Hosszú szénszállal er sített m anyagkompozitok mechanikai tulajdonságainak vizsgálata Varga Csilla*, Miskolczi Norbert*, Bartha László*, Falussy Lajos** *Pannon Egyetem Vegyészmérnöki és Folyamatmérnöki Intézet Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszék ** Dr. Falussy Mérnöki Iroda, Kaposvár
M szaki Kémiai Napok’07 Veszprém, 2007. április 26.
Kompozitok két vagy több különböz anyag kombinációjából létrejöv anyagtársítások fa, csont, vályogtégla modern kompozitok: er sít anyagok (szálas, szemcsés, lemezes) köt anyagok (szerves, szervetlen fémes és nem fémes) – beton (szemcsés) – fa rétegelt lemezek – szálkompozitok
Száler sített kompozitok I. • • • • • • • •
nagy szilárdság kis s r ség korrózióval és vegyi anyagokkal szembeni ellenállás kis h tágulás h - és hangszigetel képesség rezgéscsillapítás jó mérettartás hosszú élettartam
Száler sített kompozitok II. Felépítés Mátrix: polimer H re keményed : EPOXI, PÉ, VÉ sok térhálósodási hely
nagy stabilitás és h állóság
H re lágyuló: PA, PÉ, poliolefinek, PC, PS, PVC, PUR, EVA kevés térhálósodási hely
rugalmas, formálható
Szál: természetes, természetes alapú mesterséges, ásványi, mesterséges
Adalék: összeférhet séget javító, lágyító, stabilizáló, égésgátló, antioxidáns
Száler sített kompozitok III. MÁTRIX Feladata a szálak adott irányban tartása, illetve elválasztása SZÁLAK F tehervisel elemek • nagy szilárdság • nagy rugalmassági modulusz • általában a kompozit húzó- és hajlítószilárdságát növelik
Száler sített kompozitok IV. Az iparban leginkább használt szálak: üveg olcsó, nagy szilárdság és h állóság, viszonylag kicsi modulusz és gyenge koptatással szembeni ellenállás
szén kis s r ség és h tágulás, kiváló elektromos vezet képesség, jó h állóság, nem veszi fel a nedvességet és nem mágnesez dik
aramid kivételesen nagy üt szilárdság, húzószilárdság és h állóság
legújabban: bór, kvarc, PE
Célkit zések szénszállal er sített kompozitokban a szénszál és a polimer mátrix összeférhet ségének javítása kompatibilizáló adalék alkalmazásával hosszú szénszállal er sített kompozitok el állítása szénszál hatásának vizsgálata a kompozitok mérettartási és elektromos tulajdonságaira
Felhasznált anyagok m anyagok PP (TIPPLEN K392, MFI=12g/10min; 230°C, 2160g, TVK Rt. ) HDPE (Liten MB 77, MFI=16.0 g/10min; 190°C, 2160g, CHEMOPETROL ) EVA (Miravithene D1410, MFI=10g/10min; 190°C, 2160g, Innospec Leuna GmbH) szénszál PANEX®35, húzószilárdsága 3800 MPa, modulusa húzásra 242 GPa, s r sége 1,81g/cm3, d=7,1 mØ, széntartalma 95%.
kompatibilizáló adalék Pannon Egyetem, Vegyészmérnöki és Folyamatmérnöki Intézet, Ásványolajés Széntechnológiai Intézeti Tanszékén el állított adalék
Eredmények I.
PP
30
HDPE
PP
25 20 15 10 5 0
2
5
10
Szénszáltartalom, %
Szakítószilárdság változása, %
Szakítószilárdság változása, %
SZAKÍTÓVIZSGÁLATOK I.
HDPE
14 12 10 8 6 4 2 0 -2 200N
400N
600N
El terhelés, N
PP és HDPE kompozitok szakítószilárdságváltozása a szénszáltartalom függvényében
PP és HDPE kompozitok szakítószilárdságváltozása az el terhelés függvényében (10% szénszál)
Eredmények II.
Szakítószilárdság változása, %
SZAKÍTÓVIZSGÁLATOK II.
Szakítószilárdság változása, %
50 40 30 20 10 0 -10
2
5
10
14 12 10 8 6 4 2 0 50 N
100 N El terhelés, N
150 N
Szénszáltartalom, %
EVA kompozitok szakítószilárdság-változása a szénszáltartalom függvényében
EVA kompozitok szakítószilárdság-változása az el terhelés függvényében (10% szénszál)
Eredmények III. HAJLÍTÓVIZSGÁLAT PP
400
HDPE
EVA
Hajlítószilárdság változása,%
350 300 250 200 150 100 50 0
2
5
10
Szénszáltartalom, %
Szénszállal er sített h re lágyuló kompozitok hajlítószilárdságának változása
Eredmények IV. ÜTÉSI VIZSGÁLATOK
Charpy üt munka, kJ/mm
2
20.00
15.00
10.00
PP HDPE
5.00
0.00
0
2 5 Szénszáltartalom, %
10
PP és HDPE kompozitok ütési szilárdsága a szénszáltartalom függvényében
Eredmények V. Mérettartás fontos követelmény a h re lágyuló m anyagkompozitok gyártása és alkalmazása során szénszáler sítés alkalmazásával a polipropilén mérettartása jelent sen javítható
Elektromos vizsgálatok m anyagok felhasználásakor számos probléma forrása lehet az elektrosztatikus feltölt dés (feltölt dést gátló anyagok adagolása) a 2% szénszáltartalmú mintadarab még szigetel ként min síthet , a 10% szénszáltartalmú már vezet ként viselkedett
Eredmények VI.
Polipropilénr l készített SEM felvétel
5% szénszállal er sített polipropilénr l készített SEM felvétel
Eredmények VII.
Szénszálról (izzítási maradék) készített SEM felvétel
Szénszálhosszúság alakulása a pirolízis után
Összefoglalás a h re lágyuló m anyagok (PP, HDPE, EVA) mechanikai tulajdonságai javultak az el állított adalékkal bevont szénszál alkalmazásával el terhelés alkalmazásával tovább javultak a mechanikai tulajdonságok az el terhelés nélküli esethez viszonyítva az el terhelés növelésével egyre nagyobb mérték javulás érhet el, de az el terhelés túlzott növelése a tulajdonságok romlását idézte el szénszál alkalmazása kedvez en befolyásolja a termék zsugorodási hajlamát, ez lehet vé teszi a h re lágyuló m anyagok egyre szélesebb körben történ alkalmazását, különösen azokon a területeken, ahol eleve nagyméret alkatrészeket kell gyártani a kés bbi alkalmazás szempontjából kedvez lehet továbbá, hogy 5% feletti szénszáltartalom esetén jelent sen megn a PP kompozit elektromos vezet képessége
Köszönöm a figyelmet!
