Contribuţii teoretice şi experimentale la studiul proprietăţilor mecanice ale unor compozite polimerice

Abstract

În general, un sistem compozit este definit ca o combinaţie dintre două sau mai multe componente de naturi diferite, cu scopul de a obţine un material cu proprietăţi superioare sau cu un anumit set de proprietăți [1,2,3,4,5,6]. Din punct de vedere constitutiv, compozitele sunt formate din constituenți discontinui (pulberi, mustăţi de fibre, fibre etc.) şi unul de legătură între cei discontinui(matricea) [3,16]. Raportul volumic dintre matrice şi materialul de ranforsare trebuie să fie astfel încât elementele matricei să interacționeze cu adaosul și să se distribuie uniform în compozit [6]. Distribuirea aditivilor în compozit se poate efectua cu ajutorul altui aditiv sau prin distribuire mecanică [17]. La particulele continue (fibrele continue lungi), obţinerea compozitului se face prin aranjarea fibrelor pe o anumită direcţie sau prin împletirea lor pentru a-și menţine forma iniţială-acest tip de materiale se numește compozit ranforsat cu fibre [9,18]. Proprietăţile fizice şi mecanice ale compozitelor depind de geometria şi de aranjarea componentelor [19]. Cu cât concentraţia armăturii este mai mare, cu atât creşte rezistenţa şi rigiditatea materialului compozit [20]. Raportul volumic dintre matrice şi materialul ranforsat nu poate depăși o anumită limită; dacă volumul matricei este prea mic, nu va fi suficient pentru a se obține o legătură bună între particule sau fibre [21]. Geometria armăturii şi aranjarea ei în matrice pot îmbunătăţi caracteristicile compozitului [22]. Astfel, există mai mulţi factori care se iau în considerare când se proiectează un material compozit [23]. Tipul de armare şi matricea, aranjarea geometrică a fibrelor, fracţia volumică pentru fiecare component al compozitului, solicitările mecanice la care este supus, mediul în care este folosit etc., toate acestea trebuie luate în considerare [24]. Materialele compozite pot fi analizate în funcție de diferite caracteristici (termice, mecanice, fizice). Rezistenţa acestor materiale se poate evalua printr-o relaţie de deformare elastică,rezultată din acțiunea forțelor - legea lui Hooke pentru materiale omogene izotrope [25]. Materialele compozite se analizează în mod similar, prin stabilirea relaţiei între tensiune şi deformaţie [26]. Materialele izotrope şi omogene(oţelul, alte aliaje metalice, ceramice etc.) se presupun a fi omogene şi au aceleaşi proprietăţi mecanice şi fizice pe toate direcţiile (x, y, z,) (figura 1.1). Spre deosebire de materialele convenţionale din inginerie, un material compozit este, în general, neomogen şi nu se comportă ca un material izotrop [1]. Cele mai multe compozite se comportă ca un material anizotrop sau, în particular, ortotrop [13]. Comportamentul unui material anizotrop este diferit pentru toate direcţiile. Există diferite grade de anizotropie [13]. Deformaţia pe oricare direcție depinde de tipul solicitării la care este supus materialul, dar şi de material [27].