Development of advanced fire-retarded composite materials for engineering applications  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
120592
Type K
Principal investigator Czigány, Tibor
Title in Hungarian Égésgátolt polimer kompozitok fejlesztése mérnöki alkalmazásokhoz
Title in English Development of advanced fire-retarded composite materials for engineering applications
Keywords in Hungarian égésgátlás, kompozit, mérnöki alkalmazás
Keywords in English flame retarded, composite, engineering applications
Discipline
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Plastics technology
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Polymer Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Pomázi, Ákos
Szebényi, Gábor
Tamás-Bényei, Péter
Toldy, Andrea
Starting date 2016-12-01
Closing date 2020-11-30
Funding (in million HUF) 47.340
FTE (full time equivalent) 5.77
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A polimer mátrixú szálerősített kompozit anyagok, mint például az epoxigyanta mátrixú szénszálas kompozitok, térnyerésének köszönhetően már a nagyteljesítményű műszaki alkalmazásokban is találkozhatunk ezekkel az újszerű anyagokkal. Alkalmazásuknak azonban gátat szab többek között, hogy a szerves polimer mátrix jól éghető. A kutatás célja égésgátolt nagyteljesítményű kompozit anyag kifejlesztése mérnöki alkalmazásokhoz (közúti és légi járművek, továbbá különböző tartályok), ezen belül különböző - reaktív és additív - égésgátló adalékok alkalmazhatóságának és feldolgozási technológiájának optimalizálása (kézi laminálás préseléssel kiegészítve, RTM, VARTM), amely segítségével elkerülhető az adalékok szegregációja és inhomogén eloszlása. Vizsgálatra kerül az erősítőanyag hatása az adalékanyag eloszlására is.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás során megvizsgálásra kerül szilárd és folyékony állapotú égésgátlószerek alkalmazhatósága különböző gyártástechnológiák során. Az epoxigyanta égésgátlása során jelenleg nem megoldott az égésgátló adalékok homogén eloszlatása kompozit szerkezetekben, mert a feldolgozás során az adalékok kiszűrődhetnek a mátrixból, ezáltal inhomogénné téve a morfológiai és mechanikai tulajdonságokat is.
Hipotézisünk szerint a gyártástechnológia helyes megválasztásával, továbbá a technológiai paraméterek optimalizálásával megvalósítható az adalékok jó minőségű és homogén beágyazása, ezáltal létrehozva égésgátolt nagyteljesítményű polimer kompozit anyagot mérnöki alkalmazásokhoz.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kutatás jelentősége az epoxigyanta kompozitok égésgátlása szempontjából kiemelkedő jelentőségű, mert jelenleg ez szab gátat a nagy működési hőmérsékletű környezetben történő alkalmazásnak. Az égésgátolt epoxigyanta mátrixú szénszálas kompozitok olyan mérnöki alkalmazásokban is teret nyerhet, ahol eddig nem volt elképzelhető a felhasználása. Az adalékok egyenletes eloszlatása gyártástechnológiájának kidolgozásával, egyrészt egyenletes mechanikai és égésgátlási teljesítményt biztosítunk, másrészt lehetőség nyílik a sorozatgyártás megvalósítására. A kutatás amellett, hogy jelentős tudományos és ipari hasznosulással kecsegtet, új kutatói kapcsolatok kialakítását is lehetővé teszi.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A dinamikusan fejlődő mérnöki alkalmazásoknak köszönhetően a polimer kompozitok egyre nagyobb teret nyernek előnyös tulajdonságainak köszönhetően. A nagyteljesítményű műszaki alkalmazásokban leggyakrabban alkalmazott mátrixanyag az epoxigyanta, a leggyakoribb erősítőanyag pedig a szénszál. Az epoxi gyanták alapját képezik különböző ragasztóknak, felületi bevonatoknak és kompozit anyagoknak is. Előnyös tulajdonságai mellett azonban nagy hátránynak számít az éghetőségük, amely gátat szab további terjedésének.
A kutatás fő célkitűzése olyan nagyteljesítményű égésgátolt polimer kompozit kifejlesztése, amely eredményesen használható high-tech iparágakban pl. elektronika, közlekedés, repüléstechnika is. A kutatás során szilárd és folyékony halmazállapotú égésgátlók minél egyenletesebb eloszlatására törekszünk az új, kidolgozandó gyártástechnológiakkal, hogy egyenletes mechanikai teljesítményt és égésgátlást biztosítsunk.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Nowadays in field of engineering applications the importance of fibre reinforced polymer composites as well as carbon fibre reinforced epoxy resins significantly growing due to their beneficial properties. However, the flammable polymer matrix of epoxy resin composites hinders their use in many high-tech applications. The aim of current research is the development of high-performance flame retarded composites for engineering applications (public transportation and different containers). Potential application of reactive and of additive flame retardants will be analysed, moreover optimization of manufacturing technology (hand lamination accomplished by hot-pressing method, RTM, VARTM) to avoid segregation and inhomogeneous dispersion of solid and liquid flame retardants will be carries out. Influence of reinforcement will be investigated on flame retardant dispersion as well.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
In this research application of solid and liquid flame retardants will be investigated using different technologies. Currently the flame retardancy of epoxy resin composites by solid phase flame retardants raises many issues, as solid additives can be filtered out during from matrix during processing, therefore the morphological and mechanical properties will be inhomogeneous.
According to our hypothesis proper dispersion and incorporation of flame retardants could be achieved by developing right technologies and technological parameters leading to development of high-performance fire retarded composites for engineering application.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
As the limited fire resistance of epoxy resins reduces the application fields of composites made thereof the importance of this research is immense. Fire retarded fibre reinforced epoxy composites could be used in special engineering fields including high-tech sectors as electronic, transport and aerospace industries. By developing an appropriate, new processing technology for reaching homogeneous additive dispersion, on the one hand consistent flame retardancy and mechanical performance will be assured, on the other hand, the opportunity to realize mass production will be also given. This current research offers scientific and industrial advantages and provides good opportunity for establishment of new researcher relationships.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Due to the dynamically changing engineering applications polymer composites receive higher and higher importance thanks to their beneficial properties. In case of high performance composites the most applied matrix is the epoxy resin and the most used reinforcement is carbon fibre. Epoxy resins are widely applied as adhesives, surface coatings, laminates, encapsulation material in electronic industry, matrix material in transport and aerospace industries due to their excellent characteristics. However, their thermal and flame resistance needs to be improved in many application areas.
The aim of this research is the development of high-performance flame retarded composite for engineering applications. Influence of solid and liquid retardant on flame retardancy, as well as their homogeneity in polymer composites prepared with different processing technologies will be investigated in order to ensure consistent mechanical properties and fire resistance.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatás során olyan nagyteljesítményű, szénszállal erősített, égésgátolt epoxigyanta kompozitok előállítását tűztük ki célul, amelyek csúcstechnológiai iparágakban (pl.: elektronika, közlekedés, repüléstechnika) is alkalmazhatók. Meghatároztuk azokat az optimális anyagösszetételeket és gyártási paramétereket, amelyek a lehetővé teszik ezen nagyteljesítményű kompozit szerkezetek reprodukálható, méretnövelt gyártását. A méretnövelt kompozitgyártási technológiák (pl.: vákuuminjektálás, gyanta transzferöntés (RTM)) során az alkalmazott szilárd halmazállapotú égésgátló adalékok erősítőstruktúrán történő kiszűrődését egyrészt a mátrixban folyékony égésgátló alkalmazásával küszöböltük ki, amely egyenletes mechanikai tulajdonságokat és égésgátlást eredményezett. Másrészt a kompozit felületére szilárd halmazállapotú égésgátlót tartalmazó gélbevonatot vittünk fel, amely egyúttal megfelelő minőségű felületet is biztosított. A fejlesztett égésgátló gélbevonat összetétele a jövőben potenciálisan szabadalmaztatható eredmény.
Results in English
The aim of this research was the development of high-performance, carbon fibre reinforced flame retarded epoxy composites for high-tech engineering applications (e.g. in the electronic, transport and aerospace industries). We determined the optimal material compositions and processing parameters in order to ensure the reproducible, up-scaled manufacturing of these composites. We eliminated the filtration of the applied solid-phase flame retardants by the reinforcement during these up-scaled composite manufacturing technologies (e.g. vacuum infusion, resin transfer moulding (RTM)) with a liquid flame retardant in the matrix, which provided consistent mechanical properties and fire performance. We also applied a gelcoat containing solid flame retardants on the surface of the composite, which at the same time provided appropriate surface quality. The composition of the developed flame retardant gelcoat is a potentially patentable result in the future.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=120592
Decision
Yes





 

List of publications

  
Forintos Norbert, Czigány Tibor: Multifunctional Carbon Fiber Reinforced Polymer Composite Structures: Reinforcing and Sensing, In: Y. Yurish, Sergey Sensors and Electronic Instrumentation Advances International Frequency Sensor Association, pp. 162-166. Paper: 056 , 5 p., 2020
Hegedűs Gergely, Sarkadi Tamás, Czigány Tibor: Analysis of the light transmission ability of reinforcing glass fibers used in polymer composites, Materials 10:(6) Paper 637. 9 p. (2017), 2017
Pomázi Ákos, Toldy Andrea: Particle distribution of solid flame retardants in infusion moulded composites, Polymers 9:(7) Paper 250. 15 p. (2017), 2017
Toldy Andrea, Niedermann Péter, Pomázi Ákos, Szolnoki Beáta, Marosi György: Flame retardancy of carbon fibre reinforced sorbitol based bioepoxy composites with phosphorus-containing additives, Materials 10:(5) Paper 467. 12 p. (2017), 2017
Hegedűs Gergely, Czigány Tibor: Analysis of the applicability of optical fibers as sensors for the structural health monitoring of polymer composites: the relationship between attenuation and the deform, Sensors and Actuators A: Physical 272, 206-211, 2018
Pomázi Ákos, Szolnoki Beáta, Toldy Andrea: Flame Retardancy of Low-Viscosity Epoxy Resins and Their Carbon Fibre Reinforced Composites via a Combined Solid and Gas Phase Mechanism, Polymers 10(10), 1081 (2018), 2018
Marosi György, Hirsch Edit, Bocz Katalin, Toldy Andrea, Szolnoki Beáta, Bodzay Brigitta, Csontos István, Farkas Attila, Balogh Attila, Démuth Balázs, Nagy Zsombor K., Pataki Hajnalka: Pharmaceutical and Macromolecular Technologies in the Spirit of Industry 4.0, Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 62(4), pp. 457–466, 2018, 2018
Szolnoki Beáta, Toldy Andrea, Marosi György: Effect of Phosphorus Flame Retardants on the Flammability of Sugar-based Bioepoxy Resin, Phosphorus, Sulfur and Silicon and the Related Elements 194:4-6, 309-312, 2019, 2019
Vas László Mihály, Kocsis Zoltán, Czigány Tibor, Tamás Péter, Romhány Gábor: Novel evaluation method of acoustic emission data based on statistical fiber bundle cells, Journal of Composite Materials 53(17), 2429-2446, 2019
Forintos N., Czigany T.: Multifunctional application of carbon fiber reinforced polymer composites: Electrical properties of the reinforcing carbon fibers – A short review, COMPOSITES PART B-ENGINEERING 162: pp. 331-343., 2019
Toldy Andrea, Szebényi Gábor, Molnár Kolos, Tóth Levente Ferenc, Magyar Balázs, Hliva Viktor, Czigány Tibor, Szolnoki Beáta: Effect of multi-level carbon reinforcements on the fire performance, conductivity and mechanical properties of epoxy composites, Polymers 11(2), Paper 303, 2019
Tamás-Bényei Péter, Bitay Enikő, Hajime Kishi, Satoshi Matsuda, Czigány Tibor: Toughening of epoxy resin: effect of water jet milled worn tire rubber particles, Polymers 11(3), Paper 529, 2019
Hegedűs Gergely, Sarkadi Tamás, Czigány Tibor: Self-sensing polymer composite: White light illuminated reinforcing fibreglass bundle for deformation monitoring, Sensors 19(7), Paper 1745, 2019
Hegedűs Gergely, Sarkadi Tamás, Czigány Tibor: Multifunctional composite: Reinforcing fibreglass bundle for deformation monitoring, Composites Science and Technology 180, 78-85, 2019
Vermes Brúnó, Czigány Tibor: Layup optimization and ways to improve the manufacturability of coupled composites, 22th International Conference on Composite Materials (ICCM22). August 11-August 16, Melbourne, Ausztrália (2019). Proceedings: 2104/1-2104/7 pages, 2019
Pomázi Ákos, Toldy Andrea: Effect of flame retardant filtration on the fire performance of carbon fibre reinforced epoxy composites made by resin transfer moulding, In: Mouritz, A - Proceeding of International Conference on Composite Materials (ICCM22) (2019) pp. 1-12. Paper: P3205-7, 12 p., 2019
Toldy Andrea, Pomázi Ákos, Szolnoki Beáta: The effect of manufacturing technologies on the flame retardancy of carbon fibre reinforced epoxy resin composites, European Meeting on Fire Retardant Polymeric Materials (FRPM19), 26-26.06.2019., Turku, Finland, 2019
Pomázi Ákos, Toldy Andrea: Multifunctional Gelcoats for Fibre Reinforced Composites, Coatings 9(3), p. 173, 2019
Hegedűs Gergely: Kompozit szerkezetek állapotelemzése optikai módszerekkel, Országos Doktori Tanács, BME Pattantyús Ábrahám Géza Gépészeti Tudományok Doktori Iskola, 2019
Czigány Tibor, Forintos Norbert, Hegedűs Gergely: Health monitoring of high-performance polymer composites with multifunctional fibers, ICCM21. Konferencia helye, ideje: Xi'an, Kína, 2017.08.20.-2017.08.25. Xi'an: Paper 3153. 8 p., 2017
Hegedűs Gergely, Sarkadi Tamás, Czigány Tibor: Analysis of the light transmission ability of reinforcing glass fibers used in polymer composites, Materials 10:(6) Paper 637. 9 p. (2017), 2017
Hegedűs Gergely, Czigány Tibor: Optikai szálak alkalmazása polimer anyagvizsgálatokhoz, OGÉT 2017: XXV. Nemzetközi Gépészeti Konferencia. Konferencia helye: Kolozsvár, Románia. Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT), pp. 175-178, 2017
Pomázi Ákos, Toldy Andrea: Particle distribution of solid flame retardants in infusion moulded composites, Polymers 9:(7) Paper 250. 15 p. (2017), 2017
Toldy Andrea, Niedermann Péter, Pomázi Ákos, Szolnoki Beáta, Marosi György: Flame retardancy of carbon fibre reinforced sorbitol based bioepoxy composites with phosphorus-containing additives, Materials 10:(5) Paper 467. 12 p. (2017), 2017
Romhány Gábor, Czigány Tibor, Karger-Kocsis József: Failure assesment and evaluation of damage development and crack growth in polymer composites via localizaton of acoustic emission events: A review, Polymer Reviews, 57(3), 397-439, 2017
Hegedűs Gergely, Czigány Tibor: Analysis of the applicability of optical fibers as sensors for the structural health monitoring of polymer composites: the relationship between attenuation and the deform, Sensors and Actuators A: Physical 272, 206-211, 2018
Hegedűs Gergely, Czigány Tibor: Polimer kompozit termékek komplexitását kihasználó üvegszálas érzékelő csatlakozójának fejlesztése, In: Csibi Vencel, Barabás Iváb (szerk.) XXVI. Nemzetközi Gépészeti Konferencia: OGÉT 2018. 544 p. Konferencia helye, ideje: Marosvásárhely, Románia, 2018.04.26-29., 2018
Péter Bence, Hegedűs Gergely, Czigány Tibor: T-RTM eljárással gyártott alkatrészek gyártási folyamatának kihívásai, különös tekintettel az erősítőanyagok kezelésére, GÉP 68:(4) pp. 37-42. (2017), 2017
Romhány Gábor, Czigány Tibor, Karger-Kocsis József: Failure assessment and evaluation of damage development and crack growth in polymer composites via localization of acoustic emission events: A review, Polymer Reviews 57(3), 397-439 (2017), 2017
Pomázi Ákos, Szolnoki Beáta, Toldy Andrea: Flame Retardancy of Low-Viscosity Epoxy Resins and Their Carbon Fibre Reinforced Composites via a Combined Solid and Gas Phase Mechanism, Polymers 10(10), 1081 (2018), 2018
Pomázi Ákos, Toldy Andrea: Égésgátolt glicerin alapú epoxigyanta kompozit fejlesztése mérnöki alkalmazásokhoz, Polimerek 4(2), 59-64 (2018), 2018
Toldy Andrea, Niedermann Péter, Rapi Zsolt, Szolnoki Beáta: Flame retardancy of glucofuranoside based bioepoxy and carbon fibre reinforced composites made thereof, Polymer Degradation and Stability 142, 62-68 (2017), 2017
Pomázi Ákos, Toldy Andrea: Égésgátolt epoxi kompozitok fejlesztése mérnöki alkalmazásokhoz (szóbeli előadás), XI. Országos Anyagtudományi Konferencia (OATK), 2017.10.15-17., Balatonkenese, 2017
Hegedűs Gergely, Czigány Tibor: Developing a glass fibre sensor for polymer technology applications, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 426 (2018) 012015, 2017
Pomázi Ákos, Toldy Andrea: Megújuló nyersanyagforrásból előállítható égésgátolt epoxigyanta kompozitok fejlesztése mérnöki alkalmazásokhoz (poszter), Erősített műanyagok 2018 Nemzetközi BALATON konferencia (EMSz 2018), 2018.05.15-16., Balatonkenese, 2018
Marosi György, Hirsch Edit, Bocz Katalin, Toldy Andrea, Szolnoki Beáta, Bodzay Brigitta, Csontos István, Farkas Attila, Balogh Attila, Démuth Balázs, Nagy Zsombor K., Pataki Hajnalka: Pharmaceutical and Macromolecular Technologies in the Spirit of Industry 4.0, Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 62(4), pp. 457–466, 2018, 2018
Szolnoki Beáta, Toldy Andrea, Marosi György: Effect of Phosphorus Flame Retardants on the Flammability of Sugar-based Bioepoxy Resin, Phosphorus, Sulfur and Silicon and the Related Elements 193: xxxx-yyyy, 2018, 2018
Forintos Norbert, Czigány Tibor: Reinforcing carbon fibers as sensors: The effect of temperature and humidity, COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING 131 Paper: 105819, 2020
Hegedűs Gergely, Sarkadi Tamás, Czigány Tibor: Self-sensing composite: Reinforcing fiberglass bundle for damage detection, COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING 131 Paper: 105804, 2020
Hegedűs Gergely, Czigány Tibor: State Monitoring of Polymer Composites with Glass Optical Fibre and with Equipment Used in Telecommunication, ACTA MATERIALIA TRANSYLVANICA (EN) 3 : 1 pp. 1-9. , 9 p., 2020
Vermes Brúnó, Czigány Tibor: Alakváltó kompozitok tervezése és gyártása autoklávval, POLIMEREK 6 : 4 pp. 895-899. , 5 p., 2020
Vermes Brúnó, Czigány Tibor: Non-conventional deformations: Materials and actuation, MATERIALS 13 : 6 Paper: 1383 , 26 p., 2020
Pomázi Ákos, Toldy Andrea: Development of fire retardant epoxy-based gelcoats for carbon fibre reinforced epoxy resin composites, PROGRESS IN ORGANIC COATINGS 151 p. 106015 Paper: 106015, 2020
Toldy Andrea, Pomázi Ákos, Szolnoki Beáta: The effect of manufacturing technologies on the flame retardancy of carbon fibre reinforced epoxy resin composites, POLYMER DEGRADATION AND STABILITY 174 p. 109094 Paper: 109094, 2020
Szolnoki Beáta, Toldy Andrea, Marosi György: Effect of Phosphorus Flame Retardants on the Flammability of Sugar-based Bioepoxy Resin, Phosphorus, Sulfur and Silicon and the Related Elements 194:4-6, 309-312, 2019, 2019
Forintos N., Czigany T.: Multifunctional application of carbon fiber reinforced polymer composites: Electrical properties of the reinforcing carbon fibers – A short review, COMPOSITES PART B-ENGINEERING 162: pp. 331-343., 2019
Toldy Andrea, Szebényi Gábor, Molnár Kolos, Tóth Levente Ferenc, Magyar Balázs, Hliva Viktor, Czigány Tibor, Szolnoki Beáta: Effect of multi-level carbon reinforcements on the fire performance, conductivity and mechanical properties of epoxy composites, Polymers 11(2), Paper 303, 2019
Tamás-Bényei Péter, Bitay Enikő, Hajime Kishi, Satoshi Matsuda, Czigány Tibor: Toughening of epoxy resin: effect of water jet milled worn tire rubber particles, Polymers 11(3), Paper 529, 2019
Hegedűs Gergely, Sarkadi Tamás, Czigány Tibor: Self-sensing polymer composite: White light illuminated reinforcing fibreglass bundle for deformation monitoring, Sensors 19(7), Paper 1745, 2019
Hegedűs Gergely, Sarkadi Tamás, Czigány Tibor: Multifunctional composite: Reinforcing fibreglass bundle for deformation monitoring, Composites Science and Technology 180, 78-85, 2019
Pomázi Ákos, Toldy Andrea: Multifunctional Gelcoats for Fibre Reinforced Composites, Coatings 9(3), p. 173, 2019




 

Events of the project

  
2017-04-28 10:19:44
Résztvevők változása



Back »