materiale compozite

Materiale compozite – Scurt istoric

În contextul utilizării din ce în ce mai mari a produselor din materiale neconvenţionale, articolul de faţă îşi propune prezentarea câtorva aspecte generale referitoare la materialele compozite si o scurta istorie a aparitiei acestora. Avantajele pentru care aceste materiale cuceresc piaţa sunt următoarele: • • •

greutate scăzută în comparaţie cu materialele clasice rezistenţa mare la uzură, coroziune caracteristici mecanice în concordanţă cu necesitatea ulterioară a produsului.

Costul mai ridicat al acestor materiale se justifică prin precizia, calitatea produselor obţinute, iar funcţionarea acestora conduce la o mărire a fiabilităţii, mentenanţei, şi dacă este vorba de industria automobilelor şi a aeronauticii, de un consum scăzut de energie. Ştiinţa materialelor compozite a apărut din necesitatea unor studii multidisciplinare, pornind de la faptul că elaborarea acestora este complexă, condiţiile de operare în care aceste materiale trebuie să funcţioneze sunt severe, proprietăţile fizice, chimice, magnetice, electrice şi mecanice sunt influenţate de compatibilitatea şi modul de dispunere a elementelor componente. Efortul oamenilor de ştiinţa se orientează către materialele noi, şi implicit asupra tehnicilor de prelucrare şi proiectare analitică a elementelor active necesare prelucrării acestora. Studiul unor tehnologii au scos la iveală că acestea ar putea fi aplicate la scară industrială pentru avantajele economice, performanţa şi simplitatea proiectării. Din punct de vedere istoric, conceptul de material compozit este foarte vechi. În Egiptul antic cărămizile de argilă erau întărite cu paie; la Muzeul Britanic din Londra, este expus un vas de depozitare din perioada merovingienilor 900 d.H de pe teritoriul Scoţiei, realizat dintr-un material format din fibră de sticlă întărită cu o răşină, ceea ce ar corespunde astăzi unui compozit de tip răşină epoxidică întărită cu fibră de sticlă. În secolul al XIX-lea vergelele de fier erau folosite pentru zidărie punându-se bazele materialelor armate pentru construcţii. Prima ambarcaţiune din fibră de sticlă a fost realizată în 1942 şi de asemenea, la acel timp, acest material a fost utilizat în aeronautică şi pentru componentele electrice. Primele fibre de bor şi de carbon, cu rezistenţă mare la rupere, au apărut la sfârşitul anului 1960 fiind aplicate în materialele avansate folosite la componente de avion, prin 1968. Materialele compozite cu matrice metalică au fost introduse în 1970. Dupont a realizat fibrele de Kevlar (sau aramid) în 1973.

La sfârşitul anilor ‘70 materialele compozite s-au extins în aeronautică, la automobile, articole sportive şi medicină. Sfârşitul anilor 1980 a marcat o creştere semnificativă în utilizarea materialelor cu fibre având modul de elasticitate ridicat, astfel, s-au dezvoltat materiale care să răspundă cerinţelor funcţionării, deci s-a introdus conceptul de proiectare a materialului plecând de la cerinţele tehnice ale produsului. În ultimii ani, pe de o parte datorită creşterii spectaculoase a consumurilor de material şi, pe de altă parte, datorită rezultatelor cercetării ştiinţifice, a studiilor privind proprietăţile intime ale unor materiale, s-a trecut la realizarea materialelor compozite, numite de specialişti “de generaţia a II-a” care prezintă o serie de avantaje certe pentru o mare gamă de produse, avantaje dintre care menţionăm: • • • • • • • • • •

masa volumică mică în raport cu metalele (compozitele cu răşini epoxidice armate cu fibre de Si, B, C, au masă volumică sub 2 g/cm3); rezistenţa la tracţiune sporită Rm (compozitul Kevlar are Rm de două ori mai mare decât al sticlei); coeficient de dilatare mic în raport cu metalele; rezistenţa la şoc ridicată; durabilitate mare în funcţionare (în aceleaşi condiţii de funcţionare, 1kg de Kevlar înlocuieşte 5 kg de oţel, la o durată egală de funcţionare); capacitate mare de amortizare a vibraţiilor; siguranţă mare în funcţionare (ruperea unei fibre dintr-o piesă din compozit nu produce o amorsă de rupere a piesei, ca în cazul materialelor clasice); consum energetic scăzut la elaborare, în comparaţie cu metalele (pentru obţinerea polietilenei se consuma 23 kcal/cm3, iar pentru oţel 158 kcal/cm3; rezistenţă la coroziune; stabilitate termică şi rezistenţă mare la temperatura ridicată (fibrele de Kevlar, teflon, Hyfil sunt stabile până la 500 oC, iar fibrele ceramice tip SiC, Si3Ni4, Al2O3 sunt stabile până la 1400 oC – 2000 oC.

Materiale Compozite – Definitie

Definit în sens larg, un material compozit este un ansamblu de materiale distincte, care are caracteristici pe care nu le au materialele constituente în parte. În multe cazuri, materialele, naturale sau sintetice, se găsesc în combinaţie cu alte materiale şi nu acţionând în mod individual. Este cazul corpului uman, construit din carne şi oase sau al betonului armat, unde cimentul este turnat pe un cadru metalic. Compozitele sintetice au apărut prima oară în industria aerospaţială, din necesitatea controlării şi îmbunătăţirii proprietăţilor materialelor, în conformitate cu cerinţele impuse de destinaţie.

Există mai multe variante de definiţie a materialelor compozite. Cea mai cuprinzătoare, caracterizând cel mai bine natura acestora este cea dată de P. Mallick. Conform lui Mallick, ”un material compozit este o combinaţie între două sau mai multe materiale diferite din punct de vedere chimic, cu o interfaţă între ele. Materialele constituente îşi menţin identitatea separată (cel puţin la nivel macroscopic) în compozit, totuşi combinarea lor generează ansamblului proprietăţi şi caracteristici diferite de cele ale materialelor componente în parte. Unul din materiale se numeşte matrice şi este definit ca formând faza continuă. Celălalt element principal poartă numele de ranforsare (armatura) şi se adaugă matricei pentru a-i îmbunătăţi sau modifica proprietăţile. Ranforsarea reprezintă faza discontinuă, distribuită uniform în întregul volum al matricei.” Fibrele sunt elementul care conferă ansamblului caracteristicile de rezistenţă la solicitări. În comparaţie cu matricea, efortul care poate fi preluat este net superior, în timp ce alungirea corespunzătoare este redusă. Matricea prezintă o alungire şi o rezilienţă la rupere mult mai mari, care asigură că fibrele se rup înainte ca matricea să cedeze. Trebuie insa subliniat faptul că materialul compozit este un ansamblu unitar, în care cele două faze acţionează împreună, aşa cum sugerează curba efort – alungire pentru compozit. Sistemele de ranforsare pentru materiale compozite pot fi obţinute utilizând toate tehnologiile textile: ţesere, tricotare, braiding, procese pentru materiale neţesute, asamblare prin coasere. La acestea se pot adăuga şi procesele caracterizate de producerea ranforsării şi a materialului compozit în aceeaşi etapă, cum sunt înfăşurarea filamentelor şi poltruderea. Criteriile utilizate în alegerea procesului tehnologic pentru fabricarea ranforsării se referă la stabilitatea dimensională, la proprietăţile mecanice impuse, precum şi la proprietăţile de drapaj / formabilitate ale sistemului de ranforsare.

Materiale Compozite Polimerice

Incercarile de obtinere a unor noi materiale superperformante au condus la dezvoltarea unei clase de produsi cunoscuti sunb denumirea de materiale compozite. Prin definitie, conceptul de „compozit” este atribuit unui sistem complex, alcatuit din mai multe materiale de natura diferita. In aceasta categorie intra o clasa foarte vasta de produsi. Acest lucru este determinat de faptul ca posibilitatile de modificare a constituientilor de baza, a tehnicilor de „asamblare” si de fabricare, a nivelului de performanta si costului sunt practic infinite. Materialele compozite au fost realizate de om din cele mai vechi timpuri. Astfel, chirpiciul (material compozit pe baza de lut si paie) si betonul armat reprezinta cele mai simple exemple de materiale compozite. Dupa Larousse, un material compozit este facut din mai multe componente cu proprietati fizice si chimice diferite si materialul compozit obtinut are proprietati mai mari decat ale componentelor.

Alta definitie ar fi „three point definition”: 1. un material compozit este obtinut prin punerea in contact a cel putin doua componente de naturi diferite; 2. amestecarea componentelor este un proces bine controlat astfel incat materialul compozit obtinut are proprietati mecanice, chimice si fizice bune; 3. un material compozit trebuie intotdeauna sa aiba proprietati mai bune fata de componentele din care a fost obtinut. Aceasta structura de „material compozit” este caracteristica multor produse naturale, fapt ce explica rezistenta mecanice deosebita a acestora. Este suficient sa amintim lemnul, bambusul, oasele, muschii etc. Este cunoscut de asemenea faptul ca aliajele metalice prezinta proprietati superioare fata de cele ale componentelor constituente. Acelasi lucru se poate spune si despre materialele compozite ceramice sau polimerice. Un material compozit este format dintr-o matrice in care se dispersa agentul de armare sau agentul de umplutura. Astfel, se poate face o prima clasificare a materialor compozite dupa provenienta acestora: Acum, in functie de matricea folosita, materialele compozite pot avea matrice bazata pe: • • •

metale, ocupa app. 10% din productia de materiale compozite; ceramice, ocupa app 15% din productia de materiale compozite; polimeri, ocupa app 75% din productia de materile compozite.

Principalele motive pentru care polimeri reprezinta majoritate matricilor foolosite pentru producerea materialelor compozite sunt: •

•

•

polimerii au proprietati mecanice mai slabe in comparatie cu metalele sau ceramicele si trebuie sa fie ranforsati cu diferite fibre, astfel producand materiale compozite cu propritati mecanice marite; polimeri pot fi prelucrati la temperaturi joase si astfel pericolul de a distruge agentul de armare (ranforsare) nu exista, in comparatie cu metalele si ceramicele pentru a caror procesare sunt necesare temperaturi foarte mari; polimerii pot fi obtinuti dupa metode clasice ce nu necesita tehnologie complexa, ca in cazul metalelor si ceramicelor.

Materiale Compozite – Clasificare

Scopul iniţial al realizării compozitelor a fost creşterea competitivităţii materialelor clasice, ale căror proprietăţi de rezistenţă şi de rigiditate nu mai puteau fi îmbunătăţite prin alte mijloace. Din acest punct de vedere se înţelege că eficienţa maximă a întăririi unui anumit material se obţine prin introducerea, în structura lui, a unor elemente de armare sub formă de fibre. Reprezentând cea mai cunoscută categorie şi marcând începutul folosirii pe scară industrială a noilor materiale, compozitele cu fibre sunt imaginate mai ales sub formă de matrici plastice (polimerice) armate cu fibre (lungi) de sticlă, care vreme îndelungată (în deceniile de la mijloculveacului trecut) au fost singurul tip de compozite de largă recunoaştere. Aşa se explică faptul că, chiar şi în prezent, această clasă de materiale este adesea identificată în literatură cu însăşi noţiunea de compozit. Principial, cu cât fibrele de armare au diametre mai mici, cu atât proprietăţile lor mecanice sunt mai bune, deoarece scade probabilitatea de apariţie a defectelor în materialul lor, precum şi mărimea probabilă a acestor defecte. Din acest motiv se poate spune că monocristalele filamentare – whiskerele – reprezintă o categorie cu totul specială de fibre, având şi proprietăţi foarte bune. Obţinute prin creşterea dirijată a cristalelor, acestea au, în mod tipic, diametre cuprinse între 0,2 şi 15 μm şi lungimi de 10÷300 μm. Primele astfel de cristale au fost din oxid de aluminiu, fiind fabricate de firma americană General Electric, începând din 1960. Ulterior s-au produs şi cristale din alte materiale ceramice (oxid de beriliu, carbură de bor sau de siliciu s.a.), din carbon, dar şi din metale precum cupru, nichel, fier etc. Ca orientare, tabelul de mai jos, prezintă câteva dintre valorile tipice ale proprietăţilor unor monocristalelor filamentare.

Se poate observa cu uşurinţă că proprietăţile mecanice indicate în tabel au valori mult superioare celor ale aceloraşi materiale, atunci când sunt folosite în eşantioane „macroscopice”. În schimb, este important de subliniat că producerea materialelor sub formă de whiskere necesită costuri ridicate şi dotări tehnologice performante, încât folosirea acestor elemente de armare este justificată numai pentru domeniile de vârf ale tehnicii. Clasificarea compozitelor cu fibre Considerate global, principalele categorii de compozite armate cu fibre sunt următoarele :

1. Compozite cu matrice polimerică – de obicei sunt răşini termorigide (epoxidice, poliimide sau poliesterice) sau termoplastice, armate cu fibre de sticlă, de carbon, de bor sau aramidice (Kevlar), cu monocristale ceramice sau, mai recent, cu fibre metalice. Sunt folosite mai ales în aplicaţii care implică temperaturi relativ joase de lucru (ajungând, în mod excepţional, pentru termoplastice fabricate prin injecţie, la nivelul maxim de 400°C). 2. Compozite cu matrice metalică – cel mai frecvent se bazează pe aliaje de aluminiu, magneziu, titan sau cupru, în care se introduc fibre de bor, de carbon (grafit) sau ceramice (de obicei de alumină sau carbură de siliciu). Temperatura de lucru (uzual de cel mult 800°C) a unui astfel de compozit este limitată de nivelul punctului de înmuiere sau de topire care caracterizează materialul matricei. Dacă aplicaţia avută în vedere implică temperaturi mari, atunci se recomandă folosirea ca matrice a unor aliaje pe bază de nichel sau a unor superaliaje. Dezavantajul acestora este că au greutăţi specifice mari, ducând la creşterea masivităţii structurii finale. 3. Compozite cu matrice ceramică – au fost dezvoltate în mod special pentru aplicaţiile cu temperaturi foarte ridicate de lucru (peste 1000°C); cele mai utilizate materiale de bază sunt carbura de siliciu (SiC), alumina (Al2O3) şi sticla, iar fibrele de armare uzuale sunt tot de natură ceramică (de obicei sub formă de fibre discontinue, foarte scurte). 4. Compozite “carbon-carbon” – cu matrice de carbon sau de grafit şi armare cu fibre sau ţesături de fibre de grafit; sunt foarte scumpe, dar şi incomparabile cu alte materiale prin rezistenţa la temperaturi înalte (de până la 3000°C), cuplată cu densitatea mică şi coeficientul mic de dilatare termică. Cele mai răspândite sunt compozitele armate cu fibre lungi (de obicei din carbon, bor, sticlă, alumină sau carbură de siliciu), care mai sunt numite şi unidirecţionale. Acestea sunt caracterizate de o puternică anizotropie a proprietăţilor fizico-mecanice, fiind uşor de imaginat că proprietăţile cele mai bune se realizează pe direcţia armării. Alte criterii de clasificare a materialelor compozite sunt: a) După starea de agregare a matricei şi a materialului dispersat: • • • •

compozite de tip lichid-solid (suspensii, barbotine); compozite de tip lichid-lichid (emulsii); compozite de tip gaz-solid (structuri „fagure”, aerodispersii); compozite solid-solid (metal-carbon, metal-fibre, carbon-carbon, polimer-fibre etc).

b) După configuraţia geometrică a materialului complementar: • • •

compozite cu fibre discontinue (fibre scurte, mono sau multifuncţionale); compozite cu fibre continue; compozite cu particule mari (grafit, oxizi, nit run, carbon, aliaje) acestea având dimensiuni mai mari de 1 µm şi diferite forme: sferică, plată, elipsoidală, neregulată;

• •

compozite cu microparticule (la care materialul dispersat în matrice reprezintă 115%, iar diametrul mediu al particulelor nu depăşeşte de regulă 0,1 mm); compozite lamelare stratificate.

c) După modul de distribuţie a materialului complementar: • •

• •

compozite izotrope, care conţin elemente disperse de tip particule, granule metalice sau fibre scurte, uniform repartizate; compozite anizotrope (cu proprietăţi variabile cu direcţia, la care materialul complementar este sub formă de fibre continue (inserţii, împletituri), orientate unidirecţional în plan sau în spaţiu sau fibre scurte repartizate liniar; compozite stratificate, în cazul cărora elementele componente sunt bidimensionale; compozite cu o distribuţie dirijată a materialului dispersat, obţinute prin solidificarea unidirecţională sau deformare plastică la rece.

d) După modul de realizare a suprafeţei de contact: • • •

compozite integrate chimic, la care interacţiunile din suprafaţa de contact sunt de natură chimică (vitroceramul gama silicioasă, masele refractare fosfatice, cermeţii); compozite obţinute prin agregare, la care predomină forţele de adeziune şi coeziune între componenţi; compozite cu armură dispersă, care constau dintr-o matrice rigidă (ceramică) sau deformabilă (metale, aliaje polimeri), în care se înglobează materialul complementar, constituit din fibre sau particule, forţele de legătură fiind de natură fizică şi/sau chimică.

e) După mărimea materialului complementar: •

•

microcompozite la care materialul dispers este la scară microscopică sub forma de fibre continue (aliniate sau împletite), fibre scurte (aliniate sau nealiniate), (sferice, plate, elipsoidale, alte configuraţii), microparticule, structuri lamelare, reţele spaţiale, componente multiple; macrocompozite, categorie în care se încadrează compozitele stratificate macroscopic, materiale acoperite, materiale cu elemente de armare la scară macro.

Materiale Compozite cu Matrice Metalica

Matricea materialelor compozite cu fibre poate fi: •

matricea polimerica: cu temperatura de lucru < 200 °C;

• •

matricea metalica: cu temperatura de lucru < 600 °C; matricea ceramica: cu temperatura de lucru > 2500 °C.

In comparaţie cu metalele monolitice MCM-urile prezintă următoarele avantaje: • • • • • • • •

rezistenţă ridicată raportată la densitate; rigiditate ridicată raportată la densitate; bună rezistenţă la oboseală; proprietăţi bune la temperaturi ridicate; rezistenţă ridicată; viteză scăzută de propagare a fisurii; coeficient redus de dilatare termică; bună rezistenţă la umiditate.

Câteva dezavantaje în comparaţie cu metalele monolitice sau cu compozitele cu matrice polimeră sunt: • • • •

cost ridicat pentru anumite sisteme de materiale; tehnologie de fabricaţie ralativ imatură; metodele de fabricaţie devin complexe pentru sistemele cu armare prin fibre (exceptând turnarea); experienţă în exploatare limitată.

Armăturile MMC-urilor pot fi împărţite în 4 mari categorii: • • • •

fibre continui, fibre discontinui, cristale filament, particule şi sârme.

Cu excepţia sârmelor, care sunt metalice, armăturile sunt în general de natură ceramică. Fibrele continui includ materiale ca: bor, grafit (carbon), alumină şi Si-C. Anumiţi furnizori produc fibre continui din alumină si fibre discontinui din alumina şi AlSi Cele mai utilizate cristale filament sunt cele fabricate din Si-C. Ca armături pentru matricile metalice sunt utilizate un număr mare de fibre metalice, incluzând aici tungstenul, beriliul, titanul şi molibdenul.

Kevlar-ul

Fibra si tehnologia Kevlar au fost inventate in 1965 de catre compania DuPont (SUA) si introduse pe piata in 1970. Kevlar-ul este o poliamida cu proprietati mecanice deosebite, fiind de 5 ori mai rezistenta decat otelul, considerat la o greutate egala. Pentru aceste considerente, Kevlar-ul a fost prima fibra polimerica organica adecvata utilizarii in compozite avansate, fiind totodata una dintre cele mai importante fibre sintetice dezvoltate pana in prezent. Kevlar-ul este un polimer inalt cristalin care datorita formei de bagheta a moleculelor de para-aramid si a procesului de obtinere prin filarea precursorului produc anizotropia fibrelor, asemanator fibrelor de carbon. Caracteristici generale: • • • • • • • •

Greutate redusa Alungire mica la rupere Rezistenta la intindere si modul de elasticitate mari Rezistenta chimica mare Conductivitate electrica mica Rezistenta la foc, autostingere Tenacitate inalta Excelenta stabilitate dimensionala

Astazi se produc trei tipuri de fibre Kevlar cu propietati diferite. Productia mondialade Kevlar era in 1999 de aproximativ 2.5 ori mai mare decat cera de fibre de carbon, la o capacitate mondiala de productie de doar 1,5 mai mare. Rezistenta si modulul de elasticitate ale Kevlar-ului 29 sunt comparabile cu cele ale sticlei, in timp de densitatea este de aproape jumatate din cea a sticlei.

Aplicatiile Kevlar-ului sunt numeroase si variate. Kevlar-ul este cel mai bine cunoscut pentru aplicatiile in domeniul vestelor antiglont. Alte aplicatii cuprind: • • •

Blindajul rezistent la srapnel, pentru motoarele avioanelor cu reactie, pentru protectia pasagerilor in cazul unei explozii Manusi de protectie Obiecte sportive: schiuri, rachete, casti de protectie, ambarcatiuni

• • • • • •

Anvelope Franghii si cabluri Produse de frictiiune si garnituri (inlocuitor de azbest), placute de frana Parti structurale ale corpului avioanelor Furtune industriale Tesaturi hibride, in special cu fibre de carbon pentru a furniza rezistenta la deteriorare, soc, cresterea deformarii limita de rupere si prevenirea fracturilor catastrofale

Totusi, Kevlar-ul are cateva dezavantaje: • •

Fibrele absorb umiditatea, astfel compozitele armate cu Kevlar fiind mai sensibile decat cele cu sticla sau carbon Din cauza rezistentei mari la taiere, sunt necesare scule speciale pentru taierea tesaturii uscate sau prepreg-ului si burghie speciale pentru perforarea laminatelor intarite.

Bibliografie: 1. LUPESCU, Mihai Bogdan – Fibre de Armare pentru Materialele Compozite

Fibra de Carbon

Fibra de carbon este considerata fibra cu un continut de cel putin 90% carbon. Pentru descrierea fibrei cu un continut mai mare de 99% carbon se foloseste termenul de fibra grafitica. Scurt istoric Fibra de carbon a aparut in 1957 cand, pentru a imbunatatii panza de bumbac si de matase care erau singurele disponibile pentru fabricarea ajutajelor pentru rachete, Barneby-Cheney si National Carbon au produs o cantitate mica de fibre. In 1961, A Shindo, de la Japanese Governement Industrial Research Institute, Osaka a produs fibre de carbon din fibre poliacronitrilice (PAN). In 1967, Rolls Royce, in Anglia, a anuntat proiectul utilizatii fibrelor de carbon la componentele motorului cu reactie. Astazi, fibra de carbon este fibra domninata in industria materialelor compozite avansate. In ultimile doua decenii, proprietatile fibrelor de carbon au crescut spectaculos ca rezultat al cererii de materiale cat mai rezistente si cat mai usoare, mai ales din partea industriei aerospatiale. Ca si raport rezistenta/greutate, fibra de carbon reprezinta cel mai bun material ce poate fi produs la scara industriala in acest moment.

Capacitatea mondiala de productie inregistreaza o continua crestere de la aparitia materialului pana in prezent, un salt spectaculos fiind inregistrat odata cu demarearea proiectului Boeing 787 Dreamliner.

Structura Fibrei de Carbon Ca si grafitul, fibra de carbon are la baza o structura atomica plana cu legaturi foarte puternice intre atomii de carbon, covalente. In cazul grafitului, planurile sunt paralele, legaturile dintre ele fiind de tip Van der Walls ce pot fi usor rupte. In locul straturilor plane de atomi din carbon, care se gasesc in grafit, fibra de carbon este formata din panglici de atomi de carbon, spiralate, aliniate paralel cu axa fibrei.

Producerea Fibrei de Carbon Pentru obtinerea fibrei de carbon, se folosesc o varietate mare de materiale, numite precursoare. Acestea sunt filate in filamente subtiri care sunt apoi convertite in fibra de carbon in 4 etape: •

stabilizarea (oxidarea)

• • •

carbonizare grafitizare tratamentul suprafeti

Fibrele continue sunt apoi bobinate si comercializate pentru tesere sau pentru alte procedee de obtinere a structurilor din fibra de carbon (filament winding, pultrusion). Astazi, materialul precursor predominant in fabricarea fibrelor de carbon este poliacrilonitrilul (PAN). Fibra de carbon astfel obtinuta are un diametru de 5 -10 μm. Clasificarea Fibrelor de Carbon In functie de proprietatile mecanice ale fibrelor de carbon, acestea pot fi clasificate in: • • •

Fibre de Carbon High Modulus (HM sau Tipul I) – fibre cu modul de elasticitate mare Fibre de Carbon High Strength (HS sau Tipul II) – fibre cu rezistenta la tractiune ridicata Fibre de Carbon Intermediate Modulus (IM sau tipul III)

Bibliografie:

1. Alan Backer, Stuard Dutton, Donald Kelly – Composite Materials for Aircraft Structures 2. LUPESCU, Mihai Bogdan – Fibre de Armare pentru Materialele Compozite Florin STUPARU

Materiale Compozite Textile – Terminologie

Majoritatea termenilor pentru descrierea fibrelor si tesaturilor din carbon provin din industria textila, astfel ca aceeasi termini sunt folositi pentru orice tip de fibra. Fibrele (filamentele) rareori sunt utilizate singure. De obicei se formeaza inca de la filare un manunchi primar de filament continue, constituind o unitate singular compacta, fara rasucire, numita strand sau end. Pentru fibrele de carbon se mai intalneste si termenul tow. Un paramentru important pentru un tow este numarul filamentelor ce il formeaza. De obicei acesta este 1000, 3000, 6000 sau 12000 si se noteaza 1K, 3K, 6K, 12K. Uneori, la filare strandul este divizat in doua sau mai multe sub-stranduri (bundle). Daca fibrele sunt paralele una la alta, strandul poarta denumirea de roving. Daca filamentele sunt rasucite impreuna, manunchiul se numeste yarn. Un yarn poate fi rasucit pentru a forma un Z (rasucit in sens invers acelor de ceasornic), fie un S (in directia acelor). Un factor semnificativ pentru yarn este gradul de rasucire, exprimat fie prin TPI (turns per inch) sau TPM (turns per meter). Doua sau mai multe yarn-uri pot fi rasucite impreuna formand un fir dublat (plied, multiple, folded yarn). Doua sau mai multe fire dublate, rasucite impreuna, constituie un fir cablat (cabled yarn). Atat roving-ul cat si yarn-ul pot fi tesute obtinandu-se o tesatura mixta woven roving cand se utilizeaza roving sau cloth cand se utilizeaza yarn. Compozitele cu armatura din fire rasucite (cloth) pot avea un continut ceva mai redus de rasina decat tesatura cu fire roving (woven roving), pentru ca manunchiurile de fire rasucite sunt mai compacte decat rovingul, dar in acelasi timp rasucirea modifica rezistenta si flexibilitatea fibrelor.

Intr-o panza, firele care merg in directia lungimii ei si sunt continue formeaza urzeala (warp) si se numesc capete (ends). Fibrele scurte care sunt tesute pe directia transversala a panzei formeaza batatura (fill sau weft) si se numesc batai (picks).