🏗️ Analogia do żelbetu?
Żelbet jest tak wytrzymały/przystępny cenowo, ponieważ:
- to kompozyt łączący materiały o przeciwstawnych profilach wytrzymałościowych
- główny składnik, czyli beton, jest bardzo tani – daje możliwość tworzenia wielkich konstrukcji
- beton ma bardzo dobry stosunek twardości do ceny
- łatwy do formowania – wypełnia docelową formę
Beton (bez zbrojenia stalą) jest wyjątkowo wytrzymały na siły ściskające, ale bardzo wrażliwy na siły rozciągające. Z kolei stal jest bardzo wytrzymała na siły rozciągające, ale nie aż tak na siły ściskające. Stal jest też wytrzymała na ściskanie. Kluczowe jest jednak to, że beton jest znacznie tańszy od stali. Ponadto z betonu łatwo formować duże konstrukcje i jest odporny na korozję. Główną wadą tego typu kompozytu (żelbetu) jest masa!
🫧 Nowe podejście do kompozytu – wysokociśnieniowa pianka zbrojona
A gdybyśmy tak stworzyli nowy kompozyt, mieszając dwa lub więcej głównych materiałów odpornych na siły rozciągające i ściskające, ale materiał ten byłby o niebo lżejszy? Czy to możliwe i opłacalne? W niedalekiej przyszłości – tak!
Lekki i tani materiał odporny na siły ściskające? Gaz (powietrze itp.) w Twoich płucach! Ale chwila moment, gaz jest odporny na ściskanie?! W uproszczeniu to tylko kwestia ciśnienia gazu. Gaz pod wysokim ciśnieniem, dążąc do rozprężenia, może przeciwstawić się niemal każdej sile ściskającej. To kwestia ciśnienia.
Materiał odporny na siły rozciągające? Oczywiście włókna węglowe. Bąbelki z włóknem węglowym – płynny polimer z dużą gęstością włókien węglowych.
Gaz się rozpręża i nie pozwala na wytworzenie pęcherzyków pod wysokim ciśnieniem? – Mamy 3 główne sposoby na zrobienie pęcherzyków wysokociśnieniowych:
- Wytwarzanie piany w atmosferze bardzo wysokiego ciśnienia. W normalnej atmosferze gaz w pęcherzyku ma znacznie wyższe ciśnienie niż ciśnienie atmosferyczne. Ciśnienie w pęcherzykach piany = ciśnienie formowania – atmosferyczne. Ma to mnóstwo wad, zwłaszcza przy dużych konstrukcjach lub w materiale, który miałby pracować pod wysokim ciśnieniem.
- Wytwarzanie piany w niskiej temperaturze ze skroplonym gazem, który rozpręża się w normalnej temperaturze – problemem jest materiał, który mógłby spienić się w niskich temperaturach…
- Wytworzenie ciśnienia gazu w pęcherzykach przy użyciu aktywatora. Np. formowanie kształtu w normalnych warunkach, a potem uruchomienie wewnętrznego, jednokierunkowego procesu uwalniającego gaz do pęcherzyków, co podnosi ciśnienie wewnętrzne.
- Formowanie laserowe
Wysokociśnieniowa pianka kompozytowa nie jest sztywna jak żelbet, bo zawiera ściśliwy gaz? W wielu przypadkach będzie to zaletą, ponieważ zredukuje/rozproszy wibracje i naprężenia materiałowe.