ebook Polimerowe kompozyty konstrukcyjne Wacław Królikowski

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2018

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 treści ebooka Polimerowe kompozyty konstrukcyjne

Przedmowa 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 na właściwości kompozytów 192
Literatura 193

Rozdział 6. Metody technologiczne wytwarzania wyrobów kompozytowych 194
A. Kompozyty z użyciem polimerów termoutwardzalnych 194
A6.1. Laminowanie ręczne (kontaktowe) 194
A6.2. Laminowanie natryskowe 197
A6.3. Laminowanie z zastosowaniem elastycznego worka 198
A6.4. Technologie formowania infuzyjnego 200
A6.4.1. Formowanie infuzyjne pod próżni¹ 201
A6.4.2. Metody RTM 202
A6.5. Formowanie z zastosowaniem autoklawu 205
A6.6. Formowanie metod¹ RIM 207
A6.7. Formowanie ciśnieniowe z użyciem pras 208
A6.7.1. Ciśnieniowe formowanie kompozytów warstwowych na podstawie żywic polikondensacyjnych 209
A6.7.2. Kompozyty warstwowe z preimpregnatów z żywic polimeryzacyjnych 211
A6.7.3. Formowanie tłoczne niskociśnieniowe laminatów na zimno 212
A6.7.4. Formowanie wysokociśnieniowe laminatów na gorąco z użyciem żywic ciekłych 213
A6.8. Tłoczywa termoutwardzalne 215
A6.8.1. Tłoczywa termoutwardzalne z żywic polikondensacyjnych 216
A6.8.2. Tłoczywa termoutwardzalne z żywic polimeryzacyjnych 218
A6.8.2.1. Wzmocnione tłoczywa poliestrowe 219
A6.8.2.2. Tłoczywa epoksydowe 232
A6.8.2.3. Tłoczywa silikonowe 234
A6.9. Formowanie metod¹ nawijania 235
A6.10. Formowanie rur i walczaków metod¹ odlewania odśrodkowego 241
A6.11. Formowanie metod¹ programowanego układania rovingu lub taoem – AFP 242
A6.12. Formowanie profili metodą przeciągania – pultruzji 243
A6.13. Produkcja płyt płaskich i falistych 246
A6.14. Wysokonapełnione kompozycje utwardzalne 248
A6.14.1. Betony żywiczne 249
A6.14.2. Zaprawy budowlane 252
A6.14.3. Kity i szpachlówki 253
A6.14.4. Sztuczne kamienie 253
A6.14.5. Zamienniki ceramiki technicznej 253
A6.14.6. Okładziny i tarcze cierne 254
B. Kompozyty z użyciem polimerów termoplastycznych 254
B6.1. Wytwarzanie wyrobów kompozytowych metod¹ wtrysku 255
B6.1.1. Termoplasty wzmocnione włóknami krótkimi 255
B6.1.2. Termoplasty wtryskowe wzmocnione włóknami długimi – LFT 257
B6.2. Termoplasty wzmocnione matami – TWM 263
B6.2.1. Technologia wytłaczania 264
B6.2.2. Technologia impregnacji proszkowej 264
B6.2.3. Technologie papiernicze 265
B6.2.4. Przetwórstwo TWM 265
B6.3. Wytwarzanie płyt kompozytowych z termoplastów innych niż TWM 267
B6.4. Wytwarzanie metod¹ RIM 268
B6.5. Profile kompozytowe z termoplastów 270
B6.6. Formowanie metod¹ nawijania i układania wzmocnienia – AFP 271
B6.7. Technologie z użyciem półproduktów w postaci przędz hybrydowych (Twintex®) 272
Literatura 273

Rozdział 7. Nanokompozyty polimerowe 275
7.1. Interakcja polimer–nanonapełniacz 276
7.2. Nanokompozyty z nanocząstkami sferycznymi – „proszkowymi” 3D 277
7.3. Nanokompozyty z udziałem krzemianów warstwowych – 2D 278
7.3.1. Krzemiany warstwowe 278
7.3.2. Modyfikacja montmorylonitu 280
7.3.3. Struktura nanokompozytów 281
7.3.4. Wytwarzanie nanokompozytów z krzemianami warstwowymi 282
7.3.4.1. Dyspergowanie i adsorpcja 282
7.3.4.2. Polimeryzacja interkalacyjna in situ 283
7.3.4.3. Interkalacja w stopie 284
7.3.4.4. Właściwości i zastosowanie 284
7.4. Nanokompozyty z cząstkami 1D 290
7.4.1. Nanowłókna i nanorurki węglowe – CNT (Carbon Nanotubes) i CNF (Carbon Nanofibers) 290
7.4.1.1. Wytwarzanie nanorurek węglowych 293
7.4.1.2. Modyfikacja powierzchni nanorurek węglowych 294
7.4.1.3. Wytwarzanie nanokompozytów z CNT 296
7.4.1.4. Właściwooeci nanokompozytów z CNT 296
Literatura 298

Rozdział 8. Polimery samowzmocnione 300
8.1. Wytwarzanie fibrylarnej struktury szaszłykowej 300
8.2. Wyroby płytowe 303
8.3. Polimery ciekłokrystaliczne – LCP 304
Literatura 309

Rozdział 9. Podstawy obliczeń i projektowania konstrukcji kompozytowych Witold Biedunkiewicz 310
9.1. Aspekty wytrzymałościowe kompozytowych elementów konstrukcyjnych 312
9.2. Hipotezy wytrzymałościowe 319
9.3. Analiza struktur kompozytowych metod¹ elementów skończonych 324
Literatura 326

Skorowidz 327