Komposittmaterialer. Øivind Husø

Like dokumenter
Mekanisk belastning av konstruksjonsmaterialer Typer av brudd. av Førstelektor Roar Andreassen Høgskolen i Narvik

Konstruksjonsmaterialer

Henning Johansen. Komposittmaterialer

STF24 A Åpen RAPPORT. Kompositt-/sandwichmaterialer for bruk i fiskeflåten. Alfred Andersen og Reidar Stokke. SINTEF Materialer og kjemi

INNLEDNING. Kompositt kommer fra det latinske ordet compositus, som betyr å sette sammen.

Skjærforsterkning av betongkonstruksjoner med fiberarmerte polymerer

Materialer og materialtekniske begreper

Materialer. I vårt fag skal vi kun omtale materialer for konstruksjon og innkapsling. Hvilke egenskaper har de?

Kap. 16, Kompositter

Prøving av materialenes mekaniske egenskaper del 1: Strekkforsøket

Korrosjon. Øivind Husø

Titan. Frey Publishing

Støpejern. Frey Publishing

LØSNINGSFORSLAG i stikkordsform Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

INNOVATIVE LØSNINGER FOR INDUSTRIELL PRODUKSJON SAKSER

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR MATERIALTEKNOLOGI EKSAMEN I EMNE TMT4175 MATERIALTEKNOLOGI 2

Aluminium. Frey Publishing

Trevirkets oppbygging

Tema i materiallære. TM01: Krystallstrukturer og atompakning i materialer

1 Krystallstrukturer og atompakning i materialer

1.10 Design for sveising

Hvordan unngå korrosjon på pulverlakkert aluminium i bygg? Astrid Bjørgum, SINTEF Materialer og kjemi

Keramer og pulvermetallurgiske produkter. Frey Publishing

JERN KVALITETSMANUAL. 103 Klasse 5 - Stålspon, ulegert. 104 Klasse 6 - Støpejernskrap maks. 150x50x50 cm, størst vekt maks 1000 kg.

(.675$25',1 5 0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/,

Komposittbruer. Presentert av Dr.ing Alf Egil Jensen, FiReCo AS, Fredrikstad. Brukonferansen, 8. nov., Griff kommunikasjon as

EKSAMEN. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ILI 1458

G I T T E R R I S T E R

Eksamen i TMT 4185 Materialteknologi Tirsdag 12. desember 2006 Tid:

LØSNINGSFORSLAG i stikkordsform Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Ekstraordinær E K S A M E N. MATERIALLÆRE Fagkode: ILI 1269

elementpartikler protoner(+) nøytroner elektroner(-)

Sto Norge AS Betongrehabilitering. Forsterkning av bærende konstruksjoner med StoFRP System

Emnenavn: Statistikk og materiallære. Eksamenstid: Oppgaven er kontrollert: JA

Plast Øivind Husø

Glass Reinforced Plastics

a) Ensrettet b) Kvasiisotrop

Nedre Berglia garasjer Vedlegg 4, armeringskorrosjon i betong s. 1/5

Glass Reinforced Plastics

(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1. (51) Int Cl. NORGE. Patentstyret

Duktile rør for Trøndelag. Jan Svendsen

PRODUKTER. Industri og Boliggulv AS, Brobekkveien 80C, 0582 Oslo, Tlf , Ordretlf: , E-post:

INNHOLDSFORTEGNELSE Polymermaterialer... 5 Komposittmaterialer Metoder for sammenføyning av polymerer og kompositter... 20

Løsningsforslag i stikkordsform til eksamen i maskindeler og materialteknologi Tromsø Desember 2015

Avdeling for ingeniørutdanning. Eksamen i materialteknologi og tilvirkning

er at krystallitt eller korn. gitterstrukturen. enhetscelle regelmessighet og symmetri. Henning Johansen side 1

Aluminium brukt under ekstreme forhold

fasadepersienner Utgave 3 NO

AKEPOX Teknisk merkeblad 1/5

Bimetallhullsager kobolt

Metallene kjennetegnes mekanisk ved at de kan være meget duktile. Konstruksjonsmetaller har alltid en viss duktilitet og dermed seighet.

Intergrate. Intergrate rister støpes ved å kombinere kontinuerlige bunter av glassfiber (roving) med en varmeherdende

Mulige nye produkter for norsk treforedlingsindustri. Philip Reme, Papir- og fiberinstituttet AS

PARTIKKELMODELLEN. Nøkler til naturfag. Ellen Andersson og Nina Aalberg, NTNU. 27.Mars 2014

UTENDØRS SOLSKJERMING

Begreper og beskrivelser standarder 1504

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Materiallære for romteknologi

KARLSTAD Sofaserie KJØPEHJELP. DESIGN Tord Björklund

Hvilke typer fiber finnes, hvilke egenskaper har de og hvilke krav stilles til fiberprodusenter? Sivilingeniør Dan Arve Juvik

HiN Eksamen IST Side 4

Sveising og andre sammenføyningsmetoder. Frey Publishing

MEK4540/9540 Høsten 2008 Løsningsforslag

V A N N R E N S I N G. Tilgang til rent vann gjennom kjemisk felling.

ORYX Collar WR Versjon 1.1, (Norsk)

Slik spleiser proffene

Overflatebehandling av aluminiumprofiler

Nye regler i NB7 August 2011 Hva er nytt og hvorfor? Thomas Beck

= grafitt (Moly, Sustamid GMO, Nylatron) PA 6 GF = med 30% glassfiber (Sustamid GF)

BRAGE SKUM SKREDDERSY DIN SOFA MED MODULER. Brage 1-seter uten armlen. Brage 1-seter m/ armlen venstre. B:91 D:86 H:82cm Sittehøyde 46cm

7 Konstruksjonsregler generelt

(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1. (51) Int Cl. NORGE. Patentstyret

Dyner KJØPEHJELP. Bli inspirert på IKEA.no. Syntetisk fiber. Cellulosefiber. Dun og fjær. Varmeregulerende fôr. Kan vaskes i maskin på 60 C

Høgskolen i Gjøvik 15HBTEKD, 15HTEKDE. INNFØRING MED PENN, evt. trykkblyant som gir gjennomslag.

OPPGAVESETTET BESTÅR AV 5 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 3 SIDER VEDLEGG

ASBEST I BYGNINGER ER DET FORTIDENS PROBLEM, ELLER???

KARLSTAD Sofaserie KJØPEHJELP. DESIGN Tord Björklund: sofaer Henrik Preutz: lenestol 71 x 80 x 80 cm

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

NORGE [B] (11) UTLEGNINGSSKRIFT Nr

PTFE - polytetrafluoretylen

1.2 Sveising og materialegenskaper

BKP Berolina Polyester GmbH & Co. KG. The Berolina-Liner System Lightspeed i kloakksanering!

Beskriv de viktigste konstruksjonssementene (i Norge) og hovedbruksområder. Sementgelet består av 3 hovedelementer. Hvilke?

Telefon: Faks: E-post:

Materialer for ballistisk beskyttelse

Z90. cube. Z formede lameller sikrer en stor faktor av. solskjerming. I tillegg er det utstyrt med. støydempende profil, Stort fargeutvalg,

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Aluminium-trykkstøpelegering Beskrivelse OPPFINNELSENS OMRÅDE Foreliggende oppfinnelse omhandler aluminiumlegeringer som kan bli prosessert ved

Helm Deicing Præsentation. Helm Skandinavien A/S Jan Einar Johnsen

(7) Betong under herding. Egenskapsutvikling, volumstabilitet, mekaniske egenskaper (basert på kap. 3.3 i rev NB29)

2 KRYSTALL STRUKTUR (Atomic structure) 2.1 Gitterstruktur

C80. cube. C-formede lameller. Mulighet for å bruke en tau styreliste(c80l) Stort fargeutvalg. Manuell (sveiv) eller elektrisk drift

Installasjon av Alutile Fasade plater

Løsningsforslag til eksamen i materiallære Tromsø

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Øvingsoppgave 3. Oppgave 3.4 Hva er mest elastisk av stål og gummi, og hvilket av disse to stoffene har høyest E-modul?

Brannisolering av stål

Transkript:

Komposittmaterialer Øivind Husø 1

Definisjon Komposittmateriale: En kombinasjon av to eller flere grunnmaterialer hvis egenskaper virker sammen eller kompletterer hverandre slik at det sammensatte materialets egenskaper blir bedre enn egenskapene til de enkelte komponentene. Vi konsentrerer os om kompositter som brukes som konstruksjonsmaterialer, det vil si i lastbærende konstruksjoner 2

Ulike komposittyper Partikkelkompositter: Mykt grunnmateriale (mariks) med harde presipetater. Eksempel: Betong en kompositt som består av sement (matriks) med partikler av sand og grus Fiberkomposittmateriale: Et grunnmateriale (matriks) som er armert med et annet materiale i form av fiber Sandwichpaneler: Tynne, stive og sterke skall med tykk mellomliggende kjerne som separerer skallene Laminære kompositter: Myke lag med harde mellomlag. Eksempel: Limtredrager 3

Partikkelkompositter Ideen med partikkelkompositter er den samme som parikkelherdede metaller. Partiklene (dispersoidene), som ofte er metalloksider, bør være små, harde og finfordelt i matriks. Selv om partiklene ikke er koherente, gir de herdebidrag. Dispersoidene må ha lav løselighet i matriks og ikke reagere med matriks. Kobberoksid er løselig i kobber ved høye temperaturer. Derfor er et kobberkobberoksidmateriale uegnet som komposittmateriale. Aluminiumoksid er ikke løselig i aluminium. Aluminium-aluminiumoksid er et mulig partikkelkomposittmateriale. 4

Sintret aluminiumpulver (SAP) Sammenligning av Rp0,2 med sterke aluminiumlegeringer ved økt temperatur. Hva kaller vi fenomenet med at styrken avtar når temperaturen øker? Hvorfor synker styrken til 7075 og 2024? Hvorfor synker ikke styrken til SAP like mye? Hvordan kan vi utnytte dette? Kilde: Askeland side 654 5

E-modul kan endres Figuren viser hvordan E-modulen i en kobberwolframkompositt endrer seg når volumfraksjonen av wolfram øker 6

TD-nikkel Elektronmikroskopbilde av thoriumdioksidpartikler i nikkel. Kilde: Askeland side 655 Eksempel: Anta at en TD-nikkelkompositt inneholder 2 vektprosent thoriumoksid. Tettheten til thoriumoksid er 9,69 g/cm3. Tettheten til nikkel er 8,9 g/cm3. Hvor mange partikler thoriumoksid er det i hver cm3 av komposittmaterialet når hver partikkel har diameter 1000Å? Løsning: Askeland side 655 7

Spesielle partikkelkompositter Kompositter der styrke ikke er avgjørende Inneholder «grove» partikler Eksepler er kuttverktøy, slipemidler, wolfram/sølv i elektriske kontakter, aluminiumpulver i epoksy Sementerte karbider Volframkarbid i kobolt (Askeland side 656) Regn ut tettheten til en kompositt som inneholder 75 vektprosent WC, 15 % TiC, 5 % TaC, og 5 % Co Løsning: Askeland side 17 8

Støpt metallkompositt Aluminium med SiC blir brukt i stempler og råder For høy tetthet i SiC kan være et problem Støpt aluminium forsterket med silisiumkarbid. Kilde: Askeland sid 660 9

Sandwich-strukturer Anta at panelet som er vist på figuren over er 50 mm tykt og at overflatesjiktene begge er 5 mm. Finn andre ordens arealmoment Sandwich-strukturer består av tynne overflatesjikt som blir holdt sammen, og skilt fra hverandre med tre, skum eller andre materialer. Konstruksjonen gir økt treghetsmoment, og kan også gi isolerende egenskaper. 10

11

Fiberkompositter En fiberkompositt består av et «mykt» grunnmateriale (matriks) som er armert med sterke, harde og sprø fiber Fibrene er en armering som opptar mesteparten av kreftene Fibrene øker materialets styrke, utmattingsfasthet, E-modul og styrke/vektforhold 12

Tettheten til en fiberkompositt 13

Eksempel Som avstivere i romfergen ble det brukt et lettvekts-komposittmateriale bestående av aluminium forsterket med borsilisiumkarbidfibre i forholdet 60/40 (volum). Regn ut tettheten til kompositten når tettheten til fibermaterialet er 2,36 g/cm3. Løsning: 2,56 g/cm3 14

E-modulen til fiberkompositter Regn ut E-modulen parallelt med fibrene til aluminium forsterket med 40 % bor-silisiumkarbidfibre når E- modulen til fibrene er 379 000 MPa Løsning: 193 000 MPa 15

Styrken til kompositter Regn ut strekkfastheten til aluminium forsterket med 40 % bor-silisiumkarbidfibre når det blir brukt ren aluminium og strekkfastheten til fibrene er 2760 MPa Svar: 1125 MPa 16

Fibermaterialer Glassfiber: Vanligste fibermateriale. Lages ved at smeltet glass dras gjennom fine munnstykker. Lav pris Karbonfiber: Lages ved oksidasjon og forkulling av polyakrylnitrilfiber (PAN) ved høy temperatur. Høy pris Aramid (Kevlar, Twaron): Gir økt styrke og seighet. Brukes ofte sammen med andre fibre for å utnytte seighet Silisiumkarbidfiber: Keramiske fibere som brukes til armering av metall 17

Glassfiber Glassfiber er det vanligste armeringsmaterialet i plast. Glasset har stor styrke, er motstandsdyktig i korrosive miljø og er lett å overflatebehandle. Glassfiber framstilles ved at smeltet glass blir dratt gjennom fine munnstykker. Prisen på glassfiber er lav. Det er flere kvaliteter. A-glass og C-glass er motstandsdyktig mot kjemikalier, fordi det inneholder basiske stoffer som natriumklorid. C-glass er mer motstandsdyktig mot kjemikalier enn A-glass. E-glass er det mest brukte glassfibermaterialet. Styrke- og elastisitetsegenskapene er gode og prisen er lav. E-glass har liten elektrisk ledningsevne. S-glass har høyere verdier for styrke og E-modul enn E-glass. Dessuten er S-glass bestandig ved høye temperaturer D-glass har bedre elektriske egenskaper enn E-glass 18

Karbonfiber blir valgt der styrke- og elastisitetsegenskapene til glassfiber ikke holder. Karbonfiber framstilles ved oksidasjon og forkulling av polyakrylnitrilfiber (PAN). Karbonfiber har høy styrke, god stivhet og lav vekt. Prisen på karbonfiber er høy. Aramidfiberble utviklet i 1965 av forskerne Stephanie Kwolek og Herbert Blades som arbeidet for firmaet DuPont. Produktet fikk navnet Kevlar, og ble markedsført fra 1970. Materialet er mest kjent fordi det ble tatt i bruk i skuddsikre vester. Aramid selges i dag også under handelsnavnene Twaron og Armos. Materialet er relativt dyrt. Aramid er forkortelse for aromatisk polyamid. Aramidfibrene har høy styrke, lav tetthet og god stivhet. Materialet tåler støtbelastninger, er slitasjebestandig og er temperaturbestandig ved temperaturer opp til 250 C. Aramid tåler trykk- og skjærbelastning dårlig. Det har dårlig vedheft til plast, trekker fuktighet og har tendens til å flise seg opp. Kombinasjon mellom aramidfibre og karbonfibre kan gi svært støtsikre kompositter som også tåler strekk og trykk. I tillegg til armeringsfibre brukes aramidfibre i tauverk der lav vekt og stor styrke er viktig. Dessuten brukes det til seil og i kajakker. Silisiumkarbidfibre er keramiske fibre med høy strekkfasthet, høy 19 temperaturbestandighet og høy termisk ledningsevne. Fibrene brukes til å armere magnesium og titan.

Styrke og elastisitet Kurven til venstre viser spenningtøyning for sprø fiber og duktil matriks I kurven til høyre er kurven for kompositt inntegnet 20

Styrkeegenskaper (Formelen for strekkfasthet gjelder når hele materialet strekkes slik at fibrene ryker) 21

Oppgave ortese Beregn strekkfastheten for en karbonfiberarmert epoksyskinne med 30 % karbonfiber som ligger parallelt med lengderetningen til skinnen Beregn strekkfastheten for skinnen dersom det benyttes vevd fibermatte med fibre parallelt med, og på tvers av lengderetningen. (Fortsatt 30 % fiber). 22

Stivhet E = Vf Ef + (1 Vf) Em Oppgave: Beregn E-modulen for glassfiberarmert polyester med 60 % fiber Oppgave: Beregn E-modulen for karbonfiberarmert epoksy med 60 % fiber Hva betyr resultatene for dine materialvalg? 23

Plastkomposittmaterialer 24

Metallkomposittmaterialer 25

Oppsummering Glassfiberarmert polyester er sterkt og billig Karbonfiberarmert epoksy har bedre egenskaper, men er betydelig dyrere Fiberretningen påvirker de mekaniske egenskapene Metallkompositter gir grunnlag for store vektbesparelser 26