Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)
60 %
Ortelius classification: Plastics technology
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)
40 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry
Panel
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent
Department of Polymer Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Bárány, Tamás Molnár, Kolos Romhány, Gábor Toldy, Andrea Vas, László Mihály
Starting date
2011-02-01
Closing date
2014-01-31
Funding (in million HUF)
48.563
FTE (full time equivalent)
3.91
state
closed project
Summary in Hungarian
E projekt célja javított tulajdonságú (visszaalakulás során fellépő erő növelése), ill. új típusú (két vagy több átmeneti alakra emlékező) epoxi gyanta (EP) alapú alakemlékező polimer rendszerek kifejlesztése. Az előbbi cél érdekében fluorozott, illetve módosítatlan többfalú szén nanocsövek, valamint szénszálakból készült erősítőanyagok (egyirányú szálelrendezéssel és szőtt formában) kerülnek beépítésre. Az utóbbi célt, azaz a két vagy több átmeneti alakra történő emlékezőképességet rétegelt EP szerkezetek, amelyek erősítőanyagot is tartalmazhatnak, létrehozásával kívánjuk elérni. Az EP-rétegek térhálószerkezete és ennek megfelelően üvegesedési hőmérséklete különbözik egymástól. Megjegyzendő, hogy ez utóbbi felelős az átmeneti alak programozhatóságáért. A rétegek közötti feszültségátvitel optimalizálása - erősítőanyagokkal és anélkül - fontos részfeladat. Az alakemlékező rendszerek sajátosságait a legkorszerűbb módszerekkel és technikákkal kívánjuk majd vizsgálni és számszerűsíteni. Meggyőződésünk, hogy a tervbe vett kutatás az EP gyanta alapú alakemlékező polimerek fejlesztését nagyban elősegíti azok lehetőségeinek és korlátainak módszeres feltárásával. Az eredmények (amelyek várhatóan részben szabadalmaztathatóak lesznek) birtokában javaslatot teszünk az új típusú rendszerek potenciális alkalmazására is.
Summary
This project is aimed at developing epoxy resin (EP) based shape memory polymer (SMP) systems with improved (e.g. stress recovery) and novel shape memory (memorizing two or more transient shapes). Improved stress recovery will be achieved by incorporation of nanoscaled multiwall carbon nanotubes with and without functionalizations (nanoadditive) and using traditional reinforcements (unidirectional aligned and woven structures from carbon fibers) in both dual and multiple shape memory systems. To produce triple and multiple shape polymer systems (polymers and related composites), the resin layering technique will be adapted. Layered structures (laminates) with the necessary interlayer adhesion (that will be tested accordingly) will be produced from EP-based systems with different network structures showing different glass transitions temperatures. The latter will serve as switching temperatures during programming of the transient shapes. The shape memory properties will be determined and quantified by state-of-art methods and techniques. The results (“know why and know how”) are expected to pave the route of the R&D on thermoset-based SMPs. Attempts will be made to find straightforward applications for the new SMP systems.
Final report
Results in Hungarian
Epoxi gyanta (EP) alapú különböző polimer rendszereket és kompozitjaikat készítettük el és vizsgáltuk alakemlékező sajátságaik (alakrögzítés-, visszaalakulás jósága, sebessége, feszültsége) szempontjából. Az egy átmeneti alakra emlékező rendszerek esetében a hangsúlyt az alakvisszanyeréskor mérhető feszültség növelésére fektettük. Megállapítottuk, hogy ez utóbbi célszerűen hagyományos textil-típusú erősítőrendszerekkel (szén, üveg, növényi szál) érhető el, feltéve, hogy az EP mátrix térhálósűrűsége kellőképp magas és az erősítőanyag rétegződése az aktuális igénybevétel szempontjából optimális. Hajlítás során ez utóbbi feltétel azt jelenti, hogy az erősítőszövetek lokálisan húzó igényvételnek legyenek kitéve ha az átmeneti alak programozása az üvegesedési hőmérséklet (Tg) felett történt. Tg alatti átmeneti alak beállításakor az erősítő rétegek célszerűen nyomó igénybevételnek legyenek kitéve.
Két átmeneti alakra emlékező EP rendszereink két folytonos fázisból áltak: közülük az egyiket az EP, míg a másikat vagy elektrosztatikus szálképzéssel polikaprolaktonból (PCL) készült nanoszál-paplan vagy maga a PCL adta, amely az EP térhálósításakor fáziszétválás során képződött. Az említett EP/PCL rendszerek alakemlékező sajátságai összemérhetőek voltak. A fázisszétváláskor képződött EP/PCL rendszer előállítása a nanoszál-paplan tartalmúnál egyszerűbb és ezen túlmenően öngyógyuló sajátságú. Ez a felismerés a multifunkciós EP rendszerek kialakításának záloga.
Results in English
Epoxy (EP) resin-based polymeric systems and related composites have been prepared and tested for their shape memory performance (shape fixing, shape recovery, recovery rate, recovery stress). In case of the systems, memorizing one temporary shape, emphasis was put on enhancing the measurable recovery stress. It was found that this task can be reached by using traditional textile reinforcements (composed of carbon, glass and natural fibers) provided that the EP is highly crosslinked and the reinforcing layers are subjected to proper loadings. When temporary shape programming occurs above the glass transition temperature (Tg) of EP (traditional way) then the reinforcement should be under local tensile stress. By contrast, for shape programming below Tg the reinforcing layers should suffer local compression stress field.
EP systems capable for memorizing two temporary shapes, were of bicontinuous structure composed of EP and polycaprolactone (PCL). Continuity of PCL was achieved either by incorporation of an electrostatically spun nanofiber mat or by curing-induced phase segregation (formation of a semi interpenetrating network). The shape memory behavior of both bicontinuous EP/PCL systems was comparable. Since the semi-IPN version can be easily set and it may work for self-healing, semi IPN structured EP-based systems may revolutionize the preparation of multifunctional EPs.
Karger-Kocsis J; Kéki S: Shape Memory Epoxy Resins and Composites, in “Multi-Functionality of Polymer Composites” (Eds.: Friedrich K and Breuer U), Elsevier, Oxford, 2014
Grishchuk S; Sorochynska L; Vorster OC; Karger-Kocsis J: Structure, thermal, and mechanical properties of DDM-hardened epoxy/benzoxazine hybrids: Effects of epoxy resin functionality and ETBN toughening, Journal of Applied Polymer Science 127: 5082-5093, 2013
Fejős M; Karger-Kocsis J: Epoxy based shape memory polymer composites with different textile reinforcements, Abstracts of 4th International Conference on Smart Materials, Structures and Systems. Montecatini Terme, Italy, 2012. 06. 10-2012. 06. 14. Faenza: p. 68. Paper A-15:P80, 2012
Fejős M;Karger-Kocsis J: Shape memory performance of asymmetrically reinforced epoxy/carbon fibre fabric composites in flexure, Express Polymer Letters, nyomtatásban, 2013
Grishchuk S; Bonyár A; Elsäßer J; Wolynski A; Karger-Kocsis J; Wetzel B: Toward reliable morphology assessment of thermosets via physical etching: Vinyl ester resin as example, Express Polymer Letters, nyomtatásban, 2013
Szólik G (Konzulensek: Karger-Kocsis J; Fejős M; Molnár K): Epoxi/nanoszál alapú több alakra emlékező polimer rendszer fejlesztése, BME Gépészmérnöki Kar, 2012
Király M (Konzulensek: Karger-Kocsis J; Fejős M): Több alakra emlékező, epoxi alapú, szövet és nanoadalék erősítésű kompozitok kifejlesztése, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Polimertechnika Tanszék, 2012
