Újrahasznosított és újonnan gyártott szénszál erősítőanyagú polimer kompozitok összehasonlító forgácsolhatósági vizsgálata
A szénszállal erősített polimer (CFRP) kompozitok alkalmazása rendkívül gyorsan terjed a bonyolult és összetett mérnöki kihívásokat tartalmazó iparágakban, mint a repülőgépiparban, az űrtechnikában és az autóiparban; köszönhetően a speciális anyagszerkezeti kialakításnak, amely rendkívül kedvező mechanikai tulajdonságokat kölcsönöz a relatív kis sűrűségű CFRP kompozitoknak. A polimer gyártástechnológia több évtizedes fejlesztéseinek köszönhetően közel végleges formára készülnek az alkatrészek, azonban a szerelhetőségi igények és szigorú tűrések elkerülhetetlenné teszik az utólagos anyagleválasztási műveletek alkalmazását. A CFRP kompozitokra jellemző inhomogenitás és anizotróp jelleg, továbbá a szénszálak erősen abrazív koptatóhatása miatt a fémek forgácsolásánál felállított mechanisztikus és empirikus modelljeink nem, vagy csak részlegesen alkalmazhatók, ezért is kifejezetten fontos a CFRP megmunkálhatóságához kapcsolódó ismereteink kiterjesztése. A 21. század legnagyobb kihívásai és kötelességei közé tartozik a fenntartható fejlődés megvalósítása, amely magában foglalja a környezetvédelmet és az erőforrásgazdálkodást, ezek által az anyagok újrahasznosítását. Az utóbbi években jelentős kutatások irányultak a szénszál erősítőanyagok visszanyerésére és reciklálására; a vizsgálatok által kimutatott bíztató anyagszerkezeti és mechanikai tulajdonságok létjogosultságot adnak az újrahasznosított CFRP kompozitok alkalmazhatósági és megmunkálhatósági vizsgálatára is, azonban eddigi ismereteim alapján egyetlen egy publikált kutatás sem foglalkozott az újrahasznosított szénszálakból készült CFRP kompozitok forgácsolhatósági vizsgálatával.
A kutatásom során különböző újrahasznosított és újonnan gyártott karbon erősítő anyagszerkezetekből készített CFRP kompozitok módszeres összehasonlító forgácsolhatósági vizsgálatát tűztem ki fő célul.
Teljes faktoriális kísérletterv alapján fúrási kísérleteket végeztem 2 különböző, speciálisan kompozit forgácsoló geometriával rendelkező szerszámmal, 8 különböző CFRP anyag esetében, amelyeket úgynevezett „compression moulding” technológiával gyártottam le. A forgácsolási kísérletek egy Kondia B640 háromtengelyes CNC marógépen lettek elvégezve. A forgácsolás során egy KISTLER 9257BA típusú háromkomponenses erőmérő cellával gyűjtöttem a forgácsolási erőadatokat. A szerszámról (a kopás nyomon követése miatt) és a forgácsolt furatokról egy Dino-Lite AM413ZT típusú digitális mikroszkóppal készítettem felvételeket, amelyeket képfeldolgozó algoritmusokkal értékeltem ki Wolfram Mathematica környezetben. A kísérleti eredmények varianciaanalízisével (ANOVA) kvalifikáltam az újrahasznosított anyag főhátasait (összevetve az újonnan gyártott CFRP anyagokéval). A fúrási kísérletek eredményeit mechanikai és anyagszerkezeti vizsgálatok adataival támogatva elemeztem, az eredményekből következtetéseket vontam le az újrahasznosított anyagok felhasználói oldalról történő alkalmazhatóságára, egyben technológiai ajánlásokat is megfogalmaztam.
Irodalom:
1. Karuppannan Gopalraj, S., Kärki, T. A review on the recycling of waste carbon fibre/glass fibre-reinforced composites: fibre recovery, properties and life-cycle analysis. SN Appl. Sci. 2, 433 (2020). https://doi.org/10.1007/s42452-020-2195-4
