Pattantyús Ábrahám Géza Gépészeti Tudományok Doktori Iskola

Témavezető: Dr. Bárány Tamás

BME Gépészmérnöki Kar, Polimertechnika Tanszék

Nagy sorozatban gyártható környezetbarát, önerősítéses kompozitok kifejlesztése

A kutatási téma néhány soros bemutatása

Napjainkban különböző környezetvédelmi szabályozások, törvények jelentek meg az üvegházhatás, a meg nem újuló természetes erőforrások kimerülésének és a növekvő mennyiségű hulladékok és szennyező anyagok csökkentésére. Az európai unió 2000-ben megfogalmazott egy direktívát (2000/53/EC EU direktíva – End-of-Life Vehicle (ELV)), amelyben előírja, hogy a járművekhez felhasznált anyagok 95%-ának újra felhasználhatónak (amelyből 85%-nak újrahasznosíthatónak) kell lennie 2015-re. Az autóiparban leggyakrabban alkalmazott hőre lágyuló polimer a polipropilén, amelyet főként üvegszállal erősítenek. A polipropilén jó mechanikai tulajdonságai és kedvező ára (1,5 Euro/kg) mellé, többszöri (mechanikai tulajdonságváltozás nélküli) újrafeldolgozhatóság is társul. Az üvegszálas polipropilén mátrixú kompozit nagy hátránya azonban az, hogy csak nehezen és költséges módon újrahasznosítható, amely megoldására kínál jó alternatívát az önerősítéses anyagok és kompozitjaik alkalmazása, amely a dolgozatom témája. Az önerősítéses kompozit mátrixa és erősítőanyaga is hőre lágyuló polimer, amely biztosítja a könnyű újrahasznosíthatóságot és alkalmazásával akár 30%-os tömegcsökkenést is elérhetünk az üvegszálas rendszerhez képest anélkül, hogy az elvárt mechanikai tulajdonságok jelentős mértékben csökkennének. Önerősítéses kompozitból jellemzően alámetszés nélküli, héj jellegű termékek melegalakítással gyárthatók, azonban önerősítéses kompozitból tetszőleges 3D-s terméket, nagy sorozatban előállító feldolgozástechnológia (pl. extrúzió, fröccsöntés) sem szabadalomban sem publikációban nem ismert.

Dolgozatom célja olyan új anyag és feldolgozás-technológia kidolgozása, amely segítségével nagy sorozatú gyártásra alkalmas hőre lágyuló mátrixú és erősítőanyagú önerősítéses kompozit állítható elő. Továbbá célom a technológiai és anyagi jellemzők hatásainak feltárása a gyártott kompozit mechanikai, morfológiai tulajdonságaira.

Értekezésem első fejezetében bemutatom az önerősítéses anyagokkal és kompozitjaikkal kapcsolatos eddigi kutatási eredményeket. Részletesen kitérek az eddig alkalmazott gyártástechnológiákra és felhasznált alapanyag párosításokra és az ezekkel elérhető mechanikai tulajdonságokra.

Dolgozatom kísérleti részében bemutatom a lehetséges alapanyag párosításokat, elsősorban random polipropilén mátrix és nagyorientáltságú polipropilén erősítőanyag (multifilament) alkalmazása mellett. Részletesen bemutatom az egyes gyártástechnológiai lépéseket a felhasznált polipropilén alapanyagoktól, a fröccsöntésre alkalmas előgyártmányon (vágott hosszú szállal erősített lapformájú „granulátum”) keresztül egészen a fröccsöntött próbatestek, termékek előállításáig. Bemutatom az alapanyagok valamint a belőlük gyártott előgyártmányok mechanikai (statikus szakítóvizsgálat, dinamikus ejtődárdás vizsgálat) és morfológiai (DSC, SEM, EDS vizsgálatok) tulajdonságait. Bemutatom az önerősítéses kompozit feldolgozás technológiájának tartományát és korlátait az alkalmazott gyártási paraméterek alapján (pl. fröccsöntési hőmérséklet, nyomás, gépi paraméterek). Mechanikai, morfológiai és zsugorodási vizsgálatokkal meghatározom a fröccsöntött termékben, gyárthatósági és mechanikai tulajdonságok szempontjából alkalmazható optimális száltartalmat és szálhosszt. Az előállított próbatestek tönkremeneteli viselkedését akusztikus emissziós vizsgálatokkal követem nyomon. A próbatestek tartós igénybevételekkel szembeni ellenállását fárasztó vizsgálatokkal minősítem. A kapott eredményeket összevetem a korábban lap formájú terméket préseléssel előállító, folytonos szállal erősített gyártástechnológiákkal elért eredményekkel, továbbá a mátrix anyagéval és jelenleg széles körben alkalmazott vágott üvegszál erősítéses polipropilén kompozitokéval.