Bazalt- és szénszállal erősített polimer (BFRP és CFRP) kompozitok összehasonlító forgácsolhatósági vizsgálata
A műszaki gyakorlatban egyre nagyobb teret hódítanak a különböző szálerősített polimer kompozitok, melyek közül a leggyakrabban alkalmazott, illetve legtöbbet kutatott anyagok a szén-, illetve üvegszállal erősített kompozitok. Azonban a tudomány ezen területén is folyamatosan növekvő igény jelentkezik a fenntartható, illetve természetes alternatívát nyújtó megoldásokra. Ilyen lehetőség rejlik a bazaltban is. A bazalt egy természetben nagy mennyiségben fellelhető vulkanikus eredetű kőzet. Számos kiváló anyagtechnológiai jellemzővel rendelkezik, például nagy kémia stabilitás, jó akusztikus és termikus elnyelő képesség, de a kompozitok szempontjából az egyik legfontosabb, hogy jól lehet belőle szálakat képezni. Ezen szálak felhasználásával készített polimer kompozitok az élet számos területein megjelennek a sporteszközöktől kezdve, a járműveken át egészen az energiaiparban fellelhető szélerőművek lapátjaiig. Számos kutatást végeztek már annak az érdekében, hogy megmutassák, hogy a bazaltszállal erősített polimer kompozitok akár vetélytársai is lehetnek a leggyakrabban alkalmazott polimer kompozitoknak, azonban a forgácsolhatóságával kapcsolatos szakirodalom igencsak korlátozott mennyiségben lelhető fel. Ezen fent említett okok alapján választottam kutatásom témájául a bazaltszállal erősített polimer kompozitok (BFRP) forgácsolhatóságának vizsgálatát.
A kutatásom során fúrási kísérleteket végeztem, ahol −a már régebb óta kutatott− egyirányban szénszállal erősített polimer (UD-CFRP) kompozitokkal hasonlítottam össze bazaltszövet erősítésű epoxi mátrixanyagú (BFRP) kompozitot, így releváns képet tudtam alkotni az anyagok egymáshoz viszonyított forgácsolhatósági tulajdonságaikról. A rendelkezésemre álló korlátolt mennyiségű alapanyag, illetve idő tekintetében Central Composite Face-Centered kísérlettervezési módszert alkalmaztam, így relatív kevesebb kísérlet elvégzésével is kellően informatív képet kaphattam az anyagok forgácsolhatóságáról. A vizsgálatok során egy kategorikus és két folytonos vizsgálati faktort alkalmaztam. A kategorikus faktor a munkadarabok alapanyaga, míg a folytonos faktorok az előtolás, illetve a forgácsolási sebesség voltak, melyeket három-három szinten vizsgáltam.
A vizsgálatokat Kondia B640 háromtengelyes CNC marógépen végeztem el. A kísérletek során a forgácsolási erő három komponensét, továbbá a fúrás forgási irányával megegyező nyomatékkomponenst mértem egy KISTLER 9257BA típusú háromkomponenses erőmérő cella segítségével. A furatok körüli sorjaképződést is vizsgáltam, melyhez egy Dino-Lite AD7013MZT típusú digitális mikroszkópot vettem igénybe, továbbá az kapott képeken a Wolfram Mathematica szoftver segítségével számítottam ki a jelentősebb sorja képződéshez kapcsolatos mérőszámokat. Továbbá a kísérletek során dokumentáltam a szerszám állapotát ezzel számontartva az esetleges szerszámkopás lehetőségét. A készített furatok palástfelületén felületi érdességet is mértem, furatonként öt alkalommal. A vizsgálatok során kapott értékek felhasználásával varianciaanalízist (ANOVA) végeztem, mellyel meghatároztam a kísérlet során jelentkező szignifikáns fő- és kereszthatásokat, majd összevetettem az UD-CFRP, illetve a BFRP anyagok eredményeit.
Irodalom:
1. Deák T. & Czigány T. Investigation of basalt fiber reinforced polyamide composites. Materials Science Forum 589: 7–12, http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.589.7
2. Poór, D. I., Geier, N., Pereszlai, C., & Xu, J. A critical review of the drilling of CFRP composites: Burr formation, characterisation and challenges. Composites Part B: Engineering, 223, 109155. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109155
