POLITECHNIKA WARSZAWSKA 

WYDZIAŁ CHEMICZNY 

 
 

ZAKŁAD  TECHNOLOGII  NIEORGANICZNEJ  I  CERAMIKI 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 „Kompozyty ceramika – polimer” 

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego 

 

 

 

 

 

 

Prowadzące: 

Mgr inż. Paulina Bednarek 

Mgr inż. Anna Danelska 

2 

 

I.  Czym są kompozyty? 

 

W literaturze przedmiotu trudno znaleźć spójną i jednoznaczną definicję kompozytu 

(materiału kompozytowego). Definicja z 1967 roku (Krock i Broutman) mówi, że kompozyt 

charakteryzuje się następującymi cechami: 

 

•  Jest materiałem wytworzonym przez człowieka, 
•  Musi się składać, z co najmniej dwóch różnych, (pod względem chemicznym), 

materiałów z wyraźnie zaznaczonymi granicami rozdziału między komponentami, 

•  Komponenty kompozytu tworzą go przez udział w całej objętości, 
•  Kompozyt powinien mieć właściwości różne od jego komponentów. 

 

Ta, czteroczłonowa definicja, choć merytorycznie poprawna i cytowana w większości 

opracowań, wyklucza jednak ze swego zakresu kompozyty naturalne, takie jak np. drewno a 

także materiały platerowane i warstwowe. Stąd potrzeba jej zmodyfikowania i rozszerzenia na 

potrzeby nowoczesnej nauki o materiałach. Najczęściej  kompozyt definiowany jest jako 

materiał utworzony z co najmniej dwóch komponentów (faz) o różnych właściwościach w 

taki sposób, że ma właściwości lepsze i (lub) właściwości nowe (dodatkowe) w stosunku do 

komponentów użytych osobno lub wynikających z prostego sumowania tych własności – 

kompozyt jest materiałem zewnętrznie monolitycznym, jednakże z widocznymi granicami 

między komponentami. Jeśli dana właściwość kompozytu jest bardziej korzystna niż suma 

właściwości jego poszczególnych komponentów, mówi się o tzw. efekcie synergii. 

Występowanie tego efektu przemawia za stosowalnością kompozytów jako nowoczesnych 

materiałów o licznych zastosowaniach we współczesnej technice.  

 

 

II.  Podział kompozytów 

 

Brak ogólnie akceptowanej definicji kompozytów utrudnia dokonanie ich pełnej 

klasyfikacji w sposób niebudzący zastrzeżeń. Poniżej przedstawiono kilka różnych 

możliwości klasyfikacji kompozytów.  

 

 

3 

 

Podział w zależności od pochodzenia: 

•  Kompozyty naturalne 
•  Kompozyty zaprojektowane i wytworzone przez człowieka 

 

 

Podział ze względu na przeznaczenie: 

•  Kompozyty konstrukcyjne 
•  Kompozyty o szczególnych właściwościach chemicznych czy fizycznych 

 

 

Podział według rodzaju osnowy: 

•  Kompozyty o osnowie niemetalicznej: 

- polimerowej 

- ceramicznej 

- półprzewodnikowej 

•  Kompozyty o osnowie metalicznej 

 

 

Podział uwzględniający kształt i wymiary komponentów zbrojących w kompozycie 

konstrukcyjnym: 

•  Kompozyty zbrojone włóknem: 

- ciągłym 

- krótkim 

- wyrobami z włókien, tkaniny, maty itp. 

•  Kompozyty umocnione cząstkami 
•  Kompozyty umocnione dyspersyjnie 

 

 

Możliwy jest także podział uwzględniający sposób rozmieszczenia komponentów w 

kompozycie lub technikę łączenia ich w całość. Najprostszy podział kompozytów ze względu 

na materiał komponentów przedstawiono na schemacie. 

4 

 

 

 

 

III.  Kompozyty ceramika – polimer 

III.1. Podstawowe informacje 

 

Kompozyty polimerowe wzmacniane włóknami lub cząstkami proszków – PMC 

(Polimer Matrix Composites) są efektem poszukiwań nowych materiałów konstrukcyjnych, 

doskonalszych od stosowanych dotychczas – głównie ze względów wytrzymałościowych. 

Zastosowanie polimerów jako osnowy nadaje takim kompozytom wiele korzystnych cech, 

takich jak lekkość, odporność na korozję, zdolność  tłumienia drgań, dobra izolacyjność 

elektryczna i cieplna oraz łatwość kształtowania. Atrakcyjne cechy kompozytów tego typu 

przesądzają o zasięgu ich zastosowania – od konstrukcji narażonych na silne obciążenia, a 

jednocześnie lekkich (szybowce, zespoły konstrukcyjne samolotów czy rakiet), przez 

elementy niepracujące w warunkach znacznych obciążeń mechanicznych (np. osłony lub 

obudowy maszyn, płyty i szkielety urządzeń elektrycznych i elektronicznych), do 

oprzyrządowania produkcyjnego (np. modele i foremniki do przeróbki plastycznej). 

 

Składnikami strukturalnymi kompozytów polimerowych są: 

•  Polimery – zarówno duroplasty jak i termoplasty, rzadziej stosowane są elastomery. 

Wymienione polimery stanowią osnowę kompozytu. 

•  Włókna wzmacniające – najczęściej składnikami kompozytów polimerowych są 

włókna szklane ciągłe lub cięte, a także tkaniny lub maty, ponadto używa się również 

włókien węglowych oraz organicznych, a niekiedy także naturalnych. 

•  Napełniacze proszkowe – różnego typu proszki ceramiczne. 

5 

 

Kompozyty polimerowe zawsze zawierają pierwszy wymieniony składnik – polimer, 

oraz składnik drugi lub trzeci. W niektórych kompozytach polimerowych występują trzy 

wymienione składniki strukturalne jednocześnie.  

Oprócz składników strukturalnych, w skład kompozytów polimerowych wchodzą 

także różne inne substancje, nazywane środkami pomocniczymi i modyfikującymi. Do 

środków pomocniczych należą m.in. utwardzacze, środki antyadhezyjne, zagęszczacze 

chemiczne,  środki upłynniające i smarujące. Do środków pomocniczych można zaliczyć 

pigmenty i barwniki, środki antyelektrostatyczne, antypireny, spieniacze, stabilizatory, 

antyutleniacze i in. Dobór środków modyfikujących i pomocniczych zależy od rodzaju 

polimeru, metody wytwarzania kompozytów, kształtu i właściwości wyrobu itp.  

 

Polimery stosowane jako osnowa w kompozytach ceramika - polimer 

 

Polimery stosowane jako osnowa w kompozytach spełniają następujące istotne funkcje: 

•  Umożliwiają przenoszenie obciążeń na włókna, 
•  Nadają wyrobom pożądany kształt, 
•  Decydują o właściwościach cieplnych i chemicznych oraz o palności kompozytów, 
•  Wywierają istotny wpływ na metody wytwarzania kompozytów.  

 

Jak wcześniej wspomniano, w kompozytach polimerowych stosuje się trzy rodzaje 

polimerów wykorzystywanych jako osnowa kompozytu. Są to duroplasty, czyli polimery 

termo- lub chemoutwardzalne, termoplasty i rzadziej elastomery. Duroplasty są zwykle gęsto 

usieciowane i prawie zawsze amorficzne, sieciowanie przeciwdziała płynięciu polimeru, 

dlatego duroplasty są nietopliwe, w wyniku działania wysokiej temperatury ulegają 

rozkładowi. Duroplasty są materiałem sprężysto – kruchym aż do temperatury rozkładu. 

Ponadto sieciowanie duroplastów podnosi ich odporność na działanie rozpuszczalników i 

długotrwałe obciążenia. 

 

Przykładowe duroplasty stosowane jako osnowa kompozytów polimerowych: 

 

•  Epoksydy 
•  Żywice melaminowo – formaldehydowe 
•  Poliestry 

6 

 

•  Żywice fenolowo – formaldehydowe 
•  Silikony 

 

Produkowane w skali masowej termoplasty, takie jak np. polietylen czy polipropylen, są 

tańsze niż duroplasty, a wzmocnienie ich odpowiednich komponentem w ramach 

wytwarzania kompozytu, może nadać im oczekiwane właściwości materiałów 

konstrukcyjnych. Termoplasty wykazują większe efekty płynięcia pod obciążeniem czy pod 

wpływem działania wysokiej temperatury niż duroplasty, co jednak ułatwia ich przetwarzanie 

czy recykling materiałowy.  

 

Przykładowe termoplasty stosowane jako osnowa kompozytów polimerowych: 

 

•  Poliamidy 
•  Polistyren 
•  Poli(chlorek winylu) 
•  Polipropylen 
•  Poliwęglan 

 

III.2. Włókna i proszki stosowane jako napełniacze w kompozytach 

ceramika - polimer 

 

Włókna i proszki stosowane jako napełniacze w kompozytach polimerowych powinny 

spełniać następujące warunki: 

•  Obojętność chemiczna w stosunku od żywic osnowy, nie powinny one wpływać na 

przebieg procesów utwardzania w polimerze, 

•  Wysoki stopień dyspersji w mieszaninie, 
•  Dobra zwilżalność przez stosowane żywice,  
•  Nie powinny zawierać wody krystalicznej i powierzchniowej. 

 

Przedstawione powyżej wymagania spełniają proszki pochodzenia mineralnego: krawcowe, 

krzemionkowe, dolomitowe, kaolinowe itp. Stosuje się także sproszkowane metale czy ich 

tlenki: np. żelaza, glinu. Można stosować też materiały syntetyczne, np. cząstki szkła. 

7 

 

Kompozyty z osnową polimerową mogą być również wzmacniane grubymi i mocnymi 

włóknami wkomponowanymi w miękką i ciągliwą osnowę. Najbardziej rozpowszechnionymi 

rodzajami wzmocnienia stosowanymi w kompozytach PMC są włókna szklane – G (Glass), 

węglowe – C (Carbon)  i aramidowe – A (Aramid).  Stąd też kompozyty PMC wzmacniane 

włóknami  szklanymi są określone akronimem GFRP (Glass Fibre Reinforced Plastics) i 

analogicznie wzmacniane włóknami węglowymi jako CFRP czy aramidowymi jako AFRP. 

Dobór rodzaju napełniacza proszkowego zależy wyraźnie od oczekiwanych 

właściwości tworzywa. Jeśli np. kompozyt po utwardzeniu ma się charakteryzować znaczną 

twardością i odpornością na ścieranie to jako napełniacz przydatne będę proszki kwarcowe 

czy dolomitowe. Cechy dielektryczne kompozytu można modyfikować proszkiem 

grafitowym – zwiększa on przewodność elektryczną, a przewodność cieplną kompozytu 

poprawia dodatek proszków metali. Jeśli kompozyt ma zostać zastosowany w elementach 

niepracujących, wygodnym napełniaczem będzie np. talk. 

 

Wpływ zawartości napełniacza ceramicznego na właściwości mieszaniny objawia się w 

dwojaki sposób: 

•  W stanie nieutwardzonym zwiększa on lepkość układu, 
•  W stanie utwardzonym polepsza jego właściwości w pożądanym kierunku, np. pod 

względem wytrzymałości mechanicznej. 

 

W stanie nieutwardzonym istotną cechą jest lepkość mieszaniny napełniacza i żywicy 

– powszechnie bowiem stosowaną metodą formowania wyrobów z kompozytów 

proszkowych jest technika odlewania. Im bardziej skomplikowany geometrycznie kształt 

wyrobu, tym większa trudność całkowitego wypełnienia formy przez mieszaninę o wysokiej 

lepkości.  

Lepkość mieszaniny żywicy z napełniaczem zależy od rodzaju napełniacza, jego 

stopnia dyspersji, wielkości cząstek proszku, ich kształtu i przede wszystkim – udziału 

procentowego w mieszaninie. Im drobniejsze są ziarna proszku i im bardziej rozwinięta ich 

powierzchnia, tym większa będzie lepkość mieszaniny przy tej samej zawartości napełniacza.  

W kompozytach proszkowych nie istnieje optymalna zawartość napełniacza, tak jak 

teoretyczne 65% dla kompozytów włóknistych. Ilość  tę ustala się każdorazowo 

doświadczalnie, zgodnie z zasadą: należy dodać taką ilość proszku, aby jego mieszanina z 

wybraną  żywicą zdołała całkowicie wypełnić wszystkie elementy formy. Podgrzanie 

mieszaniny przed procesem odlewania pozwala na odpowiednie zwiększenie udziału fazy 

8 

 

stałej w masie, w wyniku obniżenia lepkości polimeru, co jest korzystne dla właściwości 

kompozytu. Należy jednak pamiętać,  że podwyższona temperatura przyspiesza proces 

utwardzania żywicy.  

Zawartość napełniacza, jego rodzaj, kształt i wielkość ziarna silnie wpływają na 

parametry kompozytu. O ile zawartość napełniacza nie wpływa znacząco na doraźną 

wytrzymałość kompozytu na rozciąganie, to już moduł sprężystości liniowej i moduły 

wyznaczane w próbach ściskania i zginania wyraźnie wzrastają w funkcji stopnia napełnienia.  

Aby zwiększyć twardość kompozytu proszkowego należy użyć proszków twardych 

materiałów, np. korundu. Od rodzaju proszku zależy także silnie odporność tworzywa na 

ścieranie. Wielkość ziaren proszku powiązana jest znacząco z kruchością kompozytu – Im 

grubsze ziarna, tym większa kruchość materiału. Za pomocą dodatku różnych proszków 

można także modyfikować przewodność czy rozszerzalność cieplną kompozytów. 

Szczególnie przydatne do tego typu zastosowań są proszki metali.  

 

**

*

** 

Ciekawym przykładem powszechnie stosowanego polimerowego kompozytu 

proszkowego jest tzw. polimerobeton.  

Polimerobeton zwany betonem żywicznym to kompozyt budowlany, odmiana betonu, 

w którym tradycyjne spoiwo - cement, zastąpione zostało w całości poprzez żywice 

syntetyczne z układem utwardzającym wraz z wypełniaczem, mieszanką piaskowo - żwirową 

i mączką kwarcową. Spoiwo polimerobetonu decyduje w pierwszym rzędzie o poprawie 

wytrzymałości względem zwykłego betonu, w szczególności o chemoodporności. W 

polimerobetonie wyeliminowano najsłabszą część standardowego betonu - hydrauliczne 

spoiwo mineralne.  

 

9 

 

Zastosowanie  żywic zamiast tradycyjnego spoiwa pozwala uzyskać szereg 

interesujących właściwości takich jak wysoka odporność chemiczna na wiele agresywnych 

substancji chemicznych czy wysoka wytrzymałość mechaniczna polimerobetonu.  

IV.  Cel i wykonanie ćwiczenia 

 

Celem  ćwiczenia jest sporządzenie kompozytów ceramika-polimer o osnowie 

polimerowej z napełniaczami ceramicznymi oraz określenie wpływu ilości i wielkości ziaren 

proszku napełniacza na właściwości otrzymanych mas kompozytowych przed utwardzeniem 

oraz wytrzymałość na rozrywanie odlanych z kompozytu elementów. 

 

1.  Przygotowanie kompozytów: 

a.  Osnowa polimerowa: żywica epoksydowa Epidian 6® o gęstości 1,17 g/cm

3

 (w 20°C) 

w ilości 20 ml dla każdego rodzaju  przygotowywanych kompozytów 

b. Napełniacze:  

¾  piasek szklarski o wielkości ziarna > 0,10 mm 

¾  piasek szklarski o wielkości ziarna < 0,08 mm 

(w obliczeniach należy przyjąć gęstość piasku równą 2,65 g/cm

3

) 

c.  Utwardzacz: Z-1, (13 %wag w stosunku do ilości żywicy) 

d. Rozcieńczalnik: eter fenylowo – glicydylowy, jedna ampułka na 20 ml żywicy. 

 

Udział objętościowy każdego proszku w żywicy wynosi 10 i 15% obj.  

 

2.  Mieszanie składników kompozytów – dodawanie komponentów w kolejności:  żywica, 

rozcieńczalnik, proszek, utwardzacz. Po dodaniu każdego składnika należy starannie 

rozmieszać mieszaninę plastikową łyżeczką.  

3.  Oszacowanie lepkości każdej masy za pomocą pomiaru czasu wypływu z kubka Forda. 

Poza masami, należy wykonać także pomiar dla wody.  

4.  Odlanie po 5 kształtek z każdego kompozytu do silikonowej formy.  

5.  Wyjęcie kształtek z form po utwardzeniu żywicy, zwymiarowanie, zważenie i obliczenie 

gęstości kompozytów.  

6.  Oznaczenie wytrzymałości na rozrywanie („test brazylijski”) otrzymanych kształtek 

kompozytowych oraz określenie w jaki sposób wielkość ziaren napełniacza i jego ilość 

wpływa na wytrzymałość kompozytu na rozrywanie. 

10 

 

Wytrzymałość mechaniczna na rozrywanie W

roz 

 [MPa] dla elementów w kształcie dysków: 

 

W

roz

 = 2P/πφh 

gdzie: 

P – siła niszcząca [N] 

φ – szerokość kształtki [mm] 

h – wysokość kształtki [mm] 

 

Literatura 

[1] 

Boczkowska A., Kapuściński J., Puciłowski K., Wojciechowski S., „Kompozyty”, 

Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000.  

[2] 

Leda H., „Kompozyty polimerowe z włóknami ciągłymi : wytwarzanie, właściwości, 

stosowanie”, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2006 

[3] 

http://www.mechanik.media.pl/_pdf/2892_artykul-1.pdf 

[4] 

http://www.sytec.pl/polimerobeton.php 

 

 

Sprawozdanie powinno zawierać: 

 

1)  Imiona i nazwiska studentów, daty laboratoriów, tytuł ćwiczenia 

2)  Krótki wstęp: cel ćwiczenia, metodyka pracy 

3)  Przykładowe obliczenia ilości dodatków potrzebnych do przygotowania kompozytów na 

podstawie podanych udziałów procentowych  

4)  Opis przeprowadzonych badań oraz zestawienie otrzymanych wartości lepkości, (czas 

wypływu z kubka Forda) i wytrzymałości mechanicznej na rozrywanie, (również 

wartości średnie), w postaci tabel wraz z komentarzami 

5)  Wnioski, (a nie tylko obserwacje), z przeprowadzonych badań 

 

 

Sprawozdanie powinno być dostarczone nie później niż tydzień od dnia zakończenia 
ćwiczenia. 
 
Zaliczenie  ćwiczenia odbywa się na podstawie: kolokwium, obecności i aktywnego 
uczestnictwa w ćwiczeniu, wykonaniu i pozytywnej ocenie sprawozdania.