Erősített polimerek és feldolgozási technológiáik

Erősített polimerek és feldolgozási technológiáikErősített polimer = Polimer kompozit:- A kompozit összetett, többfázisú szerkezeti anyag, amelykét különböző, egymásba ágyazott összetevőből, fázisbóláll, amelyeket fázishatár választ el.- Az egyik fázis a nagy modulusú és nagy szilárdságúerősítő anyag, amely jelenleg tipikusan szál formájú,feladata a rendszer nagy szilárdságának és nagymodulusának biztosítása. A tipikus erősítőszálak átmérője~ 10-20 μm. A szálas erősítés lehetővé teszi, hogy aszerkezetet a teherviselés kitüntetett irányaiban lehessenmegerősíteni.- A másik fázis a kisebb modulusú és szilárdságú, de szívósmátrix, amelynek feladata a rendszer összetartása, azerősítő szálak együttdolgozásának biztosítása. Polimerkompozit esetén a mátrix polimer anyag.- A mátrixba ágyazott erősítőszálak együttdolgozásánakfeltétele a kiváló határfelületi adhézió, ezért nagyonfontos, hogy a mátrix minden egyes erősítőszálat teljesenkörbevegyen.A kompozitok legfőbb alkalmazási területei:o Közlekedési eszközöko Sporteszközöko GyógyászatKözös előnyei: a polimerek egyéb előnyös tulajdonságain túla sűrűségre vonatkoztatott nagy szilárdság és merevség, azazkönnyű és erős, aminek különösen akkor van nagyjelentősége, ha a szerkezetet mozgatni kell!1

Erősítő anyagok- Geometria szerint: lényeges a nagy fajlagos felület. Ezmegvalósítható:o Szálformával, ahol D

Az erősítő struktúra megválasztásával a tervező szabja meg akompozit szerkezet szilárdságának, merevségénekirányfüggését.Mátrix anyagoko HNL (duromer vagy elasztomer), korábban ez volt adöntően jellemző, leggyakrabban telítetlen poliésztergyantaés epoxigyantao HL, egyre inkább teret hódít az egyszerűbbfeldolgozhatóság miatt, itt az erősítés rövid szálakbekeverésével valósul meg, a szilárdsági tulajdonságokkevéssé irányíthatók, függenek a feldolgozásitechnológiától. Nagy sikert ért el az üvegszálas PA anyag.Feldolgozás: fröccsöntéssel, extrudálással, sajtolássalA HL mátrixú kompozitok speciális fajtája az önerősítéseskompozit. Ebben az esetben az erősítőszál anyaga lényegébenmegegyezik a mátrix anyagával, csak annak egy olyanmódosulata, amelynek - részben a szálgyártás következtében -magasabb a kristályossági foka, jelentősen nagyobb aszilárdsága és magasabb az olvadáspontja, mint a mátrixnak. Aszerkezet előnye az újrafeldolgozhatóság, valamint a szál és amátrix közötti tökéletes kompatibilitás. Nehézséget jelentazonban a feldolgozásnál, hogy a szál és a mátrix olvadáspontjaközött általában nem túl nagy a különbség.A HL mátrixú kompozitok másik speciális fajtái abiodegradábilis, azaz a természetben a természetesanyagokhoz hasonlóan biológiailag lebomló kompozitok. Ma ezaz egyik legjelentősebb kutatási terület a kompozit anyagokfejlesztésében. Ezek erősítő és mátrix anyaga is lebomló kelllegyen. Az erősítő anyagok esetében a természetes szálak és atermészetes alapú mesterséges szálak megfelelnek ennek a3

követelménynek. A mátrix anyag tekintetében is természetesalapú anyagokkal kísérleteznek, bíztatóak az eredmények atermoplasztikus keményítő anyagok alkalmazásával.A leggyakoribb erősítő szálak tulajdonságai:o Üvegszál: törékeny, nehezen feldolgozhatóo Szénszál: törékeny, nehezen feldolgozható, elektromosvezető, kiváló vegyszerálló, röntgensugár-átlátszó,szövetbarát, feketeo Kevlár: szintetikus, jól feldolgozható textiliparitechnológiákkal, golyóálló mellény, radarátlátszó, sárga,de mivel polimer, kúszik, relaxál, öregsziko UHMPE: szintetikus, jól feldolgozható textiliparitechnológiákkal, nagyon könnyű, gyengén hőálló, kúszik,relaxál, öregszik4

A kompozitok fontosabb feldolgozási technológiái:A feldolgozási technológiáknak biztosítaniuk kell, hogy amátrix anyag tökéletesen, teljesen körülvegyen minden egyeserősítőszálat, azaz a mátrix jól átitassa az erősítő szálstruktúrát!– Kézi laminálás: termékei közepes és nagy méretű,bonyolult alakú héjszerkezetek HNL mátrixú kompozitbólkis darabszám esetén– Üvegszálas gyantaszórás: a kézi laminálás „gépesítése”(csak rövid szálas)– Sajtolás: szerszámba rétegelt erősítőanyag + gyanta, kisésnagynyomással héjszerkezetek,Sajtolásra előkészített anyagok:BMC: Bulk Molding Compaund (Premix), alaktalan(„savanyú káposzta konzisztenciájú”) kompozitelőimpregnátum rövid erősítőszálakból és mátrixoligomerből, tömeg vagy térfogat szerint adagolhatóbele a sajtoló szerszámba, megadott eltarthatóságiidővel, HNL polimer mátrixú kompozit készítéséhezSMC: Sheet Molding Compaund (Prepreg), lemezformájúkompozit előgyártmány, mátrix oligomerrelátitatott lapszerű erősítőszálstruktúra PE védőfóliákközött tekercsalakban tárolva, megadott eltarthatóságiidővel, HNL polimer mátrixú kompozit készítéséhezGMT: Glass-Mat reinforced Thermoplastic, paplanformájú kompozit előgyártmány rövid erősítő(üveg)- ésHL polimerszálból– Tekercselés: mátrix oligomerrel átitatott rovingból HNLpolimer mátrixú kompozit, nagyszilárdságú, nagyméretűcsövek, tartályok, rudak– Pultrúzió vagy húzóeljárás: hosszirányú, folytonosszállal (roving) erősített kompozit profilgyártás azextrúder-szerszámokhoz hasonló szerszámokkal, ahol atermék a HNL mátrix térhálósodása vagy a HL mátrixlehűtése alatt jelentős húzásnak van kitéve5