Mosty kompozytowe wzmacniane włóknami syntetycznymi

Niezastąpione do niedawna włókna szklane obecnie muszą stawić czoła konkurencyjnym włóknom kwarcowym, poliaramidowym, i polipropylenowym. Oprócz odmiennych charakterystyk mechanicznych samych włókien ich właściwości modyfikowane są poprzez różne formy przestrzennego układu. Z jednej strony mamy do czynienia z pasmami włókien równoległych, a z drugiej ze splotem typu mata. Formy pośrednie stanowią włókna splatane w rożnych kombinacjach w kształcie taśmy.

Mosty kompozytowe o konstrukcjach wzmacnianych włóknami syntetycznymi stosowane są coraz odważniej, a wydłużający się okres obserwacji klinicznych potwierdza przydatność tych rozwiązań. Modelowanie/tworzenie mostu wymaga zrozumienia zasad mechaniki konstrukcji tego typu z uwzględnieniem odmienności charakterystycznych dla włókien i materiału kompozytowego o tradycyjnej formie wypełniacza. Określenie tradycyjna forma odnosi się do kształtu cząstek z pominięciem ich wielkości. Kształt zbliżony do kulistego (niejednokrotnie z dużą dozą tolerancji) dotyczy zarówno nanocząstek, jak i dużych wypełniaczy prepolimeryzowanych. Istnieje również grupa materiałów złożonych, w których wypełniaczem są relatywnie krótkie fragmenty włókien szklanych, co sprawia, że tworzywa te mają korzystniejsze właściwości mechaniczne do celów konstrukcyjnych. 

Jak działa konstrukcja mostu kompozytowego?

W skład mostu kompozytowego wchodzą dwa składniki o odmiennych właściwościach, co pozwala na stworzenie nowego doskonałego tworzywa. Ten opis może być niezrozumiały, jeśli uznać, że z materiału kompozytowego, jakim jest typowy kompozyt wypełnieniowy, tworzy się poprzez wprowadzenie włókien nowy zmodyfikowany kompozyt, ale tak najtrafniej można to określić. Poprzez wprowadzenie do struktury materiału złożonego pasm lub splotów włókien uzyskuje się nowy zmodyfikowany materiał kompozytowy. Odpowiada to zarówno definicji kompozytu, jak i znanym opisom budowy uwzględniającym brak homogenności strukturalnej tych tworzyw.

Wystarczy teraz wyobrazić sobie bryłę w kształcie walca, w której zatopione zostały równolegle ułożone włókna, aby zrozumieć, że przestrzenne ich rozmieszczenie istotnie zmodyfikuje wytrzymałość takiej konstrukcji.

W pierwszym przypadku, gdy włókna znajdują się w górnej części konstrukcji, nacisk spowoduje elastyczne odkształcenie włókien i rozrywanie struktury kompozytu po stronie przeciwnej (zdj. 1). W sytuacji odwrotnej...