Tervezetten újrahasznosítható, égésgátolt vitrimer kompozitok fejlesztése
Minden olyan fejlesztésben, ahol súlycsökkentést akarunk elérni, azonos mechanikai jellemzők megtartása mellett, a polimer kompozitok jelennek meg, mint alternatív lehetőség. Szerkezeti alkalmazások esetén elsődlegesen térhálós gyantarendszereket alkalmaznak, mivel ezek jó ellenállóképességet mutatnak a hővel, nedvességgel és különböző környezeti hatásokkal szemben, kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, fémekhez képest kis sűrűségűek és kicsi a zsugorodásuk a térhálósodás során. Ezek az előnyös tulajdonságok a térhálós szerkezetből adódnak, melyek egy irreverzibilis térhálósodási folyamat során jönnek létre, így ezek a gyantarendszerek gyártásuk után nem olvaszthatóak meg és nem formálhatóak újra. Ebből kifolyólag a térhálós polimer kompozitok újrahasznosítása és javítása kihívásokkal teli. Az utóbbi évtizedekben a kutatásokban egyre nagyobb figyelmet kapnak a dinamikusan átrendeződő kettős kötések. Leibler és társai [1] 2011-ben előállítottak egy olyan térhálós polimer rendszert (az ún. vitrimert), melyben átésztereződés segítségével magas hőmérsékleten a kötések képesek újrarendeződni úgy, hogy a hálózat térhálósűrűsége állandó marad. Ezek gyakorlati jelentősége, hogy a kiváló minőségű térhálós kompozit termékek javíthatóak, az életciklusuk végén újrafeldolgozhatóak és újrahasznosíthatóak.
Fém szerkezetekhez képest hátrányt jelent azonban, hogy a kompozitok mátrixát általában gyúlékony szerves gyanta alkotja, ami biztonságtechnikai szempontból korlátozza az alkalmazásukat bizonyos felhasználási területeken. Ebből az okból kifolyólag a dolgozatom során a vitrimerek égésgátlási lehetőségeit vizsgálom. Égésgátló anyagként ammónium-polifoszfát (APP), rezorcin-bisz(difenil-foszfát) (RDP) és Toldy és társa [2] által fejlesztett TEDAP reaktív foszfortartalmú égésgátlót alkalmaztam. Dolgozatom során a minták éghetőségét a limitált oxigénindex (LOI), az UL-94 és a tömegveszteség-kalorimetria (MLC) segítségével vizsgáltam, a termoanalitikai tulajdonságokat differenciál pásztázó kalorimetriával (DSC) és termogravimetriával (TGA), a mechanikai tulajdonságokat pedig dinamikus mechanikai analízissel (DMA) állapítottam meg. Az alkalmazott égésgátlók segítségével jelentős javulást tudtam elérni az égésgátlás terén. Referenciaként epoxigyantát alkalmaztam, illetve a gyantákat önmagukban és szénszálas erősítőanyaggal, égésgátlóval, illetve anélkül is vizsgáltam. Több égésgátló tartalmú mintát vizsgálva sikerült megtalálni az optimális összetételt. A tömegcsökkenésen alapuló kalorimetriás (MLC) mérés eredményei bíztatóak: az égés során a maximális hőkibocsátás vitrimer mátrix esetén eredetileg 841 kW/m2, vitrimer kompozit esetén 289 kW/m2, majd égésgátolt vitrimer kompozit esetén 152 kW/m2-re csökkent. Az éghetőségi, mechanikai és termoanalitikai mérési eredmények alapján elmondható, hogy a vizsgált vitrimer jó alternatívája lehet a referencia epoxi rendszernek, bizonyos szempontokból jobb tulajdonságokkal is rendelkezik.
Irodalom:
[1] Montarnal, D., Capelot, M., Tournilhac, F., Leibler, L.: Silica-like malleable materials from permanent organic networks, Science, vol. 334, no. 6058, 965–968. (2011).
[2] Toldy, A.: Synthesis and application of reactive organophosporous flame retardants, PhD-thesis, Budapest University of Technology and Economics. (2007).
szerző
-
Boglárka Devecser
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
