PROGRAMUL CEEX CONTRBUTII STIINTIFICE IN TRANSPORTURI

UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007

9

MATERIALE AVANSATE PENTRU INDUSTRIA AEROSPATIALA: COMPOZITE C-C CU MATRICE

MEZOFAZICA ADITIVATA CU NANOTUBURI DE CARBON SI COMPOSITE LAMINATE FIBRE-

METAL – COMPAS Contract CEEX nr X1C05/11.09.2005

Coordonator: Ion Dinca Parteneri: Adela Bara; Al. Biris, N. Constantin, D. Rosu Compozitele C-C sunt considerate ca o categorie de materiale noi si constau, in esenta, dintr-o armatura de fibra de carbon (sub diferite forme, ca tocatura, fibre unidirectionale, tesaturi bi sau tridimensionale) inglobata intr-o rasina fenolica sau intr-o masa de smoala speciala (tip mezofaza similara structural cristalelor lichide) de petrol sau carbune si care, printr-un tratament termic adecvat se transforma tot in carbon.Caracteristicile esentiale ale compozitelor carbon – carbon ca materiale tribologice performante sunt urmatoarele: caldura de ablatiune foarte mare (20.000 Kcal/Kg), raport rezistenta mecanica/densitate, favorabil, net superior materialelor carbonice conventionale, rezistenta mecanica buna la temperaturi mari (peste 1000C 1500C), coeficient de dilatare redus, greutate specifica mica ( 1,6 1,9 Kg/dm3) In esenta, tehnologia consta in impregnarea unei structuri rigide de FC sub diferite forme (uni, bi sau tridimensionale) cu rasini sau smoala si un tratament termic pentru carbonizarea materialelor de impregnare, sau printr-un tratament de impregnare, in stare de vapori “(CVD) sau cu pirocarbon”Ca material de ranforsare s-a utilizat tesatura din fibra de carbon si matrice din rasina fenolica. In diagramele din figura 1 este prezentata variatia densitatii compozitelor cu numarul de impregnari iar in figura 2 variatia caracteristicilor mecanice in functie de numarul de cicluri.

Fig.1. Variatia densitatii compozitelor cu Fig. 2. Variatia caracteristicilor numarul de impregnari mecanice in functie de numarul de cicluri

Aceeasi tehnologie s-a utilizat in cazul compozitelor mezofazice neaditivate sau aditivate cu nanotuburi si nanofibre de carbon.

PROGRAMUL CEEX CONTRBUTII STIINTIFICE IN TRANSPORTURI

UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007

10

In figura 3 si 4 sunt prezentate imagini TEM ale elementelor de aditivare a mezofazei.

Fig. 3. Imagine TEM cu nanotuburi Fig.4. Imagine TEM cu nanofibre de carbon de carbon multistrat

In figura 5 se prezinta imagini micro (x 200) ale compozitului FC/mezofaza aditivata cu nanotuburi de carbon.

2_fata_x200.jpg a

PROGRAMUL CEEX CONTRBUTII STIINTIFICE IN TRANSPORTURI

UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007

11

2_transversal_x200.jpg b

Fig. 7 (a,b).Imagini (200x) ale compozitului FC / epoxi aditivata cu nanocarbon INFLPR(C2H2/C2H4)

In tabelul 1 sunt prezentate rezistentele la rupere ale compozitelor C-C mezofazice aditivate cu nanotuburi de carbonsi in tabelul 2 rezistenta mecanica ale compozitelor mezofazice neaditivate.

Rezistenta rupere – compozite mezofazice aditivate cu nanofibre de carbon Tabelul 1 Rezistenta la rupere daN/cm2 Nr.

crt Compozit Dupa presare Dupa carbonizare

Dupa grafitare

1 Tesatura CARP 193+mezofaza

pulbere - 2684 2100

2 Tesatura CARP 193+mezofaza

lichida - 2650 2150

3 Tocatura FC+mezofaza

pulbere - 1450 1080

4 Tocatura +FC lichida - 1380 820

PROGRAMUL CEEX CONTRBUTII STIINTIFICE IN TRANSPORTURI

UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007

12

Rezistenta rupere – compozite mezofazice neaditivate Tabelul 2 Rezistenta la rupere daN/cm2 Nr.

crt

Compozit Dupa presare Dupa

carbonizare Dupa

grafitare 1 Tesatura CARP

193+mezofaza pulbere - 2600 2000

2 Tesatura CARP 193+mezofaza lichida - 2630 2000

3 Tocatura FC+mezofaza pulbere - 1400 1050

4 Tocatura +FC lichida - 1360 780 Compozitele mezofazice aditivate cu nanotuburi sau nanofibre de carbon au relevant

caracteristici net superioare din punct de vedere tribologic, mecanic si compositional (continut de carbon peste 80%) fata de compozitele carbonice conventionale si fata de compozitele C-C cu matrice fenolica (continut de carbon 65%).

Compozitele C-C au aplicatii in industria aerospatiala – elementele sistemelor de franare, scuturi termice de reintrare si in industria transporturilor si industriile metalurgica si nucleara ca elemente de izolare termica.

Rezultatele cercetarilor permit accesul la programe de cercetare europene in domeniu. Pe langa diseminarea rezultatelor prin articole si comunicari la manifestari interne si

internationale consortiul face demersuri pentru includerea temei intr-un program European(PC-7).

BIBLIOGRAFIE

[1] T. Dalton: Advanced Materials 3, 2003 [2] A.G. Betehtin: Mineralogie, 1953, Ed. Stiintifica si Tehnica [3] R. Andrews; E. Dikey, s.a.: Nanotube C-C composites – University of Kentucky – Applied Energy Research