MŰSZAKI MŰANYAG KOMPOZITOK FEJLESZTÉSE MEZŐGAZDASÁGI GÉPÉSZETI ALKALMAZÁSOKHOZ



Hasonló dokumentumok
Dr. Andó Mátyás Egyetemi docens

Polimer nanokompozit blendek mechanikai és termikus tulajdonságai

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

ÖNTÖTT POLIAMID 6 ALAPÚ NANO- ÉS MIKRO KOMPOZITOK FEJLESZTÉSE KÜLÖNLEGES GÉPÉSZETI ALKALMAZÁSOKHOZ

ÖNTÖTT POLIAMID 6 KOMPOZITOK VIZSGÁLATA ÉS ANYAGFEJLESZTÉSE

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

2008 Budapesti és Pest Megyei Mérnöki Kamara Diplomaíja, Mechanoplast Diplomadíj Pályázat különdíja

VÉGZETTSÉG ÉS FOKOZATOK

Szakmai önéletrajz Sikló Bernadett

Mobilitás és Környezet Konferencia

ACADEMIC EDUCATION PROFESSIONAL CAREER

VÁLASZOK Dr. Belina Károly professzor úr bírálatában megfogalmazottakra

Szakmai önéletrajz. Személyes adatok: Tanulmányok, munkakörök: Nyelvtudás:

Polimer nanokompozitok; előállítás, szerkezet és tulajdonságok

A POLIPROPILÉN TATREN IM

Hosszú szénszállal ersített manyagkompozitok mechanikai tulajdonságainak vizsgálata

SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

Végrehajtás lépései: a.) Anyagkiválasztás

Anyagvizsgálatok. Mechanikai vizsgálatok

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

PUBLIKÁCIÓS ÉS ALKOTÁSI TEVÉKENYSÉG ÉRTÉKELÉSE, IDÉZETTSÉG Oktatói, kutatói munkakörök betöltéséhez, magasabb fokozatba történı kinevezéshez.

Új típusú anyagok (az autóiparban) és ezek vizsgálati lehetőségei (az MFA-ban)

Kvartó elrendezésű hengerállvány végeselemes modellezése a síkkifekvési hibák kimutatása érdekében. PhD értekezés tézisei

Tudományos Diákköri Konferencia POLIMERTECHNIKA SZEKCIÓ

Öntött poliamid 6 kompozitok vizsgálata és anyagfejlesztése mezıgazdasági gép alkalmazásokhoz

Többfalú szén nanocső tartalmú polimer nanokompozitok előállítása és tanulmányozása

Kábeldiagnosztikai vizsgálatok a BME-n

Dr. Farkas György, egyetemi tanár Németh Orsolya Ilona, doktorandusz

SiAlON. , TiC, TiN, B 4 O 3

Öntött poliamid 6 nanokompozitok mechanikai és tribológiai tulajdonságainak kutatása

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

TARTALOMJEGYZÉK. Füleki Péter. Aszfaltbeton keverékek fundamentális alakváltozási jellemzőinek kapcsolata a bitumenek teljesítményalapú paramétereivel

BME Department of Electric Power Engineering Group of High Voltage Engineering and Equipment

Eddigi eredményei További feladatok

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

Tömeg (2) kg/darab NYLATRON MC 901 NYLATRON GSM NYLATRON NSM Átmérő tűrései (1) mm. Átmérő mm.

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

A töréssel szembeni ellenállás vizsgálata

Szálerõsített mûanyag kompozitok tulajdonságainak javítása

Robbanásbiztonság- tűzbiztonság

Különböző módon formázott bioaktív üvegkerámiák tulajdonságainak vizsgálata KÉSZÍTETTE: KISGYÖRGY ANDRÁS TÉMAVEZETŐ: DR. ENISZNÉ DR.

A kerámiaipar struktúrája napjainkban Magyarországon

Polimerek vizsgálatai 1.

Polimermátrixú hibrid nanokompozitok alkalmazása fröccsöntött termék előállítására (esettanulmány)

A MÛANYAGOK ALKALMAZÁSA

Polimerek vizsgálatai

Bazaltszál-erõsítésû fröccsöntött poliamid mechanikai tulajdonságainak vizsgálata Deák Tamás** Kovács József Gábor* Szabó Jenõ Sándor**

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

EGYIRÁNYBAN ER SÍTETT KOMPOZIT RUDAK HAJLÍTÓ KARAKTERISZTIKÁJÁNAK ÉS TÖNKREMENETELI FOLYAMATÁNAK ELEMZÉSE

Műszerezett keménységmérés alkalmazhatósága a gyakorlatban

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

Anyagválasztás Dr. Tábi Tamás

KOMPOZITLEMEZ ORTOTRÓP

12. Polimerek anyagvizsgálata 2. Anyagvizsgálat NGB_AJ029_1

Fröccsöntés során kialakuló szerkezet hatása eredeti és reciklált PET mechanikai tulajdonságaira

Szén nanoszerkezetekkel adalékolt szilíciumnitrid. Tapasztó Orsolya

TÁMOP A-11/1/KONV WORKSHOP Június 27.

POLIMERTECHNIKA SZEKCIÓ

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Osztályozási fák, durva halmazok és alkalmazásaik. PhD értekezés

Powered by TCPDF (

JELENTÉS. MPG-Cap és MPG-Boost hatásának vizsgálata 10. Üzemanyag és Kenőanyag Központ Ukrán Védelmi Minisztérium

passion for precision Sphero-XP +/ 0,003 rádiusztűréssel Edzett acélok finommegmunkálása az új szuper precíziós gömbvégű maróval

KARBON SZÁLLAL ERŐSÍTETT ALUMÍNIUM MÁTRIXÚ KOMPOZITOK AL/C HATÁRFELÜLETÉNEK JELLEMZÉSE

Anyagismeret tételek

Több komponensű brikettek: a még hatékonyabb hulladékhasznosítás egy új lehetősége

1 ábra a) Kompaundálás kétcsigás extruderben, előtermék: granulátum, b) extrudált lemez vákuumformázásának technológiai lépései, c) fröccsöntés

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

Tárgyszavak: kompozit; önerősítés; polipropilén; műanyag-feldolgozás; mechanikai tulajdonságok.

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

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

Bazaltszállal erősített fröccsöntött poliamid kompozitok fejlesztése

VÉKONYLEMEZEK ELLENÁLLÁS-PONTKÖTÉSEINEK MINŐSÉGCENTRIKUS OPTIMALIZÁLÁSA

Impulzus alapú Barkhausen-zaj vizsgálat szerkezeti acélokon

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

Rezisztens keményítők minősítése és termékekben (kenyér, száraztészta) való alkalmazhatóságának vizsgálata

Baris A. - Varga G. - Ratter K. - Radi Zs. K.

Öntött poliamid 6 mátrixú nanokompozit fejlesztése

KÉPALKOTÁSRA ALAPOZOTT RUHAIPARI

Ciklikus butilén-tereftalát mint polimer alapanyag és polimer adalékanyag

Homlokzati burkolókövek hőterhelése. Dr. Gálos Miklós Dr. Majorosné Dr. Lublóy Éva Biró András

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


Hosszú szénszállal erõsített PP, HDPE és EVA kompozitok

Műanyag alapú kéménybélelések tűzvédelmi vizsgálatai, alkalmazásának lehetőségei és jogszabályi háttere

DR. VERMES PÁL főiskolai tanár ÍRÁSOS PUBLIKÁCIÓS TEVÉKENYSÉGE ( ) (önálló és társszerzős)

A betonburkolatok Útügyi Műszaki Előírásaiban bekövetkezett változások és nem csak autópályán. Vörös Zoltán

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

XXI. Nemzetközi Gépészeti Találkozó - OGÉT 2013

OPPONENSI VÉLEMÉNY. Nagy Gábor: A környezettudatos vállalati működés indikátorai és ösztönzői című PhD értekezéséről és annak téziseiről

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

Akusztikus aktivitás AE vizsgálatoknál

MŐSZAKI MŐANYAG KOMPOZITOK FEJLESZTÉSE MEZİGAZDASÁGI GÉPÉSZETI ALKALMAZÁSOKHOZ

LTSÉG G ALATTI DIAGNOSZTIKAI PARAMÉTEREKRE. tamus.adam@vet.bme.hu. gtudományi Egyetem

SZENT ISTVÁN EGYETEM GÖDÖLLŐ. DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS - TÉZISFÜZET

WESSLING Közhasznú Nonprofit Kft. Qualco MAE jártassági vizsgálatok

Átírás:

SZENT ISTVÁN EGYETEM BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM MŰSZAKI MŰANYAG KOMPOZITOK FEJLESZTÉSE MEZŐGAZDASÁGI GÉPÉSZETI ALKALMAZÁSOKHOZ Doktori (Ph.D) értekezés tézisei Andó Mátyás Gödöllő 2010

A doktori iskola megnevezése: Műszaki Tudományi Doktori Iskola tudományága: Agrárműszaki Tudomány vezetője: Dr. Farkas István egyetemi tanár, DSc Szent István Egyetem, Gépészmérnöki Kar Környezetipari Rendszerek Intézet Témavezető: Dr. habil. Kalácska Gábor egyetemi tanár, CSc Szent István Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Gépipari Technológiai Intézet Társ-témavezető: Dr. habil. Czigány Tibor egyetemi tanár, DSc Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Polimertechnika Tanszék...... Az iskolavezető jóváhagyása A témavezető jóváhagyása

Bevezetés, célkítűzés 1. BEVEZETÉS, CÉLKITŰZÉS A műanyagokat megjelenésük óta egyre szélesebb körben alkalmazzák. A fejlesztéseknek köszönhetően már nem csak alárendelt helyeken használják ezeket, mint például csomagolóanyagként, hanem teherviselő gépelemként is. Az egyik leggyakrabban alkalmazott műszaki műanyag a poliamid 6 (PA6). Ennek oka, hogy igen jó mechanikai (szilárdság, keménység, szívósság, csillapító képesség) és tribológiai (csúszás, siklási, és kopásállóság) tulajdonságokkal rendelkezik. Ezeknek köszönhetően többek közt csapágyperselyekként, kopó lécekként, különböző görgőkként, fogaskerekekként is használják. Korábbi magyarországi kutató munka során kidolgozták a magnézium katalizálású PA6 féltermékek (rudak, táblák) ipari gyártástechnológiáját. Ennek az eljárásnak több előnye van az eddig világszerte használt nátrium katalizálású termékkel szemben. A magnézium katalizálású PA6 homogénebb szerkezetű, melynek nagyobb a kristályosodási foka, és kisebb a visszamaradó monomer tartalma. Az ütőmunka értéke magasabb, illetve az abráziós kopásállósága is jobb, mint a hagyományos gyártástechnológiával előállított nátrium katalizálású PA6-é. Különösen indokolt a szívósabb öntött poliamid 6 anyagok alkalmazása azokon a területeken, ahol az üzemi körülmények az átlagostól eltérnek. Ilyen terület többek közt a mezőgazdasági gépészet, ahol a mezőgazdasági munkák gyakran járnak szélsőséges körülményekkel, melynek hatásait az alkalmazott anyagoknak ki kell bírniuk. Meghatározó jelenség az abráziós koptató hatás, ahol a kopásállóság növelése egyértelműen a gépszerkezet élettartamának növelését jelenti (pl. tároló burkolatok, surrantók). Antisztatikus vagy égésgátolt műanyagok használata elengedhetetlen a robbanásveszélyes helyeken (gabonasilók, műtrágyakezelés berendezései). A műanyag gépalkatrészek használata agrotechnikai és környezetvédelmi szempontból is jelentős. A mezőgazdasági gépek tömegcsökkentésénél, az öntömeg megtervezésénél fontos eszköz a polimer gépelemek alkalmazása, mert a talajtömörödöttség, talaj-vízháztartás szempontjából a gépi tömeg kritikus, úgymint hajtóanyag-felhasználás és károsanyag-kibocsátás szempontjából is. 1

Bevezetés, célkítűzés Ph.D értekezésem célja a magnézium katalizálású, öntött PA6 féltermékek továbbfejlesztése és vizsgálata, mely alkalmassá teszi a mezőgazdasági rendszerekben való szélesebb körű használatát. Ennek megfelelően a következő fejlesztési irányzatokat határoztam meg: - növelt szívósság, - javított abrazív kopásállóság, - antisztatikus tulajdonság, - növelt égésgátoltság. A tulajdonságok javulását úgy kell elérni, hogy az alapanyag eredeti mechanikai tulajdonságai jelentősen ne változzanak meg. Így biztosítható az alkalmazhatóság bővítése (univerzalitás), ami valódi piaci előnyként jelentkezhet. Az egyes javított anyagjellemzőket többféle adalékanyaggal is el lehet érni, ezért kutatási céljaim között szerepel: - Megállapítani, hogy mely adalékanyagok hatékonyak az alapmátrix tulajdonságainak befolyásolására. - A kiválasztott adalékanyagok mennyiségi hatásának részletes vizsgálata. - Az egyes receptúrák komplex értékelése és minősítése a kitűzött célok anyagtulajdonságok alapján. 2

Anyag és módszer 2. ANYAG ÉS MÓDSZER Az anyagfejlesztéshez alapmátrixnak magnézium katalizálású öntött poliamid 6 (PA6) műszaki műanyagot választottam. A kompozitgyártási előkísérletek eredményeit felhasználva (ahol 39 adalékanyagot vizsgáltam) kísérlet tervet készítettem, melynek célja a kiválasztott adalékanyagok pontos hatásainak megismerése. Az adalékanyagok kiválasztásánál figyelembe vettem a mechanikai tulajdonságokat, a speciális tulajdonságokat, az ipari öntéstechnológiához könnyű illeszthetőséget (kutatás gyakorlati hasznosulásának alapja) és a szakirodalomban közölt mérési adatok és a saját adataim közötti ellentmondásokat is (lehetséges újdonság). A kiválasztott adalékanyagokat az 1. táblázat tartalmazza. 1. táblázat. Kísérleti terv adalékolásai Vizsgálat tárgya Adalékolási arányok [%] Lágyítóanyag 10 15 20 25 MoS 2 2 3 Grafit 1,5 2 2,5 3 3,5 Montmorillonit 0,5 1 3 6 Vezetőképes grafit 0,5 1 2 3 4 Vezetőképes korom 0,5 1 1,5 2 2,5 A kísérleti mintákon a következő vizsgálatokat hajtottam végre: - Szakítóvizsgálat (MSZ EN ISO 527) - Hajlító vizsgálat (MSZ EN ISO 178) - Charpy-féle ütővizsgálat (MSZ EN ISO 179) - Keménységmérés (MSZ EN ISO 868) - Ütővizsgálat során kialakult töretfelületén SEM mikroszkópos vizsgálat - Tribológiai vizsgálat (DIN 50322) - Felületi ellenállásmérés (IEC 60093) - Éghetőségi vizsgálat (UL-94) 3

Eredmények 3. EREDMÉNYEK Ebben a fejezetben összefoglalom a vizsgálati eredményeket, és a kompozit hasznosíthatósági szempontok alapján értékelem az adalékanyagok hatását. 3.1. Montmorillonit adalékanyag A montmorillonitot azért választottam, mert több cikk is beszámolt arról, hogy égésgátoló adalékként hasznosítható poliamidok esetén. Ezek a cikkek nem vették figyelembe azt, hogy valós égési körülmények között a poliamid 6 csepegve ég, vagyis a montmorillonit égésintenzitást csökkentő hatása nem érvényesül (2. táblázat). Mérési eredményeim alapján megállapítottam, hogy a montmorillonit tartalom rontja a natúr anyag égésgátoltsági tulajdonságát, ezért az adalék a célját nem teljesítette. A villamos ellenállási mérésekből az is megállapítható volt, hogy a montmorillonit nagyobb felületi ellenállást kölcsönöz a mintáknak, vagyis nem segít az antisztatikus tulajdonság elérésében. Egyedüli javulás a 6%- os minta abráziós kopásállóságában jelentkezett, ami 33%-kal nagyobb élettartamot jelent az alapanyaghoz képest. Ennél az adalékanyag mennyiségnél a súlyozástól 2. táblázat. Montmorillonit tartalmú minták égési jellemzői Montmorillonit Csoportjel Megjegyzés tartalom [%] 0 HB 2 s-ként csepeg 0,5 HB 2 s-ként csepeg 1 HB 2 s-ként csepeg, 16,4 mm/perc 3 HB 2 s-ként csepeg, 16 mm/perc 6 HB ritkábban csepeg, 14,8 mm/perc függően, a mechanikai tulajdonság 3-9%-kal csökkent. Az elért eredmények alapján montmorillonit tartalmú, új piaci termék létrehozását elvetem. 3.2. Lágyítóanyag A lágyítóanyag használatának elsődleges célja a mechanikai tulajdonságok megváltoztatása, azon belül is az ütőszilárdság növelése volt. Az öntés során nyilvánvalóvá vált, hogy a 25% adalékanyag tartalom több, mint amit az alapanyag fel tud venni, ezért szemmel látható kiválások jelentek meg. Ennek a mintának a mechanikai tulajdonságai (például, modulusok, húzószilárdság ) lényegesen romlottak, ráadásul az égésvizsgálatoknál is gyenge tulajdonságokat mutatott. 20%-os adalékanyag tartalom esetén a mikroszkópos vizsgálatok alátámasztottak (jellegzetes töretfelület) azt a mechanikai tulajdonságokból levont feltételezésemet, hogy a kétfázisú rendszer már ennél az adalékanyag mennyiségnél is megjelenik (1. ábra). 4

Eredmények 1. ábra. 20% lágyítóanyag tartalmú minta 30 és 500 nagyítású SEM felvétele 15%-os adalékanyag tartalom mellett, sikerült elérni az alapanyagnál 3-szor nagyobb ütőszilárdságot (2. ábra). Ezzel együtt, a rugalmassági modulus (40%- kal) és a húzószilárdság (50%-kal) csökkent. Az is megfigyelhető volt, hogy a felületi ellenállás 10 10 Ω-ra csökkent, vagyis jó antisztatikus tulajdonságú rendszer jött létre. A rugalmassági modulus csökkenése miatt az abráziós kopásintenzitás a kétszeresére nőtt. Abrazív tribológiai rendszerben általános használata nem ajánlott, de a Shore-D keménységcsökkenése (12%) miatt olyan tribológiai rendszerekben jó lehet, ahol a felület szemcse-beágyazó képessége alapvető fontosságú. 50000 Ütőszilárdság [J/m 2 ] 40000 30000 20000 10000 0 0 5 10 15 20 Lágyítóanyag tartalom [%] 2. ábra. Lágyítóanyag tartalmú minták fajlagos ütőszilárdsága 10%-os adalékolás esetén a minta tulajdonságai hasonlóan változnak, mint 15%-os adalékolás esetén, de ezek a változások jóval kisebbek. A 10%-os adalékolás esetén a minta mechanikai tulajdonságai inkább a natúr anyag tulajdonságára hasonlítanak. Ütőszilárdsága 70%-kal nagyobb, húzószilárdsága viszont 13%-kal csökkent. Az antisztatikus tulajdonságot nem javította a 10% adalékanyag és az abráziós kopásintenzitás is 33%-kal emelkedett. Az égési tulajdonságok mind a 10, mind a 15%-os adalékolás esetén romlottak. 5

Eredmények Az elért eredmények alapján, lágyítóanyag tartalmú új piaci termék létrehozása lehetséges. 10% adalékolás esetén jobb ütőszilárdsággal, de rosszabb abráziós kopásállósággal és égési tulajdonsággal kell számolni. 15% esetén lényegesebb jobb ütőszilárdsággal és jó antisztatikus tulajdonsággal, de rosszabb egyéb mechanikai, égési és abrazív tribológiai tulajdonságot kapunk. 3.3. Grafit adalékanyag A grafitot azért választottam, mert javítatja a tribológiai és villamos tulajdonságokat. Ennek megfelelően az abráziós kopásintenzitás 25%-kal csökkent (3. ábra). Az villamos tulajdonságok az adalékanyag tartalom növelésével javultak. 2,5% grafittartalom esetén már jó antisztatikus tulajdonságú öntött poliamid 6-ot kapunk. További adalékolás esetén elérhető az ESD tulajdonság felső határa is (10 9 Ω nagyságrendű felületi ellenállás). A szakítószilárdság 10-15%-kal, az ütőszilárdság 15-25%-kal csökkent, de a hajlító rugalmassági modulus 5-15%-kal növekedett. Az összegzett mechanikai tulajdonságokban ez 5-8%-os csökkenést jelentett. A grafit adalékolás az villamos és a tribológiai tulajdonságok javításán túlmenően az égési tulajdonságokat is javította, vagyis az eredetileg HB besorolású öntött poliamid 6 helyett ezek az anyagok V-2 eggyel jobb minősítést kaptak. 0,25 Vizsgálati körülmények: 0,7 MPa, 80 mm/s, P60 Kopásintenzitás [mm/m] 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Grafit tartalom [%] 3. ábra. Grafit tartalmú minták abráziós kopásintenzitása A vizsgálatok alapján 3% adalékolás esetén már ESD tulajdonságot, javított abráziós kopásállóságot és égésállóságot kapunk, miközben a mechanikai tulajdonságok csak korlátozottan csökkennek. A javított tulajdonságok miatt ezt a terméket sikeres fejlesztésnek ítélem. 6

Eredmények 3.4. Vezetőképes grafit adalékanyag Vezetőképes grafitot azért választottam, mert rendkívül jó villamos tulajdonságokat mutatott az előkísérletek során. Vizsgálataim szerint a 3% és a 4%-os minta, normál és nedves állapotban rendkívül alacsony felületi ellenállású (10 7 Ω nagyságrend), emiatt ezek az anyagok már az ESD csoportba tartoznak. Száraz állapotban a felületi ellenállásuk kicsit nagyobb (10 9 Ω nagyságrend), vagyis ebben az esetben is még ESD tulajdonságúak. Vezetőképes grafit a tribológiai tulajdonságokat nem változtatja meg lényegesen, vagyis gyakorlati szempontból nem okoz jobb abráziós kopásállóságot. Az égési vizsgálatok tanulsága szerint kis adalékanyag tartalom esetén (0,5-1%) javítja, nagyobb adalékanyag tartalom mellett nem rontja az égési tulajdonságokat. A grafithoz képest a minták hajlítószilárdsága kisebb mértékben csökken (5-10%) és a hajlító rugalmassági modulus mellett a húzó rugalmassági modulus is javul (5-10%) (4. ábra). Az összegezett mechanikai tulajdonságokban ezért csupán 2-6%-os csökkenés adódik. Az elért kiváló villamos tulajdonságok miatt a 3% vezetőképes grafit tartalmú mintát szintén sikeres fejlesztésnek ítélem. 2500 Rugalmassági modulus [MPa] 2000 1500 1000 500 0 y = 57,8x + 2030 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Vezetőképes grafit tartalom [%] 4. ábra. Vezetőképes grafit tartalmú minták rugalmassági modulusa 3.5. Vezetőképes korom adalékanyag Vezetőképes kormot szintén a villamos tulajdonságok javítása miatt választottam. 1% adalék elégséges ahhoz, hogy normál és nedves állapotban ESD tulajdonságú anyagot kapjunk (5. ábra). Ez azért is előnyös, mert 1% adalékanyag esetén a mechanikai tulajdonságok kevésbé változnak (0-1%). A minta rugalmassági modulusa növekedett (6-7%), míg az ütőszilárdság (10%) csökkent. A tribológiai tulajdonságokat hasonlóan, mint a vezetőképes grafit ez sem módosította jelentősen. Az égésgátoltság viszont romlott a HB kategórián belül, ezek a próbatestek nem alszanak ki maguktól. A minimális adalékanyaggal elért kiváló villamos tulajdonságok, és a 7

Eredmények Felületi ellenállás [Ω] 1,00E+12 1,00E+11 1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 Száraz állapot Normál állapot Nedves állapot 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Vezetőképes korom tartalom [%] 5. ábra. Vezetőképes korom tartalmú minták felületi ellenállása kisarányú mechanikai tulajdonságok változása alapján az 1%-os koromtartalmú adalékolást sikeres fejlesztésnek ítélem. 3.6. Molibdén-diszulfid adalékanyag A molibdén-diszulfidot azért választottam, mert kisarányú adalékolás mellett is javítja a tribológiai tulajdonságokat. Azonban abráziós környezetben nem volt kimutatható lényeges kopásállóság javulás, így elsődleges célját nem teljesítette. A vizsgálatok szerint az villamos tulajdonságokra sincs lényeges hatással. A rugalmassági modulusok 10-10%-kal növekedtek, de az ütőszilárdság 20%-kal csökkent. Az égési vizsgálatok alapján az anyag a V-2 kategóriába sorolható. Molibdén-diszulfid adalékolása a felállított vizsgálati rendszer alapján nem célszerű, mert a grafit jobb tulajdonságokat eredményez. 8

Új tudományos eredmények 4. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 1. Komplex szempontrendszer alapján elemeztem a magnézium katalizálású öntött poliamid 6 mátrixú kompozit tulajdonságait, amely egyszerre kezeli a mechanikai, az anyagszerkezeti, a villamos, az abrazív tribológiai és az égési vizsgálatok eredményeit. Megállapítottam, hogy a magnézium katalizálású öntött poliamid 6 mezőgépészeti (növelt szívósság, jobb abráziós kopásállóság, antisztatikus tulajdonság, hatékonyabb égésgátoltság) felhasználására legjobban megfelelő szerkezeti anyagot eredményező összetétel: 3% grafitot, 3% vezetőképes grafitot, 1% kormot vagy 10% lágyítóanyagot is tartalmaz. 2. Kimutattam, hogy a magnézium katalizálású öntött poliamid 6-nál a dialkoholból (poli-etilénglikol) és a diizocianátból álló lágyítóanyag az ütőszilárdság széles határok közötti (ridegtől a szívósig) módosítására alkalmas. Így 15% társítás esetén az ütőszilárdság háromszorosa lesz a referencia anyagénak. Ennél nagyobb lágyítóanyag tartalom felett, azonban már megindulnak az anyagszerkezeti kiválási folyamatok. 3. Felületi ellenállás méréseim alapján kimutattam, hogy a magnézium katalizálású rendszerben az olvadt kaprolaktámban 3% vezetőképes grafit, vagy 1% vezetőképes korom hozzáadása felett a felületi ellenállás 4 nagyságrenddel csökken. Ezek az anyagok már az elektrosztatikai disszipatív (ESD) csoportba tartoznak. 4. Tribológiai vizsgálataim alapján megállapítottam, hogy a hagyományos grafitpor (1,5-3,5%) jelentősen (30%-kal) növeli a próbatestek abráziós kopási élettartamát. Ezzel szemben kimutattam, hogy a vezetőképes grafit hozzáadása nem jár az abrazív tribológiai tulajdonságok egyértelmű javulásával. Megállapítottam továbbá, hogy a nátrium katalizálású öntött poliamid 6 anyagoknál a tribológiai tulajdonságok megváltoztatására elterjedten használt molibdén-diszulfid a magnézium katalizálású rendszerekben ugyancsak nem jár az abrazív tribológiai tulajdonságok javulásával. 5. Égésvizsgálataim (UL-94) alapján megállapítottam, hogy a szakirodalomban általánosan égésgátlásra ajánlott montmorillonit agyagásvány nem fejt ki égésgátló hatást a magnézium katalizálású öntött poliamid 6-ra. Továbbá a 6% adalékanyag tartalom már jelentősen növeli a tűz terjedésének kockázatát is. 9

Következtetések és javaslatok 5. KÖVETKEZTETÉSEK ÉS JAVASLATOK Sikeres anyagfejlesztési folyamat eredményeként kiválasztottam 5 receptúrát, mely célirányosan alkalmassá teszi a magnézium katalizálású öntött poliamid 6- ot mezőgépészeti felhasználásra: - 3% grafit, - 3% vezetőképes grafit, - 1% korom, - 10% lágyítóanyag, - 15% lágyítóanyag. A kutatási eredményeim alapján megkezdődött a grafit, illetve a vezetőképes korom tartalmú, magnézium katalizálású öntött poliamid 6 féltermékek gyártása és forgalmazása. A téma továbbvitelének lehetőségei: - Valós körülmények között végzendő tribológiai vizsgálatok, pl. szállítószalag görgői, további anyagmozgató gépek vezetőlécei, külső környezettel érintkező műanyag fogaskerékpárok. Jelenleg a mezőgazdaságban számtalan műanyag csúszó elemet használnak. A javított abráziós kopásállóságú PA6 (3% grafit) ezeken a helyeken nagyobb élettartam jelentkezhet. - Villamos és tribológiai tulajdonságok ellenőrzése valós körülmények között, pl. terménykeverő gépek belső borításának cseréje, ami több előnnyel járhat: olcsóbb előállítás, hosszabb élettartam, jobb működési körülmények. A javított villamos tulajdonságok miatt a beépíthetőség már lehetséges ilyen berendezésekben, azonban a valós működési jellemzők nem ismertek. - További adalékanyagok például expandált grafit vizsgálata. Az expandált grafit javíthatja az égési tulajdonságokat. A csepegés megszüntetése és V- 1-es kategória elérése rendkívüli piaci előnyt biztosíthat az öntött PA6- nak. - Szén nanocső adalékanyag hatásának komplex vizsgálata. Közel 3000 mérésem kellő alapot nyújt arra, hogy a szén nanocső adalékolásának pontos hatását meg tudjam állapítani (pl. el tudjam választani a grafit adalékanyag hatását a szén nanocsőtől), továbbá az előállítási költségek figyelembevételével életképessége is jobban megítélhető. - Acél műanyag (pin on disk) csúszópárok vizsgálata. E vizsgálattal az eredmények kiterjeszthetők más ipari alkalmazásokra is. 10

Összefoglalás 6. ÖSSZEFOGLALÁS A szakirodalom áttanulmányozása alapján, azonosítottam 35 adalékanyagot, melyet a fröccsöntésnél és a nátrium katalizálású öntött poliamid 6-nál az egyes tulajdonságok megváltoztatására használtak. Ezek az anyagok alkalmasak lehetnek a következő főként mezőgépészeti üzemi körülményeket jellemző célok elérésére: - jobb tribológiai tulajdonság nagyobb abráziós kopásállóság, - javított villamos tulajdonságok antisztatikus, vagy ESD tulajdonság, - jobb égésgátlás, - javított mechanikai tulajdonságok megnövelt szívósság. A kiválasztott adalékanyagokkal, a gyártó-fejlesztő céggel közösen elvégzett előkísérletek a szükséges műveletek (pl. eloszlatás) kidolgozása és a hatékony adalékanyagok kiválasztása volt a fő feladat. Ezek közül kiválasztottam azokat, melyek képesek a magnézium katalizálású öntött poliamid 6 alapmátrixszal megfelelő kompozitot létrehozni. Az előkísérletek alapján azonosítottam hat (lágyítóanyag, molibdén-diszulfid, grafit, montmorillonit, vezetőképes grafit és vezetőképes korom) hatékonyan használható adalékanyagot. A kitűzött céloknak és az előkísérletek tapasztalatainak megfelelően kidolgoztam egy komplex anyagvizsgálati és értékelési rendszert. A rendszer alapján eldönthető, hogy egy adalékanyag az ipari követelményeknek megfelelő szerkezeti anyagot eredményez-e. A szakirodalom, a kiválasztott adalékanyagok és a vizsgálati rendszer ismeretében felállítottam egy kísérlettervet, mely alkalmas arra, hogy a kiválasztott adalékanyagok optimális mennyisége meghatározható legyen. Következő lépésként az öntött kísérleti mintákból szabványos próbatesteket munkáltam ki, majd több mint 2800 szabványos szakító, hajlító, Charpy-féle ütőmunka vizsgálatot, Shore-D keménységmérést végeztem el, pásztázó elektronmikroszkópos felvételeket készítettem, felületi ellenállást, abrazív tribológiai jellemzőket határoztam meg és égési vizsgálatokat csináltam. A mérési eredményeket a statisztikai módszerekkel dolgoztam fel, majd az egyes adalékanyagok hatására vonatkozóan összefüggéseket (pl. húzási rugalmassági modulus alakulása a lágyítóanyag tartalom függvényében) állapítottam meg, melyek korábban ismeretlenek voltak a magnéziumos katalizálású öntött poliamid 6 alapmátrix használata esetén. Ezzel párhuzamosan az adalékok hatására bekövetkezett változások okait is feltártam. A kidolgozott vizsgálat rendszer alapján több szempontot figyelembe véve értékeltem az egyes adalékanyagok hatásait. Ennek eredményeként meghatároztam az adott vizsgálati körülmények között optimális adalékanyag mennyiségeket; melyek a következők: 3% grafit, 3% vezetőképes grafit, 1% korom, 10% és 15% lágyítóanyag. 11

Az értekezés témaköréhez kapcsoldó publikációk 7. AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉHEZ KAPCSOLÓDÓ PUBLIKÁCIÓK Lektorált cikk idegen nyelven: 1. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: The effects of humidity on surface resistance of megnesium catalyzed cast polyamide 6, R & D Mechanical Engineering Letters, Release of Trans-Trio Sciences, Gödöllő 2009, pp. 120-125 2. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Shore D hardness of cast PA6 based composites, R & D Mechanical Engineering Letters, Release of Trans-Trio Sciences, Gödöllő 2009, pp. 42-46 3. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Cast Polyamide 6 Polymer Composites for Agricultural Machine Applications, Hungarian Agricultural Engineering, Gödöllő 2008, pp. 67-69 4. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: High Conductive Graphite Additives for Magnesium Catalyzed Cast PA6 Polymer Matrix, Sustainable Construction & Design, 2010, vol. 1, pp.86-90 5. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Electrical Properties of Magnesium Catalyzed Cast PA6 Semi-finished Products, Journal of Thermoplastic Composite Materials, SAGE, (megjelenés alatt) Lektorált cikk magyar nyelven: 6. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Magnézium katalizálású öntött poliamid 6 antisztatikus tulajdonságainak fejlesztése, GÉP, Budapest 2009/8, LX. évf., 19-22 o. 7. Andó M., Kalácska G., Czigány T. Sárosi Gy.: Öntött poliamid 6 kompozitok vizsgálata és anyagfejlesztése mezőgazdasági gép alkalmazásokhoz, GÉP, Budapest 2009/4-5. LX. évf., 79-84 o. 8. Andó M.: Öntött poliamid 6 nanokompozitok mechanikai és tribológiai tulajdonságainak kutatása, Műanyagipari Szemle 3 (1), Quattroplast Kft. Budapest 2006, 85-92 o. Idegen nyelvű konferencia kiadvány: 9. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Development and Examination of different cast polyamide 6 composites, Synergy and Technical Development, Gödöllő 2009, o6-199, pp. 1-6 10. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Antistatic Characterics of Cast PA6 Containing Graphite Additives Scientific Bulletin Serie C, Volume XXII, International Multidisciplinary Conference 21-22 May 2009, Nyíregyháza, Hungary 2009, pp. 13-16 12

Az értekezés témaköréhez kapcsoldó publikációk 11. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Cast Polyamide 6 Polymer Composites for Special Application, 14 th Building Services, Mechanical and Building Industry days International Conference, Debrecen, Hungary, 30-31 October 2008, pp. 296-303 12. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Development of Technical Polymer Composites for Agricultural Engineering Application, Gépészet 2008, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Budapest 2008, G-2008-K-07, pp. 1-7 Magyar nyelvű konferencia kiadvány: 13. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Magnézium katalizálású poliamid 6 kompozit fejlesztése, Erősített Műanyagok 2008 Nemzetközi BALATON Konferencia, Keszthely 2008, 1-9 o. 14. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Műszaki műanyag kompozitok fejlesztése, XIII. Nemzetközi Tudományos Konferencia. Kolozsvár, Erdélyi Múzeum-Egyesület 2008, 1-4 o. 15. Andó M., Kalácska G., Czigány T.: Öntött poliamid 6 kompozitok vizsgálata és anyagfejlesztése, MTA AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás. Gödöllő, SZIE Gépészmérnöki Kar FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet, 2008, 1. kötet 251-255 o. 16. Kalácska G., Andó M., Deák F., Sárosi Gy.: Öntött poliamid 6 alapú nanoés mikro kompozitok fejlesztése különleges gépészeti alkalmazásokhoz, MTA AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás. Gödöllő, SZIE Gépészmérnöki Kar FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet, 2007, 3. kötet 195-199 o. 13