Polimer nanokompozit blendek mechanikai és termikus tulajdonságai

Átírás

1 SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Anyagtudományi és Technológiai Tanszék Polimer nanokompozit blendek mechanikai és termikus tulajdonságai Dr. Hargitai Hajnalka, Ibriksz Tamás Mojzes Imre Nano Törzsasztal Február 28. 1

2 Bevezetés 1. Polimer blend: két vagy több műanyag ötvözése kémiai szintézis nélkül, költségkímélő módon igényre szabott tulajdonságok PA6 és a HDPE: elterjedt műszaki alapanyagok (csomagoló- és autóipar) Jó feldolgozhatóság nagyfokú gázzáró képesség kedvező mechanikai tulajdonságok 2

3 Bevezetés 2. PA6/HDPE: PA6 kiváló termo-mechanikai tulajdonságait polietilén könnyebb feldolgozhatósága, a dinamikus hatásokkal szembeni jó ellenálló képesség és alacsonyabb ár. +MAH KÉMIAI INKOMPATIBILITÁS 3

4 Bevezetés 3. Polimer nanokompozit (CNT, MMT) Montmorillonit agyagásvány: mechanikai tulajdonságok növekedése, vagy pl. a barrier (labirintus) hatás következtében javulhat a gázzáró képesség és a hőállóság. 4

5 Célkitűzés PA6/HDPE blendek előállítása, tulajdonságainak, elsősorban a mechanikai jellemzők, módosítása, javítása: 1. Kémiai kapcsolóanyag, illetve nanorészecskék alkalmazása, kombinálása; 2. Montmorillonit mechanikai őrlésének hatása. 5

6 Alapanyagok Mátrix anyagok: PA6 HVF (A. Schulman), HDPE: TIPELIN 6000B (TVK) (MFR 5 kg 190 C: 1,30 g/10 perc). Kompatibilizálószer: Polybond 3009 (Chemtura Corp.) 1tömeg% PEgMA (Mw=186000). Nanorészecskék Cloisite 20 A, Cloisite 93 A Southern Clay Products (organofilizált montmorillonit, réteges szerkezetű szilikát) (MMT) SEP 6

7 Előállítás Kompozitgyártás Labtech ikercsigás laboratóriumi extruderben, az alapanyagok megfelelő előszárítása után. Zónahőmérsékletek: 75t% HDPE /25t% PA6: C A próbatesteket előállítása fröccsöntéssel az MSZ EN ISO szabványnak megfelelő méretben (Engel ES 200H/80V/50HL-2F-2K). 7

8 Vizsgálatok Szabványos vizsgálatok Szakítóvizsgálat Hárompontos hajlítóvizsgálat Charpy-féle ütve-hajlító vizsgálat Folyóképesség mérés DSC SEM 8

9 Mechanikai őrlés montmorillonit nanorétegek szétválasztása hatékonyabb elkeverés a polimer mátrixban MMT ATTRITOR Magas fordulatszám Nagy energia bevitel Nagy mennyiség őrlése 9

10 Mechanikai Őrlés Union Process attritor UP-HD/HDDM-01 őrlőtégely: 1400 cm3 keverőszár sebessége: 420 rpm Jelölés M (1) M (2) M (3) M C93A (1) M C93A (2) MMT Cloisite 20A Cloisite 93A Őrlési idő [min] 15 3x10 12x x10 10

11 Összetétel jelölés név PEgMA* MMT* [t%] [t%] 1 Blend K_3 M(1) K_3 M(2) K_3 M(3) K_1 M (C93A) K_3 M (C93A) K_3 M C93A(1) K_3 M C93A(2) 1 3 PA6/HDPE 25/75 TÖMEG% *: a mátrixanyagra vonatkoztatott tömeg 11

12 Blend 1 M 3 M 1 K_1 M 1 K_3 M 1 K_3 M(1) 1 K_3 M(2) 1 K_3 M(3) SZAKÍTÓVIZSGÁLAT (MSZ EN ISO 527) (1 mm/perc, 50 mm/perc) 1 K_1 M C93A 1 K_3 M C93A 1 K_3 M C93A(1) 1 K_3 M C93A(2) Blend 1 M 3 M 1 K_1 M 1 K_3 M 1 K_3 M(1) 1 K_3 M(2) 1 K_3 M(3) 1 K_1 M C93A 1 K_3 M C93A 1 K_3 M C93A(1) 1 K_3 M C93A(2) Húzó rugalmassági modulusz [MPa] Húzószilárdság [MPa] Referencia: 0% +7% +5% 0% +7% +6% (26%) (24%) (12%) (20%) (18%) +2% +7% K: PEgMA M: MMT K: PEgMA M: MMT 12

13 Blend 1 M 3 M 1 K_1 M 1 K_3 M HÁROMPONTOS HAJLÍTÓVIZSGÁLAT (MSZ EN ISO 178) (2 mm/perc) 1 K_3 M(1) 1 K_3 M(2) 1 K_3 M(3) 1 K_1 M C93A 1 K_3 M C93A 1 K_3 M C93A(1) 1 K_3 M C93A(2) Blend 1 M 3 M 1 K_1 M 1 K_3 M 1 K_3 M(1) 1 K_3 M(2) 1 K_3 M(3) 1 K_1 M C93A 1 K_3 M C93A 1 K_3 M C93A(1) 1 K_3 M C93A(2) Hajlító rugalmassági modulusz [MPa] +12% (33%) +5% (24%) +11% (32%) Határhajlító feszültség [MPa] +18% (34%) +10% (25%) +18% (34%) K: PEgMA M: MMT K: PEgMA M: MMT 13

14 CHARPY-FÉLE ÜTVE-HAJLÍTÓ VIZSGÁLAT (MSZ EN ISO 179) Blend 1 M 3 M 1 K_1 M 1 K_3 M 1 K_3 M(1) 1 K_3 M(2) 1 K_3 M(3) 1 K_1 M C93A 1 K_3 M C93A 1 K_3 M C93A(1) 1 K_3 M C93A(2) Ütve-hajlító szilárdság [kj/m 2 ] K: PEgMA M: MMT 14

15 FOLYÓKÉPESSÉG VIZSGÁLAT (240 C, 10 kg) Blend 1 M 3 M 1 K_1 M 1 K_3 M 1 K_3 M(1) 1 K_3 M(2) 1 K_3 M(3) 1 K_1 M C93A 1 K_3 M C93A 1 K_3 M C93A(1) 1 K_3 M C93A(2) MVR [cm 3 /10 perc] % +11% K: PEgMA M: MMT 15

16 SEM vizsgálat HDPE / PA6 75/25 HDPE/PA6-1% PEgMA -3% MMT 16

17 DIFFERENCIÁLIS PÁSZTÁZÓ KALORIMETRIA DSC SETARAM DSC131 EVO 17

18 DSC mérési görbe 18

19 DSC mérés eredményei (max. 270 C, 20 C/min) Szoftveres vezérlés, adatrögzítés és kiértékelés Melegítés Hűtés HDPE PA6 HDPE PA6 T m [ C] H [J/g] T m [ C] H [J/g] T c [ C] H [J/g] T c [ C] H [J/g] Blend 136,5 94,3 221,7 13,8 118,9-89,7 183,4-3,0 1 M 136,7 123,5 214,4 5,9 118,5-107,9 171,7-3,7 3 M 144,2 102,0 218,0 11,3 114,7-99,3 175,2-9,7 1 K_1 M 137,4 116,2 214,8 7,3 118,3-102,2 167,7-5,6 1 K_3 M 142,0 103,0 216,9 8,5 115,8-91,2 170,1-9,2 1 K_3 M(1) 140,0 114,7 215,9 8,4 116,4-97,6 169,9-6,5 1 K_3 M(2) 136,9 115,7 215,0 10,0 118,1-102,2 169,6-7,4 1 K_3 M(3) 135,8 101,3 215,1 9,1 118,8-93,1 170,4-7,6 1 K_1 M C93A 138,1 106,6 215,5 9,2 117,3-101,3 170,5-5,1 1 K_3 M C93A 136,0 104,3 214,7 5,9 118,9-99,7 179,0-5,8 1 K_3 M C93A(1) 134,7 108,4 214,5 10,6 119,5-98,2 178,8-10,7 1 K_3 M C93A(2) 135,5 121,4 214,8 4,8 119,0-113,7 175,4-5,1 19

20 Összegzés A C20A MMT mechanikai őrlésének hatására a statikus mechanikai tulajdonságok javulást mutattak a referencia értékekhez viszonyítva (szakító: +6-7%, hajlító: %). Az őrlési idő növelésével a javulás mértéke csökkent. Az ütőszilárdság minden esetben csökkent, azonos összetételi arányok esetén. A C93A MMT adalékolású blend őrlés nélkül jobb eredményeket adott (szakító: 6-13%, hajlító 10-18) a referencia nanokompozit (C20A MMT)blendhez képest, de az őrlés után nem változtak számottevően az értékek, bár az őrlési idő növelése itt is visszaesést okozott. 20

21 Összegzés Az őrlés hatására a C20A MMT tartalmú blendek folyóképessége kis mértékben javult (őrlési idő növelésével további javulás) A C93A típusú rétegszilikát tartalmú blendek folyóképessége minden esetben kis mértékben csökkent A C20A montmorillonit mennyiségének növelésével az olvadási hőmérséklet növekedett a HDPE fázis esetében (blend jobb hőállósága). C20A erősítés esetén az őrlési idő növelésével az olvadási hőmérséklet csökkent 21

22 További kísérletek, vizsgálatok Őrlési paraméterek változtatása Őrlés kriogén közegben (folyékony nitrogénben) Szén nanocső alkalmazása 22

23 SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Köszönöm a figyelmet! A kutatást a TÁMOP 4.2.1/B-9/1/KONV sz. pályázata támogatta. 23