Poliamidok és poliamid mátrixú kompozitok ultrahangos hegesztése
RTM (Resin Transfer Molding) módszerrel korábban nem volt lehetséges a termoplasztikus polimer mátrixú kompozitok gyártása a nagy viszkozitásuk miatt. Ezt azonban a technológiák folyamatos fejlődésének köszönhetően a 2010-es évek közepére sikerült kiküszöbölni és megjelent az RTM termoplasztikus változata, a T-RTM (Thermoplastic Resin Transfer Molding) technológia. Az eljárás során, miután a szerszámba helyezik az előkészített erősítő struktúrát, alacsony viszkozitású reaktív monomerből és oligomerből, illetve katalizátorból és aktivátorból álló keveréket fecskendeznek be a zárt szerszámba. A monomer poliamid 6 esetében az ε-kaprolaktám. Az aktivátor segít a reakció elindításában, a katalizátor pedig a folyamathoz szükséges energia igényt biztosítja. A szerszámban ezután emelt hőmérsékleten (150-180 °C) a monomer anionos gyűrűfelnyitásos polimerizációjával polimerizálódik és in-situ módon létrejön a termoplasztikus polimer mátrixú kompozit termék. A technológiával hosszúszálas kompozit alkatrészek hozhatóak létre, amelyek száltartalma a 60 %-ot is elérheti [1, 2].
A hőre lágyuló kompozitok, szemben a hőre keményedőkkel, gyártásuk után is megolvaszthatóak és tovább formálhatóak, valamint egymással hegesztési eljárással összecsatlakoztathatóak. Ezen tulajdonságuk miatt előszeretettel alkalmazzák őket különböző iparágakban, mint például autó-, repülőgép-, valamint tengerészeti iparban. Kompozitok hegesztésére több technológia is alkalmazható, ilyenek például a kavaró dörzshegesztés vagy a lézerhegesztés. Kutatásomban az ultrahangos hegesztést fogom alkalmazni hőre lágyuló kompozitok hegesztésére. Az ultrahangos hegesztési technológia számos előnnyel jár, mint például a kedvező ár, kis ciklusidő és az energiahatékony működés. A technológia 20-40 kHz-es frekvenciájú ultrahanggal gerjeszt kis amplitúdójú (20-60 μm) mechanikai rezgéseket. A rezgések hatására megolvad a hegesztendő polimerek határfelülete, amely a molekulaláncok diffúzióját okozza [3, 4]. Kutatásomban célom, hogy megvizsgáljam a T-RTM eljárással készült kompozitok hegeszthetőségét, és bemutassam a hegesztési paraméterek hatását a kialakult kötési szilárdságra.
Irodalom:
[1] Murray J. J., Robert C., Gleich K., McCarthy E. D., Brádaigh C. M. Ó.: Manufacturing of unidirectional stitched glass fabric reinforced polyamide 6 by thermoplastic resin transfer moulding. Materials and Design, vol. 189, 108512 (2020).
[2] Murray J. J.: Thermoplastic Resin Transfer Moulding of Tough Recyclable Composites for High Volume Manufacturing. The University of Edinburgh (2020).
[3] da Costa A. P., Botelho E. C., Costa M. L., Narita N. E., Tarpani J. R.: A Review of Welding Technologies for Thermoplastic Composites in Aerospace Applications: Journal of Aerospace Technology and Management, vol. 4, 255-265 (2012).
[4] Biswal A. K., Nandi A., Wang H., Vashisth A.: Ultrasonic welding of fiber reinforced vitrimer composites. Composites Science and Technology, vol. 242, 110202 (2023).
szerző
-
Győry Tamás
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Suplicz András
docens, Polimertechnika Tanszék -
Széplaki Péter
Doktorandusz, Polimertechnika Tanszék
