A felületkezelés hatása a mikromechanikai deformációs folyamatokra PA6/rétegszilikát nanokompozitokban

Hasonló dokumentumok
Heterogén polimerrendszerek akusztikus emissziós vizsgálata

Polimer/rétegszilikát nanokompozitok: szerkezet, kölcsönhatások és deformációs folyamatok

2. Töltő- és erősítőanyagok

Mikromechanikai deformációs folyamatok polimer kompozitokban

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

Százdi László Tamás. Szerkezet - tulajdonság összefüggések polimer/rétegszilikát nanokompozitokban Ph.D. Értekezés Tézisei

Polimer nanokompozit blendek mechanikai és termikus tulajdonságai

Zárójelentés. 1. Bevezetés

Társított és összetett rendszerek

Polimer nanokompozitok; előállítás, szerkezet és tulajdonságok

Természetes szálakkal er!sített PP kompozitok szilárdsága és ütésállósága

Mobilitás és Környezet Konferencia

Polipropilén/rétegszilikát nanokompozitok termooxidatív stabilitása

Hosszú szénszállal ersített manyagkompozitok mechanikai tulajdonságainak vizsgálata

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

EGYIRÁNYBAN ER SÍTETT KOMPOZIT RUDAK HAJLÍTÓ KARAKTERISZTIKÁJÁNAK ÉS TÖNKREMENETELI FOLYAMATÁNAK ELEMZÉSE

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek

Polimerek vizsgálatai

A szerkezet és a kölcsönhatások szerepe lignoszulfonáttal társított polipropilénben

Szakítás BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK POLIMEREK SZAKÍTÓVIZSGÁLATA

Poli(metil-metakrilát) rögzítése ionosan rétegszilikátok felületén nanokompozit tölt!anyagként való alkalmazásra

KOMPOZITLEMEZ ORTOTRÓP

Mikromechanikai deformációs folyamatok társított polimerekben

Polimerek vizsgálatai 1.

Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások

Nagynyomású csavarással tömörített réz - szén nanocső kompozit mikroszerkezete és termikus stabilitása

A határfelületi kölcsönhatások jellemzése politejsav/kalcium-szulfát kompozitokban

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

tervezési szempontok (igénybevétel, feszültségeloszlás,

Polimer nanokompozitok

Szénszál erősítésű kompozitok szívósságnövelése a határfelületi adhézió módosításával

Elasztomerrel módosított PP/szizál kompozitok ütésállósága

Új adalékanyagokkal öntött Poliamid 6 mechanikai és tribológiai tulajdonságainak kutatása. Andó Mátyás

Hibrid deszikkáns rendszert tartalmazó funkcionális csomagolóanyagok

Szakítás BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK POLIMEREK SZAKÍTÓVIZSGÁLATA

4. POLIMEREK SZAKÍTÓ VIZSGÁLATA

Anyagok az energetikában

Akusztikus aktivitás AE vizsgálatoknál

ahol m-schmid vagy geometriai tényező. A terhelőerő növekedésével a csúszó síkban fellép az un. kritikus csúsztató feszültség τ

Szálerõsített mûanyag kompozitok tulajdonságainak javítása

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

Veszprémi Egyetem, Ásványolaj- és Széntechnológiai Tanszék

Fröccsöntött alkatrészek végeselemes modellezése. Szőcs András. Budapest, IV. 29.

Modern fizika laboratórium

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

12. Polimerek anyagvizsgálata 2. Anyagvizsgálat NGB_AJ029_1

A.2. Acélszerkezetek határállapotai

Kecskeméti Főiskola GAMF Kar. Poliolefinek öregítő vizsgálata Szűcs András. Budapest, X. 18

Kerámia-szén nanokompozitok vizsgálata kisszög neutronszórással

Laborgyakorlat. Kurzus: DFAL-MUA-003 L01. Dátum: Anyagvizsgálati jegyzőkönyv ÁLTALÁNOS ADATOK ANYAGVIZSGÁLATI JEGYZŐKÖNYV

Biopolimerek módosítása Kémia, kölcsönhatások, szerkezet és tulajdonságok

Kisciklusú fárasztóvizsgálatok eredményei és energetikai értékelése

Modern Fizika Labor Fizika BSC

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

Abszolút és relatív aktivitás mérése

MŰANYAGFAJTÁK ÉS KOMPOZITOK

Lebomló polietilén csomagolófóliák kifejlesztése

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Nanokeménység mérések

Műszerezett keménységmérés alkalmazhatósága a gyakorlatban

Termoplasztikus elasztomer társítása cellulózzal

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata 4. félév

Rugalmas állandók mérése

3. POLIMEREK DINAMIKUS MECHANIKAI VIZSGÁLATA (DMA )

Anyagvizsgálati módszerek

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 8. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Anyagvizsgálatok. Mechanikai vizsgálatok

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Tárgyszavak: kapilláris, telítéses porometria; pórustérfogat-mérés; szűrés; átáramlásmérés.

1. ábra: Diltiazem hidroklorid 2. ábra: Diltiazem mikroszféra (hatóanyag:polimer = 1:2)

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

Természetes anyagok a m!anyagiparban alapanyagok és adalékok

Mágneses és elektromos térre érzékeny kompozit gélek és elasztomerek előállítása Dr. Filipcsei Genovéva Zárójelentés

HOSSZÚ SZÉNSZÁLLAL ERİSÍTETT MŐANYAGKOMPOZITOK MECHANIKAI TULAJDONSÁGAI

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

XVII. econ Konferencia és ANSYS Felhasználói Találkozó

Hallgatói Tájékoztató 2012 Kutatás, témák, TDK lehetőségek. Menyhárd Alfréd Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék. Budapest április 25.

Öntött Poliamid 6 nanokompozit mechanikai és tribológiai tulajdonságainak kutatása. Andó Mátyás IV. évfolyam

Hidak Darupályatartók Tornyok, kémények (szélhatás) Tengeri építmények (hullámzás)

A technológiai paraméterek hatása az Al 2 O 3 kerámiák mikrostruktúrájára és hajlítószilárdságára

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

MŰANYAGFAJTÁK ÉS KOMPOZITOK

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

Szerkezet és tulajdonságok

Radioaktív anyag felezési idejének mérése

Vasbeton szerkezetek kifáradási vizsgálatai

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Kutatási beszámoló február. Tangens delta mérésére alkalmas mérési összeállítás elkészítése

5. Az acélszerkezetek méretezésének különleges kérdései: rideg törés, fáradás. BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék

Szerkezetvizsgálat ANYAGMÉRNÖK ALAPKÉPZÉS (BSc)

Az elállítási körülmények hatása nanoporokból szinterelt fémek mikroszerkezetére és mechanikai tulajdonságaira

Kiválósági ösztöndíjjal támogatott kutatások az Építőmérnöki Karon c. előadóülés

Hajlítás BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK POLIMEREK HAJLÍTÓ VIZSGÁLATA

Fa-műanyag kompozitok (WPC) és termékek gyártása. Garas Sándor

Átírás:

A felületkezelés hatása a mikromechanikai deformációs folyamatokra PA6/rétegszilikát nanokompozitokban Hári József * PhD hallgató, Dominkovics Zita * okleveles vegyészmérnök, Dr. Renner Károly *,** tudományos munkatárs, Dr. Móczó János *,** tudományos f!munkatárs, Dr. Pukánszky Béla *,** tanszékvezet! egyetemi tanár Szerkezetvizsgálat 1. Bevezetés Rétegszilikát tölt!anyagok alkalmazásával növelhet! a polimer kompozitok merevsége, szilárdsága, valamint h!állósága és csökken gázátereszt! képessége [1 4]. A kompozitokban kialakuló szerkezet összetett, az egyedi szilikát lemezek mellett részlegesen lebomlott, mikrométeres tölt!anyag szemcsék is megtalálhatók, valamint nagyobb tölt!anyag tartalom és jelent!s mérték" exfoliáció esetén kialakulhat szilikátháló is [5 7]. A polimer/rétegszilikát nanokompozitok deformációja és tönkremenetele [7 9] során végbemehet nyírási folyás, de kavitáció, mikrorepedezés vagy törés is szerepet játszhat. A poliamid mátrix deformációs mechanizmusa jól ismert, bebizonyosodott, hogy jelent!s mérték" üregképz!dés is lejátszódik [10]. KIM és munkatársai szerint [11] terhelés hatására megtörténhet a szilikát lemezek törése, lefejt!dése, valamint egymáson történ! elcsúszása is. Nagyobb tölt!anyag szemcsék jelenlétében els!sorban nátrium-montmorillonit alkalmazása esetén bekövetkezhet a határfelületek elválása is. Alapvet!en minden szilikáthoz rendelhet! folyamatot meghatároz a tölt!anyag szemcséket alkotó lemezek között uralkodó és a polimer mátrix, valamint a tölt!anyag között kialakuló kölcsönhatás. Következésképpen a felületkezelés módja és min!sége befolyásolja a deformáció mechanizmusát. Hagyományos alkil-ammónium sóval (NoMMT) és egy új típusú alkil-foszfónium sóval (PoMMT) felületkezelt, valamint kezeletlen montmorillonitból (NaMMT) állítottunk el! poliamid kompozit mintákat. A foszfóniumos felületkezelés el!nyeit korábban ismertettük és részletesen tárgyaltuk a nanokompozitokban kialakult szerkezetet, valamint mechanikai és termikus tulajdonságaikat [12]. A mikromechanikai deformációs folyamatokat a mintán nyújtás hatására bekövetkezett térfogatváltozáson, valamint a terhelés hatására keletkez! akusztikus jelek detektálásával követtük nyomon. A deformációs folyamat megindulására jellemz! feszültség értékeket öszszevetettük a makroszkópikus tulajdonságokkal és kísérletet tettünk a domináló deformációs mechanizmus meghatározására is. 2. Kísérleti rész 2.1. Felhasznált anyagok, mintakészítés A poliamid nanokompozitok egyszer", gazdaságos és a mai m"anyag-feldolgozási technológiákhoz legjobban illeszked! el!állítási módja az ömledékbe keverés. A polimer port vagy granulátumot összekeverik a szilikát tölt!anyaggal, majd a polimert megömlesztik. Els!sorban a feldolgozás során bekövetkez! nyírás hatására a tölt!anyag lemezes szerkezete lebontható. A keverés során a montmorillonit lemezei közé ékel!d! polimer láncok eltávolítják a rétegeket és interkalált szerkezet alakul ki. A nanokompozitok mátrixanyaga a DOMO CHEMICALS által gyártott, Domamid 27 márkanev" poliamid 6. Háromféle tölt!anyagot használtuk: egy kezeletlen nátrium montmorillonitot (Cloisite Na, ROCKWOOD CLAY ADDITI- VES GMBH), egy a kezeletlen montmorillonit trihexil-tetradecil-foszfónium-kloriddal végzett felületkezelésével készült tölt!anyagot és egy kereskedelmi forgalomban beszerezhet! alkil-dimetil-ammónium kloriddal felületkezelt típust (Cloisite 20A, ROCKWOOD CLAY ADDITIVES GMBH). A kompozitok 0,5, 1, 1,5, 2, 3, 5 és 7 v/v% tölt! - anyagot tartalmaznak. Az alkotókat BERSTORFF ZE 34 Basic típusú kétcsigás extruderrel homogenizáltuk 230 C-on és 50 /perc csigafordulatszámmal. Az extrudátumból DEMAG IntElect 50/330-100 típusú fröccsönt! gépen próbatesteket készítettünk. 2.2.Vizsgálati módszerek A kompozitok morfológiai vizsgálatához folyékony nitrogénben eltört eredeti és deformált próbatestek törési felületér!l pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) felvételeket vettünk fel JEOL JSM 6380 LA berendezésen. A mechanikai vizsgálatokat INSTRON 5566 szakítógépen * Budapesti M"szaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék ** MTA Kémiai Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet 2011. 48. évfolyam 6. szám 223

végeztük. A rugalmassági moduluszt 0,5 mm/perc keresztfej sebességgel, míg más szakítási jellemz!ket 5 mm/perc húzási sebességgel határoztuk meg. A szakító vizsgálatok el!tt a próbatesteket 3 napon keresztül 23 Cos, 50% relatív páratartalmú térben kondicionáltuk. A nyújtás hatására keletkez! akusztikus jeleket Sensophone AED 40/4 berendezéssel detektáltuk, melynek zajszintjét 20 db-re állítottuk be. A térfogati deformáció (VOLS) nagyságát a szakítóvizsgálatok során határoztuk meg, detektálva a minta hossz-, illetve egyik keresztirányú deformációját és feltételeztük, hogy a próbatest méretváltozása mind a két laterális irányban azonos mérték". A mechanikai és mikromechanikai vizsgálatok során egyaránt öt párhuzamos mintát vizsgáltunk. 3. Eredmények, értékelés 3.1. Térfogati deformáció A bevezet!ben említettük, hogy többféle mikromechanikai deformációs folyamat játszódhat le PA#6 nanokompozitok nyújtása során. Néhány ezek közül térfogat növekedéssel jár, míg mások nincsenek ilyen hatással. A mikrorepedezés, a kavitáció vagy az elválás detektálható mértékben megnöveli, míg más folyamatok, mint pl. a nyírási folyás vagy a szilikát lemezek egymáson történ! elcsúszása növeli a minta térfogatát. Az 1. ábrán a mátrix poliamid és a 7 v/v% ammónium sóval felületkezelt montmorillonitot (NoMMT) tartalmazó minta nyújtás hatására bekövetkezett térfogatváltozását ábrázoltuk. A hozzátartozó szakító görbét is feltüntettük referenciaként. A mátrix polimer térfogata eleinte csak kis mértékben n!, azonban elhagyva egy bizonyos deformáció értéket, a növekedés üteme felgyorsul. A kezdeti növekedés abból fakad, hogy a poliamid Poisson tényez!je a legtöbb m"anyagéhoz hasonlóan kisebb, mint 0,5. A második szakaszban bekövetkez! térfogat növekedés már mikromechanikai deformációs folyamatokhoz köthet!, valószín"leg kavitáció lép fel. Bár a különbség a meredekségben kicsi, minden minta esetén észlelhet!. Ennek segítségével meghatározható egy kritikus deformáció és feszültség értékpár (! VOLS, " VOLS ). A tölt!anyag jelenléte kis mértékben növeli ugyan a térfogatváltozást, de a görbe alakján nem változtat, így valószín"síthetjük, hogy a szilikát jelenléte nem iniciál újabb térfogat növekedéssel járó folyamatot. Azt is megfigyeltük, hogy a görbe alakja a tölt!anyag típusától, vagyis a felületkezelés módjától csak kismértékben függ, így feltételezhetjük, hogy ugyanolyan mechanizmus szerint történik a deformációs folyamat minden mintánál. A karakterisztikus vagy más néven iniciálási deformációt (! VOLS ) és feszültséget (" VOLS ) minden kompozit mintára meghatároztuk az 1. ábrán feltüntetett módon. A 2. ábrán " VOLS értékeket ábrázoltuk a tölt!anyag tartalom függvényében. Bár a meghatározott jellemz!k szórása nagy ami nem meglep!, hiszen a kiértékelés során illesztett egyenesek meredeksége kicsi az eredmények jól szemléltetik a tölt!anyag hatását: míg a kezeletlen montmorillonit (NaMMT) akadályozza, az organofilizált tölt!anyagok (NoMMT, PoMMT) el!segítik a térfogat növekedést. 2. ábra. A szilikát tartalom és a felületkezelés hatása a térfogati deformáció küszöb feszültség értékeire, NaMMT ($), PoMMT (%), NoMMT (&), PA mátrix (') 1. ábra. Szakító és térfogati deformációs görbék a PA mátrixhoz ( ) és a 7 v/v% NoMMT tartalmazó kompozithoz (###) 3.2. Akusztikus emisszió A lokális deformációs folyamatok során a heterogenitások környezetében energia szabadul fel, ami hanghatásokkal jár. Ezek egy megfelel! mikrofonnal detektálhatók és bár a módszernek vannak korlátai, hasznos információt szolgáltathat a deformációs folyamatok jellegé- 224 2011. 48. évfolyam 6. szám

3. ábra. A 0,5 v/v% NaMMT tartalmú minta akusztikus emiszsziós mérési eredménye, egyedi esemény (%), szakító görbe (###) r!l. Egy tipikus vizsgálat eredménye látható a 3. ábrán a szakító görbével kiegészítve. Minden egyes karika egy hanghatással járó eseményt jelent. Megfigyelhet!, hogy jelent!s számú jelet detektáltunk a mérés során, melyek nagy része igen kis deformációknál keletkezett. Az egyedi események tanulmányozása azonban kevés információval szolgál, így kumulatív eseményszám vagy más néven összes eseményszám görbéket állítottunk el! ezekb!l a mérésekb!l. A 4. ábrán látható a mátrix polimer és a 0,5 v/v% kezeletlen montmorillonitot (NaMMT) tartalmazó minta kumulált eseményszám és szakító görbéje. Míg a szakítógörbék között nem tapasztalunk nagy különbséget, az események számában (akusztikus aktivitás) jelent!s mérték" az eltérés. A jelek száma a kompozitokban közel egy nagyságrenddel nagyobb a polimer mátrixnál mértnél és az akusztikus aktivitás n! a tölt! - anyag tartalom növelésével. Figyelembe véve az el!z! fejezetben tett megfigyelésünket hogy a tölt!anyag tartalom növekedésével nem változott jelent!sen a térfogati deformáció értéke kijelenthetjük, hogy az akusztikus jeleket szolgáltató folyamatok nem iniciálják a térfogat növekedést. Ellenkez! esetben ugyanis a tölt!anyag tartalom növekedésével n!nie kellene a térfogati deformáció mértékének, de erre nem láttunk példát. Az akusztikus aktivitáshoz tartozó jellemz! értékek (! AE, " AE ) hasonlóan az el!z! fejezetben leírtakhoz ebben az esetben is meghatározhatók (4. ábra), de ezek tárgyalására csak kés!bb térünk ki. A kezelt és kezeletlen rétegszilikátot tartalmazó kompozit minták akusztikus viselkedése jelent!sen eltér egymástól. Az 1,5 v/v% PoMMT-t tartalmazó próbatest vizsgálata közben kapott adatok láthatók az 5. ábrán, a tölt!anyagot nem tartalmazó PA eredményeivel kiegészítve. A kompozit akusztikus aktivitása alig valamivel nagyobb, mint a poliamid mátrixé. Ráadásul egy, a NaMMT kompozitoknál tapasztalható határozott lépcs!- vel szemben (4. ábra), itt az összeseményszám görbe folyamatosan n! egy 3 5%-os nyúlásnál tapasztalható kis lépcs!t követ!en. Ez a szembet"n! különbség arra enged következtetni, hogy a kezelt minták esetén, a kezeletlen szilikátot tartalmazó kompozitoknál megfigyeltt!l eltér! deformációs mechanizmus jelentkezik. A karakterisztikus feszültség és deformációs értékek meghatározása az eddigiekhez képest nehezebb és bizonytalanabb. 5. ábra. A PA mátrix ( ) és az 1,5 v/v% PoMMT tartalmú kompozit minta (###) akusztikus aktivitásának összehasonlítása 4. ábra. A tölt(anyagot nem tartalmazó PA ( ) és a 0,5 v/v% NaMMT tartalmú minta (###) kumulált eseményszám görbéi a szakító görbékkel kiegészítve A 6. ábrán a térfogati deformációs és az akusztikus emissziós mérésekb!l meghatározott iniciálási feszültségeket ábrázoltuk egymás függvényében. Szembet"n! az adatok közötti korreláció teljes, vagy majdnem teljes hiá- 2011. 48. évfolyam 6. szám 225

6. ábra. A különböz( módszerekkel meghatározott karakterisztikus feszültség értékek közötti korreláció hiányának bemutatása, NaMMT ($), PoMMT (%), NoMMT (&) nya, amib!l néhány fontos következtetést vonhatunk le. Az eddig vizsgált kompozitoknál az akusztikus jelet adó események általában megel!zték a térfogat növekedést és a két folyamat szorosan összefüggött. Valójában az akusztikus jeleket eredményez! deformációs folyamatok pl. a határfelületek elválása kis deformációnál következtek be, majd ezek következményeként nagyobb deformációnál jelentkezett a térfogat növekedése. Ezzel szemben a most bemutatott poliamid nanokompozitoknál, egymás függvényében megvizsgálva a karakterisztikus feszültség értékeket (6. ábra) láthatjuk, hogy a térfogat növekedéshez tartozó jellemz! értékek lényegesen kisebbek, mint az akusztikus emisszióból meghatározottak, vagyis a térfogat növekedés megel!zi az akusztikus aktivitással járó folyamatokat. Mi több, a folyamatok függetlenek egymástól, vagyis a térfogat növekedéssel járó mikromechanikai deformációs jelenségek nem járnak hanghatással. 3.3 Mikromechanika és makroszkópikus tulajdonságok A szerkezet és a tulajdonságok részletes vizsgálata során bebizonyosodott, hogy a foszfónium sóval felületkezelt szilikát nagyobb mértékben exfoliálódott a poliamid mátrixban, mint a hagyományos módon felületkezelt tölt!anyag (NoMMT) [12]. A jelent!sebb er!sít! hatás megmutatkozik a folyási feszültségekben is (7. ábra). Az ábra azt is alátámasztja, hogy az exfoliáció mellett a határfelületi kölcsönhatásokon keresztül a felületkezel! szer mennyiségének, azaz a felületi borítottságnak is fontos szerepe van a makroszkópikus tulajdonságokat illet!en. A PoMMT er!sít! hatása érthet!, hiszen nagyobb 7. ábra. A szilikát mennyiségének és a felületkezelés módjának hatása a folyási feszültségre, NaMMT ($), PoMMT (%), NoMMT (&), PA mátrix (') mérték" az exfoliáció. Az azonban meglep!, hogy a NaMMT nagyobb mérték" er!sítést biztosít a poliamidnak, mint az ammónium sóval felületkezelt montmorillonit. Ez azzal magyarázható, hogy az NoMMT felületi borítottsága több mint 100% (NaMMT 0%, PoMMT 74%). Ez azt eredményezi, hogy a szilikát lemezek és a mátrix polimer között gyengébb kölcsönhatás alakul ki a NaMMT-os és PoMMT-os mintákhoz viszonyítva és ez az NoMMT gyengébb er!sít! hatásában nyilvánul meg. Jelenleg azonban sokkal fontosabb számunkra a folyási feszültség nagyságrendje, mint az er!sít! hatásban mutatkozó különbség, ugyanis a jelent!snek t"n! változás ellenére a kompozitok folyási feszültsége 60 69 MPa között mozog. Ezek az értékek lényegesen nagyobbak azoknál, amit a mikromechanikai vizsgálatok során megállapítottunk. A három különböz! módszerrel meghatározott jellemz! feszültségek kompozit összetételt!l való függését a 8. ábrán mutatjuk be. A különböz! technikákkal mért, egymástól jól elkülönül! feszültség tartományokba es! értékek eltér! folyamatokra utalnak, melyek gyakorlatilag függetlenek egymástól. Esetünkben a rétegszilikát csak kis mértékben képes befolyásolni a térfogati deformációhoz és a folyáshoz tartozó feszültség értékeket, míg az akusztikus folyamatokra mind a tölt!anyag típusa mind pedig a mennyisége hatással van. A mechanikai és mikromechanikai méréssorozatok bebizonyították, hogy több egymástól független lokális deformációs folyamat megy végbe terhelés hatására a kompozitjainkban, de a mérések korlátaik miatt sajnos nem képesek pontosan azonosítani a folyamatok természetét. Emiatt a SEM vizsgálatokat el!zetesen megnyújtott, majd ridegen eltört kompozit mintáinkon hajtottuk 226 2011. 48. évfolyam 6. szám

9. ábra. Az el(zetesen deformált 3 v/v% NaMMT-ot tartalmazó kompozit törési felületér(l készült SEM felvétel 8. ábra. A különböz( módszerekkel meghatározott jellemz( feszültségek összetétel függése, NaMMT ($), PoMMT (%), NoMMT (&) végre. A 9. ábrán a 3 v/v% NaMMT-ot tartalmazó minta pásztázó elektronmikroszkópos felvétele látható. Mivel a kezeletlen montmorillonit gyakorlatilag nem exfoliálódik a poliamid mátrixban, ezért sok nagy méret" szemcse található a kompozitokban, melyek a deformáció során eltörnek, mint ahogy az a kép középs! részén is látható. Az ennél kisebb méret" szemcsék sok esetben elválnak a mátrixtól. Nagyobb felbontású felvételeken fellelhet!k tölt!anyag nélküli üregek is, melyek a kavitáció bekövetkezésére utalnak, bár a törés során ki is eshettek innen a tölt!anyag szemcsék, így ennek a mechanizmusnak a bekövetkezését nehéz egyértelm"en bizonyítani. Els! pillantásra az 5 v/v% felületkezelt tölt!anyagot (NoMMT) tartalmazó kompozit törési felülete (10. ábra) hasonlít ahhoz, amit a 9. ábrán láttunk, de fellelhet!k jelent!s különbségek. Itt lényegesen kevesebb mikrométeres nagyságrendbe es! részecske található, mint a NaMMT-t tartalmazó kompozitoknál és ez a szám a PoMMT-t tartalmazó mintáknál a legalacsonyabb. A nagyobb szemcsék itt is eltörtek és sok esetben a határfelületek elválása is tapasztalható, másrészr!l azonban a nagyobb nagyítású képen (11. ábra) látható a nyújtás hatására létrejött nagyszámú üreg, ami lehet a mátrix polimer kavitációjának eredménye, de természetesen nem zárhatjuk ki azt sem, hogy egy része a törés során kihullott tölt!anyag nyoma. Összevetve az eddig leírt eredményeket, megállapíthatjuk, hogy poliamid nanokompozitjaink nyújtása során több mikromechanikai deformációs folyamat is lejátszódik. Alacsony feszültség értéknél (~10 MPa) bekövetkezik a mátrix polimer kavitációja, melyre csak kis mértékben gyakorol hatást a szilikát tölt!anyag jelenléte. Az 10. ábra. Az 5 v/v% NoMMT-ot tartalmazó, nyújtott kompozit minta törési felületér(l készített 2500)-os nagyítású SEM felvétel 11. ábra. Az 5 v/v% NoMMT-ot tartalmazó, nyújtott kompozit minta törési felületér(l készített 10 000)-es nagyítású SEM felvétel akusztikus aktivitás a nagyobb tölt!anyag szemcsék töréséhez köthet!, ami egy közepes feszültség tartomány- 2011. 48. évfolyam 6. szám 227

ban következik be (20 40 MPa) és függ a tölt!anyag felületkezelését!l, felületi energiájától. A nagyobb felületi energiájú NaMMT-hoz nagyobb, míg a kezelt tölt! - anyagokhoz kisebb jellemz! feszültség értékek adódtak. A SEM felvételeken megfigyelhet! a tölt!anyag elválása a polimer mátrixtól is, de ezt a folyamatot nem lehet egyértelm"en elkülöníteni a szemcsék törését!l. Meglep! módon a folyási feszültséget nem befolyásolják jelent!- sen az említett folyamatok. A folyási feszültség függetlensége a mikromechanikai folyamatoktól meglep! tény, mivel más, eddig vizsgált kompozitoknál szoros összefüggést találtunk a makroszkópikus jellemz!k (folyási feszültség, szakító szilárdság), valamint a lokális deformációs folyamatok jellemz! feszültség értékei között. Ezt szemlélteti a 12. ábra, melyen polimer/faliszt kompozitok akusztikus emissziós méréseib!l származó iniciálási feszültség értékek függvényében ábrázoltuk a minták szakító szilárdságát. Az egyenesre es! üres karikák PP, míg a teli karikák PLA mátrixú kompozitokhoz rendelhet!k. A különböz! típusú mátrixok és tölt!anyagok használata ellenére meglep!en csekély az eltérés az általános tendenciától. Ezzel szemben a most vizsgált poliamid nanokompozitokban nem áll fenn ez az összefüggés a lokális folyamatok és a makroszkópikus tulajdonságok között, ezzel is bizonyítva az eddig elmondottakat, hogy ebben az esetben els!sorban a mátrix tulajdonságai határozzák meg a kompozit jellemz!it és a tölt!anyag típusának, valamint mennyiségének hatása korlátozott. 12. ábra. Az akusztikus emissziós mérésekb(l meghatározott jellemz( feszültség értékek összefüggése a szakító szilárdsággal, a bekarikázott pontok a PA nanokompozitok értékei, NaMMT ($), PoMMT (%), NoMMT (&) 4. Összefoglalás Akusztikus emissziós, térfogati deformációs, mechanikai és pásztázó elektronmikroszkópos mérések alapján megállapítottuk, hogy számos mikromechanikai deformációs folyamat játszódik le poli amid/rétegszilikát nanokompozitok nyújtása során. A mátrix polimer kavitációja relatíve kis feszültségeknél bekövetkezik, míg a nem exfoliálódott tölt!anyag szemcsékhez tartozó folyamatok magasabb feszültség értékeknél indulnak meg. Az akusztikus aktivitással járó folyamatok közül els!sorban a nagyobb tölt!anyag szemcsék törése figyelhet! meg, illetve találtunk határfelületek elválására utaló jeleket is. A mátrix plasztikus deformációja nagyobb feszültség és nyúlás értékeknél domináló. A különböz! lokális folyamatok függetlenek egymástól, els!sorban nem a tölt!anyaghoz kapcsolható jelenségek, hanem a polimer mátrix deformációja befolyásolja a kompozit tulajdonságait és az exfoliáció, valamint a határfelületi adhézió megfelel! kombinációjával érhet! el a legnagyobb er!sít! hatás. A szerz(k köszönettel tartoznak Link Zoltánnak, Kenyó Csabának és az OS-PoliTech Kft.-nek a mintakészítésben és jellemzésben nyújtott segítségükért valamint az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramnak a pénzügyi támogatásáért (OTKA K 68748, K 67936, K 68579). Irodalomjegyzék [1] Alexandre, M.; Dubois, P.: Mater. Sci. Eng. 28, 1 (2000). [2] Ray, S. S.; Okamoto, M.: Prog. Polym. Sci. 28, 1539 (2003). [3] LeBaron, P. C.; Wang, Z.; Pinnavaia, T. J.: Appl. Clay Sci. 15, 11 (1999). [4] Pinnavaia, T. J.; Beall, G. W.: Polymer-Clay Nanocomposites, Wiley, New York, 2001. [5] Ábrányi, Á.; Százdi, L.; Pukánszky, B. Jr.; Vancso, J. G.; Pukánszky, B.: Macromol. Rapid Commun. 27, 132 (2006). [6] Százdi, L.; Ábrányi, Á.; Pukánszky, B. Jr.; Vancso, J. G.; Pukánszky, B.: Macromol. Mater. Eng. 291, 858 (2006). [7] Renner, K.; Henning, S.; Móczó, J.; Yang, M. S.; Choi, H. J.; Pukánszky, B.: Polym. Eng. Sci. 47, 1235 (2007). [8] Kim, G. M.; Lee, D. H.; Hoffmann, B.; Kressel, J.; Stöppelmann, G.: Polymer 42, 1095 (2001). [9] Gloaguen, J. M.; Lefebvre, J. M.: Polymer 42, 5841 (2001). [10] Galeski, A.: Prog. Polym. Sci. 28, 1643 (2003). [11] Renner, K.; Yang, M. S.; Móczó, J.; Choi, H. J.; Pukánszky, B.: Eur. Polym. J. 41, 2520 (2005). [12] Naveau, E.; Dominkovics, Z.; Detrembleur, C.; Jérôme, C.; Hári, J.; Renner, K.; Alexandre, M.; Pukánszky, B.: Eur. Polym. J. 47, 5 (2011). [13] Naveau, E.; Calberg, C.; Detrembleur, C.; Bourbigot, S.; Jérôme, C.; Alexandre, M.: Polymer 50, 1438 (2009). 228 2011. 48. évfolyam 6. szám