Композитні деталі мають чудові властивості, яких неможливо досягти за допомогою інших матеріалів. Їх використання дуже універсальне. В основному вони використовуються в аерокосмічній, морській та автомобільній промисловості. Вони отримали подальшу роботу в електротехніці, електроніці, енергетиці та машинобудуванні. Метою роботи є теоретичний погляд на використання композиційних матеріалів при проектуванні легких протипожежних надбудов для існуючого мобільного обладнання, що використовується в HaZZ SR та Lesy SR, що дозволило б збільшити представництво засобів пожежогасіння для лісових пожеж у важкодоступних місцевостях. Для використання в складних рельєфах гірських лісів необхідно стежити за їх вагою під час проектування. Пропозиції базуватимуться на припущенні, що представництво такої техніки є низьким. Зокрема, бракує технологій, які змогли б транспортувати воду в обсягах 400 - 2000 л у складних рельєфних умовах лісу.
МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ
Композитні матеріали можна визначити, наприклад, як неоднорідні матеріали, що складаються з двох або більше компонентів, які суттєво відрізняються за своїми фізико-хімічними властивостями, які разом надають кінцевому продукту нові властивості, яких жоден з його компонентів не має в собі. Однак, згідно з цим визначенням, композити включатимуть більшість природних та синтетичних матеріалів та сплавів. Тому потрібне ще більш точне визначення.
Щоб багатокомпонентний матеріал можна було вважати композитом, він повинен відповідати певним умовам, включаючи, наприклад, (Campbell 2010; Kratochvíl et al. 2005; Ptáček 2002):
• об'ємна частка арматури в матеріалі повинна бути більше 5%,
• Механічні, хімічні та фізичні властивості матриці та арматури суттєво відрізняються,
• Композитний матеріал потрібно готувати шляхом змішування компонентів між собою.
* * * * *
Ми вважаємо композитом матеріал, отриманий комбінуванням двох або більше компонентів різного хімічного складу та одночасно фізико-механічних властивостей, де основним компонентом є суцільна фаза (матриця), а вторинним компонентом є розривна фаза (армування), найчастіше у твердих або волокнистих формах.
Кендер (2013)
* * * * *
Основними причинами використання композиційних матеріалів у порівнянні з іншими металевими матеріалами є зменшення ваги конструкції при досягненні тієї ж або більшої міцності. Порівняно зі сталлю (табл. 1), композити полімерних матриць мають порівнянну та вищу міцність із питомою вагою близько чверті.
| Вкладка. 1: Порівняння механічних властивостей матеріалів (веб-сайт компанії GDP KORAL) |
В даний час існує незліченна кількість композиційних матеріалів, і додаються нові. З цієї причини необхідно класифікувати їх за групами або класифікувати якось. Композиційні матеріали можна розділити за різними аспектами та низкою параметрів. Основні поділи - це за матеріалом матриці, за матеріалом арматури та за геометрією арматури.
За допомогою відповідної комбінації матричного матеріалу, армуючого матеріалу, геометрії арматури та ряду окремих фаз та інших факторів досягаються специфічні властивості одержуваного композиційного матеріалу.
Матрицею композиційних матеріалів може бути:
• металева матриця, армована довгими волокнами, а також частинками,
• полімерна матриця, армована склом, вуглецем, арамідними волокнами або неорганічними частинками,
• керамічна матриця, зміцнена довгими або короткими волокнами, в деяких випадках голкоподібними частинками,
• вуглецева матриця.
Найважливіші металеві матриці включають сплави алюмінію, магнію, титану, нікелю, міді тощо. Матеріалами керамічних матриць є переважно порошки оксидів, карбідів, нітридів та боридів. Однак найбільш часто використовуваними матрицями є полімерні та поліефірні смоли. (Мішек 2003)
Композити можна розділити за матеріалом (табл. 2) арматури на (Campbell 2010; Kratochvíl et al. 2005; Ptáček 2002): з керамічною арматурою, з металевою арматурою, зі скляною арматурою, з полімерною арматурою, з вуглецевою арматурою та композити, армовані монокристалами волокон (вуса).
| Вкладка. 2: Основні механічні властивості вибраних видів армуючих волокон з композиційних матеріалів (Harangozóová 2006) |
РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ
Для експерименту ми обрали три розроблені пожежні цистерни, де перший розчин був виготовлений із сталі, а другий розчин із скловолокна. Ми вибрали однакову товщину матеріалу для обох матеріалів (6 мм).
| Фіг. 1: Основні розміри пожежних цистерн а) бак для Nissan Navara, б) бак для Land Rover Defender, в) бак для LKT |
Ми вибрали вибрані моделі силами, що діють на дно і стінки резервуара, залитого водою до верхнього краю. Величина навантаження, що діє на дно резервуара, становить 1000 Па/м2.
| Фіг. 2: Аналіз міцності вибраних пожежних танків а) бак для Nissan Navara, б) бак для Land Rover Defender |
На вибраних моделях ми спостерігали зміну ваги та двох основних механічних властивостей: міцності та деформації. Порівняння отриманих ваг пожежних цистерн із використанням матеріалу сталь і склопластик наведено в табл. 3.
| Вкладка. 3: Порівняння ваги пожежних танків |
ВИСНОВОК
На можливість практичного використання композитів часто впливають два основні фактори. З одного боку, є відмінні механічні властивості, а з іншого - відносно складна технологія виробництва та відносно більш висока ціна, що в даний час впливає на можливість практичного застосування цих будівельних матеріалів.
В даний час велика увага приділяється розробці матеріалів, які використовуються майже у кожній обробній галузі. Існуючі матеріали, такі як сталь, алюміній або магній, вже обмежені, і потрібно розробляти нові матеріали, які відповідають вимогам, що вимагають більш високих вимог. Остання тенденція - композиційні матеріали, які є дуже легкими та мають хороші механічні властивості.
* * * * *
Основні причини використання сучасних матеріалів, при вирішенні надбудов для базових машин, що використовуються для пожежогасіння, таких як скло або. вуглецеве волокно - це зменшення маси компонентів, одночасно збільшуючи міцнісні властивості, зменшуючи витрату палива та збільшуючи параметри безпеки.
* * * * *
ТЕКСТ/ФОТО: Міхаела ГНІЛІЧОВА Річард ГНІЛІКА, Технічний університет Зволена
Рецензент: Добранський Йозеф, інженер, доктор філософії.