Fröccsöntéssel gyártható önerősített polipropilén kompozitok égésgátlása

TDK összefoglaló

Vadas Dániel

TDK munkám során nagymértékben nyújtott, izotaktikus polipropilén szállal erősített polipropilén alapú termoplasztikus elasztomer mátrixanyagú (azaz önerősített) kompozit lapok gyártásával és égésgátlásával foglalkoztam.

A mátrixanyag és egy ammónium-polifoszfát alapú felhabosodó égésgátló rendszer felhasználásával háromféle (0, 10 és 15%) égésgátló tartalmú, erősítetlen elasztomer lapokat fröccsöntöttem. Az erősítő szálat tartalmazó kompozit lapok előállítását egy hosszabb, többlépcsős gyártási folyamat szerint végeztem. A fröccsöntéshez nélkülözhetetlen szálerősített granulátum alakot a rétegeléses (égésgátolt mátrix fólia és erősítő szál rétegeinek magas hőmérsékleten történő összepréselése) eljárással készült, unidirekcionálisan önerősített kompozit előgyártmányok szálirányú darabolásával és granulálásával értem el. Az 50% száltartalmú fröccsöntött elasztomer lapokból az erősítetlen lapokhoz hasonlóan háromféle (0, 10 és 15%) égésgátló tartalmú kompozit készült, melyek mátrixanyagát rendre 0, 20 és 30% égésgátlóval adalékoltam az erősítetlen lapokkal egyező bruttó égésgátló-tartalom érdekében.

Kutatómunkám során a fröccsöntött termékeket morfológiai (optikai mikroszkópia, SEM), termoanalitikai (TGA, DSC), mechanikai (DMA, szakítópróba, ejtősúlyos ütésállósági vizsgálat), valamint éghetőségi (UL-94 teszt, LOI mérés, cone kalorimetria) vizsgálatoknak vetettem alá.

Várakozásomnak megfelelően, az önerősítéses próbatestek ütésállósága rendre alulmúlta az erősítetlen elasztomer alapú próbatestek perforációs energia értékeit. Az önerősítéses kompozitok szakítószilárdsága viszont az erősítetlen referencia próbatestekhez képest 4-szeresére nőtt, emellett a rugalmassági modulus is 5-6-szorosára emelkedett. A növekvő égésgátló tartalom azonban a mechanikai tulajdonságok romlásához vezetett, a 15% égésgátló tartalmú önerősített kompozit szakító szilárdsága mindössze 2-szeresre adódott a referenciához képest. A szakított próbatestekről készült SEM-felvételek és az optikai mikroszkóppal készült keresztmetszeti képek nagyban segítették a kísérleti eredmények megértését: a 15% égésgátlót tartalmazó kompozitok belsejében a fröccsöntés során a szálak részlegesen megolvadhattak, amely magyarázhatja a gyengébb mechanikai teljesítőképességet.

Az éghetőségi vizsgálatok azt mutatták, hogy az önerősített kompozitoknak jóval kisebb a lángterjedési sebességük, az UL-94-es teszteken majdnem sikerült elérni a V-0 (önkioltó) minősítést. Az oxigén index a 10% égésgátlót tartalmazó próbatestek esetében 24, a 15%-os próbatesteknél viszont már 29 lett az adalékmentes referencia 18-as értékéhez képest. Az égésgátolt kompozitok mass loss kaloriméteren mért hőkibocsátása is jelentősen csökkent, az önerősített kompozitok némileg kedvezőbb eredményt produkáltak, mint az erősítetlen elasztomer lapok.

Kísérleteimmel demonstráltam, hogy megoldható az önerősített polipropilén rendszerek fröccsöntéssel történő gyártása akár égésgátolt formában is, ezzel az eddigi kétdimenziós gyártási eljárások mellett háromdimenziós termékek előállítása is megvalósítható. A termék a szigorúbb biztonságtechnikai előírásoknak is megfelel mind éghetőség, mind a mechanikai tulajdonságait tekintve, ezek mellett életciklusának lejártával könnyen újrafeldolgozható.

szerző

Vadas Dániel
vegyészmérnöki
nappali

konzulensek

Dr. Marosi György
, Szerves Kémia és Technológia Tanszék
Dr. Bordácsné Bocz Katalin
tudományos munkatárs, Szerves Kémia és Technológia Tanszék

helyezés

I. helyezett