Kompozitní materiály - základní pojmy

4.13.3.8 Kompozitní materiály - základní pojmy

Ing. Miloš Sova, CSc.

Na poli kompozitních materiálů se setkáváme s pojmy, které charakterizují strukturu kompozitů a symetrii této struktury a které mají zásadní význam pro mechanickou odezvu částicových kompozitů. Jako homogenní označujeme jednofázovou, jednokomponentní látku, jejíž fyzikální vlastnosti jsou ve všech bodech tělesa stejné. Jestliže se materiál skládá ze dvou a více komponent nebo fází téže komponenty, říkáme, že je heterogenní. Běžně jsou jednotlivé komponenty kompozitních materiálů tvořeny chemicky odlišnými jednofázovými (homogenními) látkami. Komponenty však mohou být i dvou- a vícefázové, jako je tomu u semikrystalických polymerních matric (PP, PE, PEEK), kde jednu fázi tvoří krystalické domény a druhou amorfní domény.

Další významnou charakteristikou kompozitů je symetrie jejich fyzikálních vlastností. Termín izotropní indikuje, že materiálové vlastnosti jsou ve všech směrech stejné (nejsou funkcí orientace). To znamená, že všechny roviny procházející jedním bodem tělesa vyrobeného z tohoto materiálu jsou rovinami symetrie materiálových vlastností. Jako ortotropní označujeme materiál, který má tři vzájemně kolmé roviny symetrie materiálových vlastností. Jelikož jsou vlastnosti určovány strukturou, lze říci, že stejné roviny jsou i rovinami symetrie struktury kompozitu. V nejjednodušším případě to znamená, že těleso má jiné vlastnosti v jednom směru a jiné ve směru kolmém. Částicové kompozity lze ve většině případů považovat za makroskopicky izotropní, i když lokálně může mít jejich odezva neizotropní charakter (neizometrický tvar částic plniva).

Jestliže vlastnosti materiálu nevykazují žádné roviny symetrie, hovoříme o anizotropním materiálu. V teorii kompozitů se setkáváme s pojmem kvaziizotropní materiál, který znamená, že daný kompozit je možno v makroskopickém měřítku (celý dílec) považovat za izotropní. Mikroskopicky je však takový materiál anizotropní. Je zřejmé, že s klesající symetrií vlastností narůstá počet materiálových konstant (parametrů), které je nutno znát k úplnému popisu vztahů mezi napětím a deformací daného kompozitního tělesa.

Existující teorie mechanické odezvy částicových kompozitů umožňuje předpověď jejich modulů pružnosti, pevnosti či meze kluzu, tepelné roztažnosti a dalších fyzikálních parametrů, jestliže jsou známy vlastnosti složek, jejich objemové zastoupení (používané z důvodu podstatného rozdílu v hustotách matrice a plniva) a pevnost adheze mezi jednotlivými komponentami. Výpočtová schémata jsou poměrně složitá a odpovídající optimální aproximace se vztahují k přesně definovaným třídám materiálů. Je však možno většinu těchto postupů…