Pattantyús-Ábrahám Géza Gépészeti Tudományok Doktori Iskola

Témavezető: Dr. Czigány Tibor

BME Gépészmérnöki kar, Polimertechnika Tanszék

A téma címe

A kutatási téma néhány soros bemutatása

Napjainkban a nagyteljesítményű kompozitok erőteljes térnyerésének lehetünk tanúi a szerkezeti anyagok területén. Ezek a kompozitok jellemzően termoreaktív mátrixszal készülnek, mivel általában ezek rendelkeznek a szükséges viszkozitással és mechanikai tulajdonságokkal. A termoreaktív anyagok egyik nagy hátránya viszont az, hogy nehéz az újrahasznosításuk. Erre a problémára a hőre lágyuló polimerek családja jelenthet megoldást, de a napjainkban elterjedt termoplasztok igen nagy viszkozitással rendelkeznek, ami az erősítőanyagok impregnálását nehézkessé teszi. Az impregnáláshoz ideális, ha a mátrix viszkozitása 1 Pas alatt van, a klasszikus termoplasztok viszkozitása pedig jelentősen ezen érték felett található. A 2000-es évektől kezdve megjelenő, reaktívan polimerizálódó termoplasztok egy olyan új generációt képviselnek, amelyek rendkívül kis ömledékviszkozitással rendelkeznek. Ilyen anyagok tipikusan a gyűrűfelnyílásos polimerizációval (ROP) polimerizálódó poliamidok és a különböző poliészterek. A poliészterek családjába tartozó ciklikus butilén tereftalát (CBT) ömledékviszkozitása 0,01 Pas nagyságrendű, ami igen vonzó mátrixanyag-alternatívává teszi. Éppen ezért már több külföldi kutatócsoport is vizsgálta ezt a 2000-es években megjelent poliésztert, polimerizációs, kristályosodási és feldolgozás-technológiai szempontból. Ennek eredményeképpen ismerjük a polimerizációs kinetikát és a kristályosodási tulajdonságokat, de a feldogozás-technológiáról még kevés információ áll rendelkezésre. A CBT adalékolásáról pedig a mai napig kevés publikáció vált elérhetővé, és ezek is többnyire a nanorészecskék hatását vizsgálták.

Dolgozatom célja olyan feldolgozás-technológia kidolgozása, amelynek segítségével nagy sorozatban gyártható CBT mátrixú kompozit, és a mátrix szívóssága, illetve termikus stabilitása javítható.

Értekezésem első fejezetében bemutatom a CBT-vel kapcsolatos eddigi kutatási eredményeket. Részletesen kitérek a polimerizációs kinetikára, ennek hőmérséklet-, és időfüggésére. Bemutatom, továbbá a hűtés rendkívül fontos szerepét és hatását a kompozitgyártásban. Ismertetem az eddig publikált eredményeket a CBT adalékolásával kapcsolatban: több kutató is foglalkozott már nanocsövek, illetve egyéb részecskék hozzáadásával, és bemutatom a mátrix reaktív módosításáról eddig megjelent eredményeket is.

Dolgozatom kísérleti részében bemutatom az irodalomban még nem elérhető, de rendkívül fontos feldolgozási paramétereket, olyanokat, mint a viszkozitás a hőmérséklet és az idő függvényében, a hűtési sebesség hatása és ezek hatása a feldolgozás-technológiai paraméterekre.

Bemutatok különböző kompozit-gyártási módszerekkel elért eredményeket, elsősorban szénszálas erősítés alkalmazása mellett, de ettől eltérő szálakat is alkalmazok. Kitérek az in-situ polimerizációs préselésre, az olvasztásos eljárásra, bemutatom ezek előnyeit, hátrányait alkalmazási korlátait. Részletes áttekintést adok az úgynevezett por prepreg eljárásról, aminek kis változtatásával folyamatos üzemben gyártható a CBT mátrixú kompozit szén, üveg, vagy bazaltszál erősítéssel. Bemutatom az eljárást meghatározó paramétereket – úgy, mint hőntartási idő, viszkozitás, hűtés – és irányadó értékeket javaslok ezekhez. Bemutatom a CBT reaktív adalékolásának lehetőségeit. A gyűrűfelnyílásos polimerizáció lehetőséget biztosít reaktív adalékok alkalmazására, amelyek a ROP során képesek beépülni a CBT láncába. Vizsgálok szívósságot növelő (polikaprolakton – PCL) és termikus stabilitást növelő (benzoxazin – BOX) adalékokat, meghatározom ezek alkalmazási paramétereit: optimális adalékanyag-mennyiség, és hőntartási idő, illetve présnyomás. Bemutatom a polikaprolakton alkalmazása során elért mérési eredményeket, összehasonlítom ezeket az irodalomban található értékekkel. A benzoxazin esetén bemutatom az elért eredményeket. Ezen anyag alkalmazásáról nem áll rendelkezésre semmilyen irodalmi eredmény, tehát munkám itt úttörőnek tekinthető.

Dolgozatomban tehát átfogó képet adok a CBTről, mint mátrixanyagról és az ilyen mátrixú kompozitok gyártásáról, valamint tulajdonságaik reaktív módosításáról. Javaslatot teszek a kompozitok felhasználására a felhasznált erősítőszáltól függően – üvegszálas esetben akár nagyfeszültségű szigetelő, vagy NYÁK-lap, szénszálas esetben pedig egyebek mellett nagyfeszültségű távvezetéki sodronymag is készíthető ebből az anyagból.