Investigation of micro- and macromechanical deformation processes in particulate filled polymers  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
68579
Type F
Principal investigator Móczó, János
Title in Hungarian Mikro- és makromechanikai deformációs folyamatok vizsgálata töltőanyagot tartalmazó műanyagokban
Title in English Investigation of micro- and macromechanical deformation processes in particulate filled polymers
Keywords in Hungarian töltőanyagot tartalmazó polimerek, mikromechanikai deformációk, plasztikus deformáció, határfelületek elválása, határfelületi kölcsönhatások
Keywords in English particulate filled polymers, micromechanical deformations, plastic deformation, debonding, interfacial interactions
Discipline
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)60 %
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)40 %
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Institute of Materials and Environmental Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Starting date 2007-07-01
Closing date 2010-12-31
Funding (in million HUF) 7.800
FTE (full time equivalent) 0.98
state closed project
Summary in Hungarian
Munkánk során tanulmányozni kívánjuk a töltőanyagot tartalmazó polimerekben kialakuló határfelületi kölcsönhatásokat meghatározó tényezőket, a jellemzésükre használható módszereket és a kompozit tulajdonságaira gyakorolt hatásukat. Hagyományos ásványi töltőanyagokat különböző felületaktív anyagokkal kezeljük. Új, eddig nem vagy csak korlátozottan alkalmazott módszerekkel (pl. térfogati deformáció, akusztikus emisszió) határozzuk meg a határfelületi kölcsönhatások módosításának a kompozitban végbemenő mikromechanikai deformációs folyamatokra gyakorolt hatását, majd mennyiségi kapcsolatot keresünk a kölcsönhatások, a mikromechanika és a kompozit tulajdonságai között. Megkíséreljük ellenőrzött, meghatározott mérettel és eloszlással rendelkező töltőanyagok előállítását is. A hagyományos mikrokompozitok mellett tanulmányozzuk a rétegszilikát nano-kompozitok szerkezetének kialakulását, a szerkezet és a tulajdonságok és a mikrodeformációs jellemzők közötti kapcsolatokat. A határfelületi kölcsönhatásokat felületkezeléssel, a kezelőszer kémiai szerkezetének megfelelő kialakításával kívánjuk javítani. Vizsgáljuk a kezelőszer, illetve a kapcsoló anyagok hatásmechanizmusát és a kompozit szerkezetére, valamint tulajdonságaira gyakorolt hatását. A kutatást fiatal kutató irányításával végezzük, a pályázatban részt vesz két doktoráns és munkájukat több diplomázó hallgató is segíti.
Summary
In this study we intend to investigate the factors, which determine the interfacial interactions developing in particulate filled polymers, the methods used for their char-acterization and their effect on composite properties. Traditional fillers will be coated with various surfactants. We apply new or rarely used methods (volume strain, acoustic emission) for the determination of the effect of surface modification on the microme-chanical deformation processes taking place in the composite during deformation and the relationship between micromechanics and the macroscopic properties of the com-posite. We attempt the preparation of fillers with controlled size and size distribution. Besides traditional microcomposites we investigate the formation of layered silicate nanocomposites, the correlation between the structure and properties and the microme-chanical deformations of such materials. Interfacial interactions will be modified by surfactants designed specifically for given matrices. We investigate the mechanism of various surfactants and coupling agents and their effect on composite structure and properties. Research is done by young scientists, two PhD and several undergraduate students will be involved in the study.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Természetes szálakat tartalmazó PP kompozitokban vizsgáltuk a polimer mátrix jellemzőinek a hatását a kompozitban lejátszódó deformációs folyamatokra és megállapítottuk, hogy a határfelületek elválása a domináló mechanizmus amennyiben a komponensek közötti kölcsönhatás gyenge, ezzel szemben a mátrix nyírási folyása és/vagy a természetes szálak tördelődése játszódik le a erős adhézió esetén. Ezzel szemben kis szemcseméret esetén elsősorban a határfelületek elválása játszódik le erős és gyenge adhézió mellett is. Bizonyítottuk, hogy a töltőanyagok saját szilárdsága nagymértékben behatárolja azok erősítő hatását. PLA/lignocellulóz szálakból készített kompozitok vizsgálatával igazoltuk, hogy a kompozitok tönkremenetele során elsősorban a szálak tördelődése játszódik le. Ez pedig nagymértékben befolyásolja az erősítő hatást. A viszonylag erős adhézió eredményeként a kompozitok szilárdságának növelése a töltőanyagok saját szilárdságának növelésével érhető el PP/CaCO3 és PP/üveggyöngy kompozitokon végzett akusztikus emissziós és pásztázó elektronmikroszkópiás vizsgálatok segítségével kidolgoztunk egy eljárást, melynek segítségével a határfelületi kölcsönhatások erősségének becslése abban az esetben is elvégezhető, ha nem másodrendű kölcsönhatások eredményezik a komponensek közötti adhéziót.
Results in English
Polypropylene composites were prepared from different PP matrices, and natural fibers to study the effect of matrix characteristics on deformation and failure. The results proved that the dominating deformations may change with matrix properties. Debonding is the dominating process when the adhesion of the components is poor, while matrix yielding and/or fiber fracture dominate when adhesion is improved by the introduction of a functionalized polymer. In the case of small fiber diameter debonding the dominating deformation process both for poor and good adhesion. The inherent strength of the reinforcement can be limiting factor in the improvement of composite strength. Results obtained on PLA/lignocellulosic fiber composites proved that during the failure of the composites fiber fracture occurs, and this determine the reinforcement of the composites. Because of the strong adhesion further improvement in composite strength is possible only through the increase of the inherent strength of wood particles. According to the results of acoustic emission measurements of PP/Glass beads and PP/CaCO3 composites an approach was proposed for the quantitative determination of adhesion strength in composites, in which adhesion is created by other mechanisms than secondary interactions. The results obtained showed that the use of functionalized polymer and other surface treatments in this composites resulted in adhesion strength one order of magnitude larger than without the coupling agent.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=68579
Decision
Yes





 

List of publications

  
Sudár A; Móczó J; Vörös Gy; Pukánszky B: The mechanism and kinetics of void formation and growth in particulate filled PE composites, Exp Polym Lett 1: 763-772, 2007
Dominkovics Z; Móczó J; Pukánszky B: Interfacial Interactions In Layered Silicate Polymer Nanocomposites, pp. 5-47 in Polymer Nanocomposite Research Advances, ed. Thomas, S., Zaikov, G.E., Nova Science Publishers, New York, 2008
Molnár K; Móczó J; Pukánszky B: A határfelületi kölcsönhatások jellemzése politejsav/kalcium-szulfát kompozitokban, Műanyag és Gumi 45: 469-475, 2008
Móczó J; Pukánszky B: Polymer micro- and nanocomposites: structure, interactions, properties, J Ind Eng Chem 17: 535-563, 2008
Renner K; Móczó J; Pukánszky B: Deformation and failure of wood flour reinforced composites; e effect of particle characteristics and adhesion, pp. B11 1-7 in Proc 7th Global WPC and Natural Fibre Composites Congress and Exhibition, Scientific Presentations, Kassel, June 18-19, 2008
Molnár K; Murariu M; Dubois P; Móczó J; Pukánszky B: Factors affecting the properties of PLA/CaSO4 composites: homogeneity and interactions, Exp Polym Lett 3: 49-61, 2009
Dányádi L; Móczó J; Pukánszky B: Effect of various surface modification of wood flour on the properties of PP/wood composites, Compos Part A41, 199-206, 2010
Renner K; Móczó J; Pukánszky B: Deformation and failure of wood flour reinforced composites; effect of inherent strength of wood particles, Compos Sci Technol (69) 1653-1659, 2009
Michael Jerabek, Zoltan Major , Károly Renner, János Móczó, Béla Pukánszky: Filler/matrix-debonding and micro-mechanisms of deformation in particulate filled polypropylene composites under tension, Polymer 51, 2040-2048, 2010
Molnár, K.; Murariu, M, Dubois, P, Móczó, J., Pukánszky, B.: Factors affecting the properties of PLA/CaSO4 composites: homogeneity and interactions., Express Polym. Lett. 3, 49-61, 2009
Dominkovics, Z., Móczó, J., Pukánszky, B: Structure and properties of layered silicate PP nanocomposites: expectations and reality, Rapra Conference Proceedings, 2008
Renner, K., Móczó, J., Pukánszky, B:: Micromechanical Deformations in Particulate filled Polymers: The Effect of Adhesion, Conference proceedings of the 17th International Conference on Composite Materials,, 2009
Gábor, Á., Faludi, G., Imre, B., Renner, K., Móczó, J., Pukánszky, B: Mikromechanikai deformációs folyamatok politejsav alapú biokompozitokban, Műanyag és Gumi, 46, 445-448, 2009
Renner, K., Móczó, J., Suba, P., Pukánszky, B.: Micromechanical deformations in PP/lignocellulosic filler composites: Effect of matrix properties, Compos. Sci. Technol. 70, 1141-1147, 2010
Sudár, A., Renner, K., Móczó, J., Pukánszky, B:: Környezetbarát technológiák autóipari hulladékok hasznosítására, Műanyag és Gumi, 47, 197-200, 2010
Renner, K., Móczó, J., Vörös, Gy., Pukánszky, B.: Quantitative determination of interfacial adhesion in composites with strong bonding, Eur. Polym. J. 46, 2000-2004, 2010
Renner, K., Kenyó, Cs., Móczó, J., Pukánszky, B.: Micromechanical deformation processes in PP/wood composites: Particle characteristics, Adhesion, Mechanisms,, Composites Part A, 41, 1653-1661, 2010
7. Dominkovics, Z., Naveau, E., Jérôme, C., Hári, J., Renner, K., Móczó, J., Alexandre, M., Pukánszky, B.: Effect of clay modification on the mechanism of local deformations in PA6 nanocomposites, Compos. Sci. technol. (beküldve), 2011
Renner, K., Móczó, J., Pukánszky, B: Polymer/wood composites, Wiley Encyclopedia of Polymers ed. Nicolais, L., 2011
Dora, G., Faludi G., Renner K., Móczó J., Pukánszky B.: Természetes eredetű töltőanyagok jellemzőinek hatása politejsav alapú kompozitok tulajdonságaira, Műanyag és Gumi - közlésre elfogadva, 2011



Back »