Możliwości cięcia wodą cz. 3 – Materiały wielowarstwowe, kompozyty.

Kompozyt, to materiał, który posiada strukturę niejednorodną, złożoną z dwóch lub więcej komponentów o różnych właściwościach. W większości wypadków jeden z komponentów stanowi lepiszcze, które gwarantuje jego twardość, spójność, elastyczność i odporność na ściskanie, a drugi, tzw. komponent konstrukcyjny, zapewnia większość pozostałych własności mechanicznych kompozytu. W uproszeniu kompozyty to materiały wykonane z więcej niż z jednego materiału. Fazy mogą być ze sobą przeplatane lub położone względem siebie jedna pod drugą.

W przemyśle kompozyty można spotkać wszędzie tam, gdzie potrzebna jest wysoka wytrzymałość i niska waga lub odporność na skrajnie różne rodzaje obciążeń (np. zginanie i ściskanie). Jednym z kompozytów, jaki masz prawdopodobnie w tej chwili pod swoimi nogami, jest żelbet. Jest to udane połączenie kruchego ale bardzo odpornego na ściskanie betonu z prętami zbrojeniowymi odpornymi na rozciąganie. Dzięki temu połączeniu żelbet ma wielokrotnie większą wytrzymałość od samego betonu i możliwe jest budowanie nawet wysokich na kilkaset metrów wieżowców. Żelbeton można oczywiście ciąć wodą, ale odbywa się to dość rzadko. Mi zdarzyło się to raz przy okazji testu cięcia ściany sejfu wykonanej ze żelbetu oraz dodatkowo 2 warstw stali.

Waterjet radzi sobie z kompozytami różnie. Jeśli kompozyt ma wyraźne odznaczające się warstwy, to wszystko zależy od tego jaka jest ich kolejność, jak różnią się od siebie pod względem twardości oraz jak dobrze są ze sobą połączone.

Rozpatrzmy dwa przykłady. Pierwszy, gdy górna warstwa jest wykonana z materiału wyraźnie twardszego niż warstwa pod spodem. W takim przypadku strumień wody przebija się przez twardy materiał i dalej bez problemów radzi sobie z materiałem miękkim, który nie stanowi dla niego większego oporu. Gdy obrócimy materiał i u góry damy warstwę miękką, a na dole twardą, nie jest już tak różowo. Woda bez problemów przechodzi przez górną, miękką warstwę i próbując ciąć twardszy materiał, częściowo odbija się od niego penetrując materiał nad nim.

Kiedyś dostałem do cięcia materiał składający się z trzech warstw. Górna plexi 2mm, środkowa ok 4mm przypominająca przeźroczysty silikon, dolna plexi 2mm. Niestety próba cięcia się nie udała i to pomimo, że nie musiałem wykonywać otworów z przebiciami na środku materiału, bo cięcie zaczynało się z boku. Ustawiłem bardzo wolny posuw, pomimo to silikon wymył się z pomiędzy warstw tworzywa, przez co całą próba zakończyła się porażką.

Wnioski płyną z tego takie, że każdy kompozyt tnie się inaczej, a problemy pojawiają się w przypadku połączenia warstw bardzo miękkich z twardymi. Im większa różnica w twardości pomiędzy warstwami tym większe problemy wystąpią podczas cięcia. W przypadku kompozytów 2 warstwowych najlepsze efekty uzyskamy kładąc je na stole twardszą warstwą u góry.

Ciekawe zlecenie materiału wielowarstwowego miałem z wojska. Nie chcieli podać nazwy. Podobno uczestniczyłem w tajnych testach materiału, który miał stanowić pancerz w ultranowoczesnych wozach bojowych, nie wnikałem głębiej. Dostałem kostkę wielkości 10×10 cm i grubości ok 3 cm złożoną z setek warstw bardzo cienkiego, beżowego materiału przypominającego pergamin. Woda ze ścierniwem świetnie sobie z tym poradziła, nic się nie rozwarstwiło. Dowództwo było zachwycone. Za testy mi podziękowali, obiecali, że się odezwą, ale od kilku lat milczą. Szkoda, a myślałem, że będę mógł się jeszcze przyczynić do zwiększenia obronności naszego kraju 🙂

O próbach dla wojska napiszę jeszcze w przyszłości.

To tyle na dziś. Napiszę jeszcze więcej o kompozytach, a zwłaszcza o włóknie węglowym przy okazji kolejnego wpisu z działu możliwości cięcia wodą.