Detail předmětu

Kompozitní materiály a jejich technologie II

FCH-MC_KOMAk. rok: 2021/2022

Aplikace kompozitních materiálů v letectví a kosmonautice, umělé kosti, asbestová vlákna, automobilové kompozity, borová vlákna, uhlík-uhlík kompozity, kontinuální skleněná vlákna, defekty vláken, stárnutí a únava kompozitů, cementy vyztužené vlákny, polymerní vláknové kompozity, vlákna a textil, termochemické vlastnosti, plasty vyztužené sklem, anorganická oxidová vlákna, kompozity polymer-polymer, SiC kompozity. Mechanika kompozitů, mikromechanika, makromechanika, lomová mechanika kompozitů, rázové chování a únava. Vztahy mezi vlastnostmi kompozitu, architekturou výztuže a stavem mezivrstev na rozhraní výztuž-matrice.

V praktiku budou studenti pracovat s vybranými charakterizačními metodami polymerních kompozitních materiálů. Jedná se o tahovou a ohybovou zkoušku, termogravimetrickou analýzu kompozitů, charakterizaci lepených spojů kompozitů. Tyto charakterizace budou z větší části provádět na vlastnoručně připravených testovacích vzorcích kompozintího materiálu, proto je součástí praktik samotná výroba testovacích tělísek jak odléváním částicových kompozitů, tak procesem pultruze a RTM. Do praktika je také začleněna exkurze do výrobního závodu kompozitních materiálů Prefa Brno nebo GDP Koral.

Výsledky učení předmětu

studenti získají základní znalosti mechaniky vláknových kompozitů včetně praktických dovedností při využití softwarových prostředků pro návrhy kompozitních struktur. Studenti budou schopni vyrobit a charakterizovat kompozitní materiál z hlediska mechanických a termálních vlastností.

Prerekvizity

Základní znalosti z fyziky polymerů a mechaniky a porušování nekovových materiálů

Doporučená nebo povinná literatura

Jančář J.: Úvod do materiálového inženýrství kompozitů. FCH VUT, Brno 2000. (CS)
Hall D., Clyne T.W., An introduction to composite materials, Cambridge Univ. Press, 2001 (CS)
Ehrenstein G. W., Polymerní kompozitní materiály, Scientia, 2009 (CS)
R. A. Bareš, “Kompozitní materiály“, SNTL, Praha 1987 (CS)
K. Kaw, “Mechanics of Composite Materials”, CRC Press, New York, 1997 (CS)
Kim J-K, Mai Y-W, Engineered INterfaces in Fiber Reinforced Composites, Elsevier, 1998 9 Kim J-K, Mai Y-W, Engineered INterfaces in Fiber Reinforced Composites, Elsevier, 1998 (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Výuka předmětu je realizována formou: Přednáška - 2 vyučovací hodiny týdně. Vyučujícím a studentům je k dispozici e-learningový systém LMS Moodle.
Výuka praktika je realizována formou: Laboratorní praktikum - 4 vyučovací hodiny týdně. Vyučujícím a studentům je k dispozici e-learningový systém LMS Moodle.

Způsob a kritéria hodnocení

obhajoba projektu, jedna písemná práce během semestru a závěrečná ústní zkouška

praktkum: Základní podmínkou pro udělení zápočtu je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení, zpracování elaborátů podle pokynů učitele a splnění zápočtového testu.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1.Úvod, Kompozitní materiály, klasifikace, matrice, výztuže, plniva, mezivrstvy, adheze.
2. Mikromechanika vláknových kompozitů, princip ortotropních materiálů, zobecněný Hookův zákon, maticová reprezentace tenzoru napětí, deformace a elastických konstant
3. Princip vyztužení, vliv mezipovrchové adheze, metody měření mezipovrchové adheze
4. Vlastnosti ortotropní laminy, lamina, definice, způsob přípravy, objemový zlomek výztuže, směšovací pravidlo, faktor efektivnosti výztuže, symetrická a nesymetrická lamina, matice elastických konstant pro ortotropní laminu, longitudinální a transverzální vlastnosti laminy,
5. Pevnost ortotropní laminy
6. Makromechanika laminy, lokální a globální souřadný systém, transformovaný Hookův zákon
7. Laminát, označení vrstev, středová rovina, konstitutivní rovnice laminátu
8. Částicové kompozity, komponenty, aplikace
9. Mechanika částicových kompozitů, vliv obsahu a tvaru částic na elastické vlastnosti, mikromechanické modely
10. Vliv mezipovrchové adheze na mez kluzu, lomovou houževnatost, chování při namáhání rázem.
11. Přírodní kompozity, hierarchické kompozity
12. Vliv velikosti částic, nanokompozity, základní principy
13. Řízení prostorového uspořádání nanočástic, vliv tvaru nanočástic a interakcí na povrchu na termomechanické vlastnosti a viskoelasticitu nanokompozitů


Použití částicových kompozitů a směsí
Spotřební průmysl, automobilový průmysl, sportovní potřeby, lékařské a stomatologické aplikace, farmacie, elektronika, stavebnictví.


Blok III: Nanokompozity

Praktikum:
1. Úvod do problematiky, bezpečnost práce
2. Příprava částicových kompozitních materiálů (Odlitek)
3. Tahová zkouška částicových kompozitů
4. Exkurze do výrobního závodu
5. Ohybová zkouška částicových kompozitů
6. Pultruze dlouhovláknového kompozitu a kontrola vytvrzení matrice
7. Výstupní kontrola, DMA kompozitu, stanovení DMA Tg
8. Stanovení objemového zlomku výztuže FRC a částicových kompozitů (TGA)
9. Ohybová zkouška FRC a ohyb na krátkou vzdálenost (SBS)
10. Příprava lepených spojů
11. Charakterizace lepených spojů
12. Příprava laminátu metodou RTM
13. Příprava konstrukce FRC dentálního můstku a jeho mechanická odezva

Cíl

Přednáška je úvodem to materiálového inženýrství a technických základů výrob kompozitů s polymerními matricemi. Její obsah je zaměřen na pochopení úlohy jednotlivých komponent materiálu a vlivu procesních parametrů jednotlivých typů maloobjemové i velkoobjemové výroby kompozitů a kompozitních dílců na bázi organických pryskyřic vyztužených vlákny, rohožemi, tkaninami i částicovými plnivy na jejich užitné vlastnosti. Specifika různých technologií jsou uvedena do kontextu s užitnými parametry materiálů, které poskytuje. Omezení technologické použitelnosti jednotlivých technologíí je rovněž diskutováno.
V praktiku si studenti vyzkouší přípravu a výrobu laboratorních vzorků kompozitů a jejich spojování lepením, seznámí se s metodami charakterizace složení kompozitu a jeho mechanických a termických vlastností.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

úspěšné absolvování písemného testu, obhajoba projektu, závěrečná ústní zkouška

Účast na praktiku je povinná. Vedoucí praktika provádějí průběžnou kontrolu přítomnosti studentů, jejich aktivity a základních znalostí. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu. Jednorázovou neúčast je možno nahradit cvičením s jinou studijní skupinou v tomtéž týdnu nebo zadáním náhradních úloh.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program NPCP_CHTM magisterský navazující

    specializace --- , 2. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinný

  • Program NKCP_CHTM magisterský navazující

    specializace --- , 2. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinný