KYP0040 MATERJALITEADUSE ÜLDALUSED - tud.ttu.ee

Kiumaterjalina kasutatakse kõige rohkem klaasi, mis on odav, tugev (eritugevus on 1,4 GPa) ja
tehnoloogiline (kerge valmistada kiudu ja komposiiti). Klaaskiuga komposiite kasutatakse väga
palju transpordis (igasugused konteinerid, auto-, paadi- ja laevakered).
Suurema tugevusega (eritugevus kuni 2,7 GPa) on süsinikkiud. Ei nimetata grafiidiks, kuna sisaldab
peale grafiidi ka amorfseid osi. Süsinikkiududega komposiite kasutatakse väga palju sporditarvete
valmistamiseks (suusad, suusakepid, õngeridvad, golfikepid jne) ja lennukiehituses.
Eriti suure eritugevusega on aramiidkiud (eritugevus kuni 2,8 GPa). Materjali keemiline nimetus on
polü-parafenüleen-tereftaalamiid. Ahela skeem on esitatud joonisel 10-6. Iga lüli sisaldab kaks
benseenituuma, mis on ahelaks ühendatud süsiniku ja lämmastiku aatomite kaudu, millel on side ka
vastavalt O ja H aatomitega. Nende hapniku ja vesiniku aatomite vahel naaberahelates tekivad
vesiniksidemed, mis võivad tekkida ka keskkonna materjaliga. Aramiidi tõmbetugevus on tunduvalt
suurem, kui teistel polümeeridel, survetugevus aga väike. Kuigi ta on termoplastiline, on tema
töötemperatuuri piirkond üsna lai: -200 – 200 o C. Aramiidkiuga komposiite kasutatakse näiteks
kuulivestides, samuti spordivahendites.
Kasutatakse ka SiC kiude ja hübriidseid komposiite, kus on kahest või enamast erinevast materjalist
kiudusid. Enamlevinud on klaaskiu ja süsinikkiu kombinatsioonid.
Traadina kasutatakse tugevat terast (eritugevus kuni 0,3 GPa), Mo ja W.
Erinevate kiumaterjalide tihedused ja tõmbetugevused on toodud joonisel 10-5.
10.3.3 Keskkonna materjalid
Keskkonna materjali ülesanne on siduda omavahel kiudusid ja kanda neile üle mehaanilist pinget.
Ise võtavad nad vastu ainult väikese osa pingest. Peale selle kaitseb keskkond kiudusid kulumise ja
väliskeskkonna mõjude eest. Keskkonna materjali valikul on tähtis tugev nakkumine kiududega.
Keskkonna materjalidena kasutatakse peamiselt polümeere ja metalle, kuna keskkond peab omama
venitatavust, st keskkonna elastsusmoodul peab olema tunduvalt väiksem kui kiududel. Keskkonna
materjal määrab ära ka komposiidi kasutamise temperatuuri. Polümeerse keskkonna korral on see
kuni 200 o C, metallide korral tunduvalt kõrgem.
Polümeeridest kasutatakse väga palju polüestreid. Kuna siin on võimalikud erinevad vaikude
koostised, siis on palju erinevate omadustega keskkonnamaterjale. Teiseks enamkasutatavaks
materjaliks on epoksüüdvaigud, mis on odavamad. Epoksüüdvaikudest saadakse polümeer
polükondensatsiooni teel hapete või alustega (kõvendajad, näiteks epoksüüdliimis). Nad on väga
nakkuvad teiste materjalidega (eriti metallide, klaasi ja polaarsete ainetega), kuna sisaldavad ahelais
polaarseid –OH rühmi. Tabelis (joon 10-7) on toodud mõned epoksüüd-keskkonnaga komposiitide
omadused.
Metallidest kasutatakse keskkonna materjalidena kergeid metalle ja nende sulameid: Al, Mg, Ti.
Nende töötemperatuur tunduvalt kõrgem, eriti Ti keskkonnaga. Tugevusomadused ka mõnedel
suuremad, kui polümeerse keskkonnaga (tabel joonisel 10-8). Kasutatakse automootorites,
kosmosetehnikas. Eriti kõrge töötemperatuuriga on supersulamite (Ni ja Co baasil) keskkonnaga,
milles kiududeks on peenikesed volframtraadid. Kasutatakse turbiinides.
Omapärase keskkonnamaterjalina kasutatakse ka süsinikku. Nimelt valmistatakse komposiite, kus
nii kiudude kui ka keskkonna materjaliks on süsinik. Valmistamine toimub nii, et süsinikkiud
valatakse üle polümeeriga, töödeldakse detailiks ja allutatakse siis pürolüüsile. Pürolüüsi käigus
52