Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

SZERKEZETI ÉS FUNKCIONÁLIS ANYAGOK Polimer mátrixú nanokompozitok Szebényi Gábor Egyetemi tanársegéd Budapest 2011. december 13. NNA-P3-T1.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "SZERKEZETI ÉS FUNKCIONÁLIS ANYAGOK Polimer mátrixú nanokompozitok Szebényi Gábor Egyetemi tanársegéd Budapest 2011. december 13. NNA-P3-T1."— Előadás másolata:

1 SZERKEZETI ÉS FUNKCIONÁLIS ANYAGOK Polimer mátrixú nanokompozitok Szebényi Gábor Egyetemi tanársegéd Budapest december 13. NNA-P3-T1

2 Fő kutatási irányok  Nanokompozitok  Hibrid nanokompozitok  Nanoszálak  Nanostrukturált hibrid gyanták  Önjavító rendszerek NNA-P3-T1 2/38

3 Polimer nanokompozitok a gyakorlatban 3/38

4 Rétegszilikátok – Montmorillonit Fizikai tulajdonságok Fajlagos felület: <750 m 2 /g E= GPa Rétegtávolság: 1-3 nm Rétegvastagság: 0,98 nm Nedvszívó 4/38

5 Szén nanocsövek TulajdonságMértékegységSWCNTMWCNT Fajlagos felület[m 2 /g] Sűrűség[g/cm 3 ]0,81,8 Húzó rugalmassági modulus[TPa]~1~0,3-1 Szakító szilárdság[GPa] Szakítószilárdság [GPa] 5/38

6 Grafén TulajdonságMértékegységGrafén Fajlagos felület[m 2 /g]2630 Sűrűség[g/cm 3 ]0,8 Húzó rugalmassági modulus[TPa]~1 Szakító szilárdság[GPa]130 6/38

7 Nanokompozitok előállítása  nagy nyíróerővel (mátrix: ömledék állapotban)  In situ polimerizáció (mátrix: monomer formában)  Oldószeres eljárás (mátrix: oldott állapotban) Polimer nanokompozitok Nanokompozit: olyan polimer rendszer, melyben a folytonos polimer fázis mellett minimum egy dimenzióban nanométeres (1-200 nm) heterogenitás található. A tulajdonságok javulásának egyik alapfeltétele a nanorészecskék homogén diszperziójának létrehozása, eloszlatása a mátrix polimerben. 7/38

8 Hibrid kompozitnak nevezünk minden olyan erősített rendszert, amely többféle erősítő-, vagy mátrixanyagot tartalmaz. Többfalú szén nanocső (MWCNT, Baytubes BT 150 HP) Szénszál (Zoltek PX35 FBUD0300) Mátrixanyag: Epoxigyanta Epoxigyanta + vinilészter 8/38

9 Közvetlen keverés hengerszéken Előnye: termelékeny, hatékony Hátránya: kb. 1 Pas alsó viszkozitás korlát FM-20 lamináló gyanta, 25°C hőmérsékleten FM-20 lamináló gyanta + 0,5 tömeg% MWCNT 9/38

10 MWCNT-k eloszlatása alacsony viszkozitású gyantákban Kiindulási viszkozitás 0,1 Pas Termelékenység és hatékonyság fenntartása Közvetlen keverés erős nyírású zárt keverőben (DM) Mesterkeverékes keverés (MB) 10/38

11 AH-12 – T-58 epoxigyanta + 0,3 tömeg% mesterkeverékes technológiával (MB) eloszlatott MWCNT Mesterkeverékes technológiával előállított minta vizsgálata TEM-mel 11/38

12 FM-20 – T-16 epoxigyanta + 2 tömeg% MWCNT elektronbesugárzása Besugárzási paraméterek: 8 MeV elektron energia 100 kGy besugárzási dózis 10 Gy/s dózissebesség Légköri körülmények A – kezeletlen mintaB – besugárzott minta 12/38

13 Vinilészter elektronbesugárzással iniciált térhálósítása A vinilészter térhálósodása elektronbesugárzás hatására erősítetlen próbatestekben kGy dózissal kezelt EP+10 m% VE 100 kGy dózissal kezelt EP+10 m% VE Besugározatlan EP+10 m% VE 25 kGy dózissal kezelt EP+10 m% VE 13/38

14 Hibrid kompozitok mechanikai tulajdonságai 14/38

15 Hagyományosan (a) és elektronsugárzással (b) térhálósított 0,3 tömeg% szén nanocsövet és 50 tömeg% vinilésztert tartalmazó epoxigyanta AFM fázis felvétele a)b) Hibrid kompozitok mechanikai AFM felvételei 15/38

16 I. törési módII. törési módIII. törési mód Próbatest AE érzékelő Skála a vizuális repedéskövetéshez Befogófül Rögzítőcsap Közvetítő elem Befogószerkezet A mérési elrendezés 16/38

17 17/38

18 Termoplasztikus elasztomerek I. Hő hatására könnyen, reverzibilisen felbontható fizikai térháló A szegmensek termodinamikailag összeférhetetlenek Két fő csoport: Keverékek Blokk-kopolimerek 18/38

19 Egyesítik két anyagcsoport előnyös tulajdonságait: Rugalmas viselkedés felhasználási hőmérsékleten, de Megolvaszthatók, ömleszthetők (fröccsönthetők, extrudálhatók) Nagyon jól társíthatók más anyagokkal Fém- és kerámia felületen is jól tapadnak Egyszerűbb újrahasznosíthatóság Nincs szükség bonyolult receptúrára Hátrányaik: Kúszás és feszültségrelaxáció Gyenge vegyszer- és hőállóság Alacsony hőstabilitás Drágább alapanyag Korom nem használható töltőanyagként Termoplasztikus elasztomerek II. 19/38

20 Társítás nanorészecskékkel Rétegszilikátok: Kisebb elasztomer részek, jobb homogenitás Rugalmassági modulusz, folyáshatár növekedés Jelentős csökkenés a hőtágulási együtthatóban Szén nanocsövek: Szakító szilárdság, rugalmassági modulusz, folyáshatár növekedés Grafén: Üvegesedési, olvadási, bomlási hőmérséklet növekedés Szakító szilárdság, rugalmassági modulusz növekedés Hőstabilitás javítása, égésgátlás, lángkioltó képesség Alumínium-oxid-hidroxid: Rugalmassági modulusz, szakadási nyúlás növekedés Bomlási hőmérséklet növekedés 20/38

21 Társítás nanorészecskékkel II. 21/38

22 Próbatestek készítése és vizsgálata Vizsgálatok: Szakítóvizsgálat, kezdeti hiszterézissel Pásztázó elektronmikroszkópia Alapanyagok: TPE MMTCNT GNP AlO(OH) Próbatestek gyártásának lépései: Belső keverő Préselés Piskóta próbatestek kivágása 22/38

23 23/38

24 Elektronmikroszkópos felvételek I. TPETPE+GNP TPE+CNT TPETPE+GNP TPE+CNT 24/38

25 Elektronmikroszkópos felvételek II. TPE+AlO(OH) TPE+MMT 25/38

26 Az elektro-szálképzés (electrospinning) Jellemző szálátmérő: 10 nm - 5 µm között, jól szabályozható (Szabad szemmel jellemzően nem is látható) Szálhossz:Potenciálisan végtelen (szálvégek nem kimutathatók) Struktúra:Jellemzően rendezetlen szálpaplan, szálak között kötéspontok (Előnyös: nem rákkeltő, nincsen szilikózis veszély, egészségre ártalmatlan, hagyományos textilipari eljárásokkal feldolgozhatók) Alapanyag:Polimerek, adalékolt polimerek, stb. Az alapanyag rendszerint oldat, de lehet ömledék is Az eljárás:A szálak nyújtására a hagyományos szálképzési eljárásokkal szemben nem mechanikai, hanem elektrosztatikus erőket használ fel. Már 1902-ben felfedezték, de csak az utóbbi években vált jelentős kutatási területté: Szűréstechnika, gyógyszerkészítmények, mesterséges szövetek vázanyaga, szenzorok, napelemek stb. 26/38

27 NNA-P3-T1 A szálképzés rendszerint cseppből történik. A csepp az elektrosztatikus erők hatására megnyúlik, a hegyén kilép egy folyadéksugár, ami elvékonyodik. Az oldószer elpárolog és a folyadéksugár szálakká szilárdul. A fellépő instabilitások hatására a szálak véletlenszerűen rakódnak le a földelt gyűjtő- elektródára. 27/38

28 Kompozitok rétegközi tulajdonságainak javítása nanoszálakkal A rétegek közé helyezett nanoszálas minták vizsgálata dinamikus behatások esetén. -Kompozitokban alkalmazva nem okoz jelentős tömegnövekedést, vagy méretváltozást, ha mikroszálas rétegek közé nanoszálas rétegeket helyezünk -A nanoszálak és nanopórusok kiválóan gátolják a -repedésterjedést és a delaminációt Szénszálerősítésű epoxi + poliakrilnitril nanoszálas szálpaplan 28/38

29 Kompozitok rétegközi tulajdonságainak javítása nanoszálakkal – ejtődárdás vizsgálatok Perforációs energia (vastagsággal korrigált érték): Nanoszálas minta: 1,76 ± 0,13 J/mm Referencia minta: 1,25 ± 0,11 J/mm Ami 41%-os, szignifikáns növekedést jelent! A perforációhoz tartozó behatolási mélység (feltételezve, hogy a dárda nem lassul le jelentősen a lyukasztás során): Nanoszálas minta: 5,45 ± 0,15 mm Referencia minta: 4,57 ± 0,20 mm Ami közel 20%-os növekedést jelent! 1 g/m^2 nanoszál behelyezése után, tehát a tömeg gyakorlatilag nem növekedett meg. A nanoszálas rétegközi társítás képes szívósabbá tenni CF/EP kompozitokat dinamikus igénybevételek esetében. 29/38

30 Változtatható paraméterek: elhúzási sebesség, oldat térfogatáram, szálképzési köz, tápfeszültség, tekercselő magassága, stb. A végeredmény egy nanoszálas fonal, ami a hagyományos textilipari technológiákkal: szövés, fonatolás stb. feldolgozható. A tulajdonságai tág határok között szabályozható. Egyedi elektro-szálképző berendezés fonalak folytonos üzemű előállításához 30/38

31 Nanoszálas szálkötegek és fonalak előállítása Kimutattuk, hogy speciális kialakítású folyadék-szálgyűjtő elektróda eredményesebb, mint az irodalomban tárgyaltak. A szálak tönkremeneteli folyamatát egy számítógépes modellel elemeztük és arra a következtetésre jutottunk, hogy a nanoszálas anyagok tönkremenetele eltér a mikroszálas anyagokétól, ami a leendő termékek méretezésében is eltérést jelenthet. 31/38

32 Fonalminták előállítása Alapanyagként poliakrilnitrilt használunk (PAN), ami a hagyományos szénszálgyártás legnépszerűbb alapanyaga. Akár 3 méter/perc előállítási sebesség a laboratóriumi méretű berendezéssel, folytonos üzemmódban! A szén nanocső-töltés teszi lehetővé a nagyobb elhúzási sebességeket, nem szakad el a fonal. Emellett a szálakat is erősítik, esetleg javíthatják a grafitosodási hajlamot Igazoltuk, hogy a szén nanocsövek (kb. 10 nm átmérő) a szálképzés során a nanoszálak (kb nm) átmérő belsejébe kerülnek. 32/38

33 Nanoszálas szálkötegek és fonalak előállítása Speciális kialakítású, saját fejlesztésű folyadék-szálgyűjtő elektróda és megfelelő elhúzás alkalmazásával nagyfokú szálorientáció érhető el. A PAN fonalból oxidációval majd karbonizációval szén nanoszálakat állíthatunk elő a hagyományos szénszálgyártáshoz hasonló módon. A szálátmérő jellemzően 350 nm (az oxidációt megelőzően) a fonal struktúrán belül. Az oxidáció során jelentős orientáció- növekedés érhető el. A fonal hosszát tekintve akár kétszeresére is nyújtható. 33/38

34 Fonal keresztmetszete (SEM) PAN PAN+0,5% MWCNT 34/38

35 Egy nanoszerkezetű, szénszálas erősítőanyagot állítunk elő, ami alternatívája lehet a hagyományos szénszálaknak és hagyományos technológiákkal feldolgozható, valamint üzemi méretekben is előállítható. A kutatások során foglalkozunk: -az egyedi nanostruktúra kialakításával, -mechanikai tulajdonságok optimálásával, -a tönkremeneteli folyamatok mechanikai leírásával -a karbonizációval, mint thermokémiai eljárással, -a termék nagyüzemi gyártásának megalapozásával - nanoszálas szerkezetek kompozitipari alkalmazásaival 35/38

36 Önjavító rendszerek 36/38

37 Önjavító rendszerek 37/38

38 Köszönöm a figyelmet! NNA-P3-T1


Letölteni ppt "SZERKEZETI ÉS FUNKCIONÁLIS ANYAGOK Polimer mátrixú nanokompozitok Szebényi Gábor Egyetemi tanársegéd Budapest 2011. december 13. NNA-P3-T1."

Hasonló előadás


Google Hirdetések