fejtik ki erősítő hatásukat. Ha többirányú erősítést kívánnak megoldani fonalakkal, akkor ezt egymásra fektetett, különböző irányú fonalrétegekkel érik el. Ennek a módszernek gyakori alkalmazása például, amikor cső alakú kompozit előállításához a fonalakat csavarvonalban tekercselik fel egy magra és ezen alakítják ki a műanyag mátrixba ágyazást.
A kompozitgyártásra készült üvegszálakat, szénszálakat nagyszámú, 1000–300 000 filamentből álló sodratlan filamentszálkötegek, ún. kábelek formájában gyártják. Nagyon gyakori ezeknek a kábeleknek terített formában való alkalmazása, ami azt jelenti, hogy a szálgyártásnál képződő szálköteget 25–30 mm széles, vékony szalag formájában szétterítik. Ezekből a vékony szalagokból a kelmeszerkezettől függően könnyű, kis területi sűrűségű (50–150 g/m²) kompoziterősítő kelmék készíthetők, amelyek egyenletes szálelrendezésűek, jól impregnálhatók, nagy fajlagos szilárdságúak, belőlük kiváló minőségű (buborék- és üregmentes), nagy száltartalmú (50–70%) kompozitok gyárthatók.[16]
Textilszerkezetek révén egy-, két- vagy többirányú (uni-, bi- ill. multi-axiális/-direkcionális) igénybevételnek ellenálló kompozitok állíthatók elő. Elvileg bármely „egyszerű” szövet, kötött vagy fonatolt kelme betöltheti ezt a szerepet, mint ahogy erre számos példa is van.
Az uniaxiális vagy unidirekcionális kompoziterősítés egyik módszere, hogy egymással párhuzamos szálakat vagy fonalakat fektetnek egymás mellé és ezeket foglalják be a mátrixanyagba. Az unidirekcionális kompoziterősítő kelmék jellemzője, hogy egymással párhuzamosan fektetnek fonalakat hossz- vagy keresztirányban (attól függően, hogy melyik irányban kívánják a megerősítést alkalmazni) és ezeket a sűrűn egymás mellé fektetett fonalakat a láncrendszerű kötések valamelyikével (leggyakrabban ún. trikófektetéssel), egy további fonalrendszerrel kapcsolják össze, így alkotva összefüggő kelmeszerkezetet.[17]
A biaxiális vagy bidirekcionális kelmék esetében hasonlóképpen járnak el, de itt mind hossz-, mind keresztirányban befektetnek párhuzamos fonalrendszereket, amelyeket itt is a varrvahurkolás eljárásával kapcsolnak össze. A biaxiális kelméket igen gyakran szövőgépen állítják elő, ahol mind a lánc, mind a vetülék ugyanolyan anyagból – pl. lapos szalagszerű (terített) szén- vagy üvegszálkötegből – készül.
A multiaxiális vagy multidirekcionális kelmékben a hossz- és keresztirányban (tehát egymással merőleges irányban) fektetett fonalsereget két további fonalsereggel egészítik ki, amelyek mindkét irányban átlósan (többnyire +45° ill. –45° szögben) húzódnak. A négy fonalsereget a varrvahurkolással alkalmazott összeerősítő fonalrendszer kapcsolja össze.[18]
A háromdimenziós (3D) textilszerkezeteket az jellemzi, hogy 1) több fonalrétegből állnak, amelyeket maga a textilszerkezet egyesít, vagy 2) alsó és felső felületük viszonylag távol van egymástól és e két réteget közöttük elhelyezkedő összekötő fonalak tartják össze. Ezek viszonylag vastag kelmék és kompoziterősítő vázanyag gyanánt különleges igénybevételek elviselésére szolgálnak.[18][19]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.