Matrici și materiale de armare

Curs 2 Matrici si materiale de armare pentru compozite performante - Fibre oxidice vitroase

- (1500/3000 cm2/g, funcţie de diametru), obținute din topitură de sticlă prin tehnici speciale

- STRUCTURA FIBRELOR VITROASE

- Structura fibrelor oxidice vitroase este similară cu cea a sticlei masive din care provin, cu anumite particularități

Starea vitroasă – structură și formare - matrici/fibre vitroase

Solidele a căror structură nu prezintă ordine la distanţă sunt numite solide necristaline. Solidele necristaline produse prin topire-subrăcire sunt, în general, numite sticle

- Una din cele mai complete definiţii ale sticlei este: prin sticlă se înţeleg toate solidele necristaline obţinute prin subrăcirea topiturilor indiferent de compoziţia lor chimică şi de temperatura la care are loc rigidizarea.

- În principiu este posibil ca toate solidele cristaline să fie trecute în stare vitroasă, dacă acestea pot fi aduse în stare topită şi apoi răcite cu o viteză care să nu permită cristalizarea (aranjarea structurii)

Starea vitroasă –structura şi formarea ei

- Trebuie evitate generalizările privind structura sticlei.

- Pe lângă structura necristalină de la sine înţeleasă, caracterizăm sticla prin caracterul nano-eterogen al structurii şi prin prezenţa tranziţiei vitroase Tg.

- Tg - temperatura de la care în jos topitura se comportă ca un solid vitros şi la care prin creşterea temperaturii, mobilitatea structurală a sticlei rigide devine suficient de mare (viscozitatea este de ordinul 1013,3dPa.s) pentru a deveni posibile transformări structurale

- La temperaturi mai mari decât Tg lichidul subrăcit este, în principiu, în echilibru termodinamic la fel ca un lichid -lichid vâscos ( fig 1 și 1bis)

- Sub temperatura Tg, crescând viscozitatea procesele de transport sunt ”îngheţate” şi echilibrul este determinat cinetic, sticla este un solid –solid vitros

Starea vitroasă –structura şi formarea ei

Diagrama entalpie-temperatură Effect of temperature on structure - fig 1

Domeniul de temperaturi situat între limitele în care entalpia este corespunzătoare unei stări de echilibru a topiturii şi cea corespunzătoare lichidului subrăcit este denumit domeniul de transformare vitrogenă sau de tranziţie vitroasă

- Tg este în corelaţie cu structura sticlei şi complexitatea sa.

- Variaţia valorii Tg la o compoziţie constantă a sticlei sugerează că și condiţiile de tratare (istoria termică : tratamentele ulterioare rigidizării, recoacerea și călirea) influențează structura, implicit Tg

- Tg depinde de gradul de polimerizare al topiturii-factor comun structural ce determină proprietăţile sticlei.

- Pentru topiturile oxidice Tg este determinat în mare măsură de interacţiunile de tip dipol-dipol şi ion-dipol

- Tg este un indicator al stabilităţii structurale a sticlei :cu cât Tg este mai mare, cu atât domeniul de temperaturi în care sticla este utilizabilă este mai larg : important domeniul de temperaturi în care se păstrează atributele solidului necristalin ( stabilitatea ca solid vitros)

- Solidele vitroase - caracterizate de temperatura tranziţiei vitroase, Tg, la care majoritatea proprietăţilor prezintă o inflexiune

- Există două condiţii esenţiale care definesc starea vitroasă:

- lipsa ordinii la distanţă

- existenţa unei tranziţii vitroase Tg

O definire completă

- Orice solid necristalin, lipsit de ordine la distanţă şi care prezintă o tranziţie vitroasă este o sticlă.

- Dezordonarea structurală specifică solidelor necristaline se realizează cu diferite tipuri de energie, dar mai ales al energiei termice, cu ajutorul căreia se obţine o topitură

- Alte căi : metoda sol-gel, depunere în stare de vapori, iradiere cu neutroni a materialelor cristaline ş.a.

- Aprecierea teoretică a rolului subrăcirii în ceea ce priveşte tendinţa de formare a stării vitroase a fost abordată de către mulţi cercetători, urmărindu-se în general două rute:

- 1-luarea în considerare a structurii topiturii şi naturii legăturilor chimice –teoria structurală;

- 2-cinetica procesului de cristalizare(influenţa factorilor cinetici asupra formării stării vitroase) - teoria cinetică