Társított és összetett rendszerek Bevezetés Töltőanyagot tartalmazó polimerek tulajdonságok kölcsönhatások szerkezet Polimer keverékek elegyíthetőség összeférhetőség Többkomponensű rendszerek Mikromechanikai deformációk Szálerősítésű rendszerek
Bevezetés Társító komponensek Töltőanyagok Polimerek Szálak Felhasználás növekedése Töltőanyag felhasználás (1000 t) 100 80 60 40 20 üvegszál CaCO 3 talkum 0 1985 1987 1989 1991 1993 1995 Év
Bevezetés Anyag Modulus (GPa) Szilárdság (MPa) Ütésállóság (kj/m 2 ) PS 3.15 55.0 25 a vonalzó Alkalmazás HIPS 2.65 38.0 450 a monitor ház PP 1.40 32.4 1.73 b műanyag edény PP/talkum 4.82 33.8 1.77 b lökhárító, légbefúvó Acél 20.7 69.0 Epoxi/szénszál 13.8 137.9 repülés, űrhajó Előny: különleges k tulajdonságok
Bevezetés Fejlesztés szintézis 6-8 év, drága beruházás társítás 2-3 év, olcsóbb berendezés Társított rendszerek többkomponensű, többfázisú anyagok. Tulajdonságokat meghatározó tényezők a komponensek jellemzői az összetétel a szerkezet a határfelületi kölcsönhatások
Töltőanyagot tartalmazó polimerek Gócképzés 150 140 Kristályosodási hőmérséklet ( o C) 140 130 120 110 100 130 120 110 100 90 Kristályosodási hő (J/g) 90 80 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Töltőanyag térfogattört A töltt ltőanyag módosm dosíthatja a mátrix m szerkezetét. t.
Töltőanyagot tartalmazó polimerek A töltőanyag jellemzői Típus Kémiai összetétel Szemcseméret Fajlagos felület let Alak Felületi szabadenergia Egyéb jellemzők Különleges tulajdonságok
Töltőanyagot tartalmazó polimerek Határfelületi kölcsönhatások 40 45 A f = 200 m 2 /g Folyási feszültség (MPa) 30 20 16.5 m 2 /g 3.3 m 2 /g 0.5 m 2 /g Szakítószilárdság (MPa) 40 35 10 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Töltőanyag térfogattört 30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Kezelőszer (%) Felületkezel letkezeléssel a tulajdonságok módosm dosíthatók.
Töltőanyagot tartalmazó polimerek Szerkezet - aggregáció
Töltőanyagot tartalmazó polimerek Szerkezet - aggregáció Meghatározó ténnyezők adhézió nyírás F F h = K a 1 W mf η & γ R Ütveszakító szilárdság (kj/m 2 ) 350 300 250 200 150 100 Káros a tulajdonságokra 50 0 1 2 3 4 5 Aggregátumok relatív területe (%)
Töltőanyagot tartalmazó polimerek Szerkezet - orientáció Lemezes és s szálas anyagok orientálódnak a feldolgozás s során
Töltőanyagot tartalmazó polimerek Szerkezet - orientáció 80 70 Szakítószilárdság (MPa) 60 50 40 30 20 0 10 20 30 40 50 Szálorientáció (fok) Az orientáci ció irányf nyfüggő tulajdonságokat eredményez.
Polimer keverékek Elegyíthetőség G = H T S
Polimer keverékek Összeférhetőség 1.4 1.2 PS/PPO Relatív szilárdság 1.0 0.8 0.6 0.4 PP/PVC PVC/PS 0.2 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Összetétel Elfogadható tulajdonságokhoz jój kölcsönhatás s kell.
Polimer keverékek Összeférhetőség Szakítószilárdság (MPa) 50 40 30 20 10 adalék nélkül kopolimer, M n = 50000 kopolimer, M n =270000 0 0 20 40 60 80 100 PE tartalom A kölcsk lcsönhatás s adalékokkal javíthat tható.
Többkomponensű rendszerek PP/CaCO 3 /elasztomer Azonos összetétel, tel, különbk nböző szerkezet.
Többkomponensű rendszerek PP/CaCO 3 /elasztomer 2.0 2.0 0.05 0 Tárolási modulus, G` (GPa) 1.5 1.0 0.5 0 0.20 0.10 Tárolási modulus, G' (GPa) 1.5 1.0 0.5 0.05 0.15 0.20 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Töltőanyag térfogattört 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Töltőanyag térfogattört Különböző szerkezet, eltérő tulajdonságok.
Mikromechanikai deformációk Tényezők, mechanizmusok Tényezők Feszültségkoncentráció Termikus feszültségek Adhézió, a komponensek kölcsönhatása Mechanizmusok Nyírási folyás Mikrorepedezés Határfelületek elválása Kavitáció Szálkihúzódás Száltördelődés Szálbehajlás
Mikromechanikai deformációk Feszültségkoncentráció f = 0.1 z/r 2 0-2 σ zz -2 0 2 x/r J=1, p=0-0.2000-0.07500 0.05000 0.1750 0.3000 0.4250 0.5500 0.6750 0.8000 0.9250 1.050 1.175 1.300 1.425 1.550 1.675 1.800 Jelentős s lokális lis feszülts ltségnövekedés.
Mikromechanikai deformációk Nyírási folyás, mikrorepedezés Jelentős s energiaelnyelés.
Mikromechanikai deformációk Határfelületek elválása Töltőanyagot tartalmazó polimerekre jellemző.
Mikromechanikai deformációk Kavitáció Ütésálló polimerek deformáci ciója.
Mikromechanikai deformációk Kompozit tulajdonságok 0.8 Ütésállóság, G Ic (kj/m 2 ) 0.6 0.4 0.2 EPR CaCO 3 talkum 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Társítóanyag térfogattört A mikromechanikai deformáci ciók k meghatározz rozzák k a makroszkopikus jellemzőket.
Szálerősítésű kompozitok Jellemzők Elv: a szál l viseli a terhelést, a mátrix m közvetk zvetíti. ti. Feltétel: tel: a terheléssel párhuzamos p szálorient lorientáció,, adhézi zió Típusok rövidszál, hőre lágyuló mátrix rövidszál, térhálós mátrix hosszúszál, térhálós mátrix Szálak: üveg, szén, szerves (aramid, PE) Jellemzők: jó tulajdonság, magas ár, manuális technológia.
Szálerősítésű kompozitok Megvalósítás Rétegelt szerkezet Szimmetrikus felépítés Tipikus kompozit: [(0 3 /90 2 /45/-45 3 )r/c 3 ]s. Szimmetria - vetemedés 24 vagy 42 réteg
Szálerősítésű kompozitok Tipikus alkalmazások
Szálerősítésű kompozitok Tipikus alkalmazások