self-reinforced polymer composite, recycling, material testing
megadott besorolás
Anyagtudomány és Technológia (gépészet-kohászat) (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
zsűri
Műszaki és Természettudományi zsűrielnökök
Kutatóhely
Polimertechnika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
projekt kezdete
2006-02-01
projekt vége
2009-04-30
aktuális összeg (MFt)
4.865
FTE (kutatóév egyenérték)
0.70
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
Napjainkban a szerkezeti anyagok újrahasznosítása kulcskérdéssé vált. Különösen igaz ez polimer, illetve polimer kompozit anyagú termékekre. A legnagyobb műanyag felhasználó iparágban, az autógyártásban a műanyag alkatrészek nagyobbik hányada polipropilénből (PP) készül. A PP önmagában tömegműanyagként nem veszi fel a versenyt a műszaki műanyagokkal, ezért erősíteni szükséges. Leggyakrabban üvegszállal történő erősítést alkalmaznak a PP tulajdonságainak a javítására, így azonban a kompozit már nehezen újrahasznosítható, mivel a megömlesztéssel történő újrafeldolgozás esetében az üvegszálak tördelődése miatt jelentős tulajdonság romlással kell számolni. Ezek alapján környezetbarát termoplasztikus kompozitok kifejlesztése nagy jelentőséggel bír az egész világon. Erre egyik lehetőség az ún. önerősítéses polimer kompozit, amelynek alkalmazása kiváló alternatívát biztosíthat a hagyományos szálerősítéses kompozitokkal szemben. Önerősítéses kompozitok esetében mind az erősítőszálat befoglaló mátrix, mind az erősítőszál (orientált nagy szilárdságú polimer szál) azonos polimerből készül, így adott az egyszerű újrahasznosítás, mivel a kompozit ledarálása után újramegömlesztéssel (pl. extrudálással, fröccsöntéssel) jó minőségű termék készíthető. A kutatás célja PP szál és szalag erősítésű PP önerősítéses kompozitok kifejlesztése préseléssel a kereskedelemben kapható, illetve általunk gyártott izotaktikus (alfa, béta) PP alapanyagokból. Az erősítőszálakat kártolással vagy szövéssel fogjuk össze, majd préseléssel alakul ki a végleges kompozit lemez. A cél továbbá a technológia optimalizálása, illetve a kompozit tulajdonságainak meghatározása, modellezése.
angol összefoglaló
Nowadays, the recyclability of construction materials is becoming as important as the engineering performance/cost ratio. In the automotive industry polypropylene (PP) is the most often used polymeric material. However, PP, being a commodity plastic, has to be reinforced in order to compete with engineering plastics. Glass fiber (GF) reinforcement is the usual strategy to improve the properties of PP. This makes the recycling of related composites difficult since reprocessing via melt compounding is accompanied with substantial loss in the properties due to breakage of the reinforcing GF. Therefore the development of recycling-friendly thermoplastic composites has received top priority. Self-reinforced (SRC) or all-polymer composites represent the right alternatives to traditional fiber reinforced composites, because both the matrix and the reinforcement (oriented polymer fiber with high strength) are from the same polymer. “Ultimate recyclability” is given, since high quality products can be produced through re-melting (e.g. extrusion, injection molding) after the composite is reground. The aim of research is the development of PP fiber and band reinforced PP composites produced by pressing from commercially available and own isotactic (alpha, beta) PP material. The reinforcing fibers are carded or woven together and the final composite plate is formed by pressing. A further aim is to optimize technology and determine and model the properties of self-reinforced composites.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A projekt során önerősítéses polipropilén (PP) kompozitot (SRPPC) fejlesztettünk ki. A szükséges feldolgozási hőmérséklet tartományt random PP kopolimer alkalmazásával (mátrix) és/vagy a PP polimorfizmusában rejlő lehetőségek kihasználásával biztosítottuk. A kompozitokat film-stacking módszerrel állítottuk elő. Erősítőszerkezetként általunk előállított kártolt paplant és kötött kelmét, illetve szövetet alkalmaztunk kb. 50% arányban. Mátrixként PP homopolimer és random kopolimer α és β módosulatát használtuk, amellyel a megfelelő feldolgozási ablakot biztosítani tudtuk. A konszolidáció minőségét a feldolgozási hőmérséklet függvényében tanulmányoztuk. A kompozit lapokon termékgyártási, illetve újrafeldolgozási kísérleteket végeztünk. Főbb következtetéseink: i) növekvő feldolgozási hőmérséklet javítja konszolidációt, amelyet tépővizsgálatokkal és sűrűségméréssel követtünk. Ezenfelül, magasabb hőmérsékleten a mátrix/erősítőszál határfelületén jelentkező transzkristályosodás jelenik meg. ii) Szakító és hajlító vizsgálatok eredményei jelentős mértékben függnek a konszolidációs hőmérséklettől. A hőmérséklet növekedésével mind a modulus, mind a szilárdság növekszik, majd a mátrix olvadási hőmérséklete felett 20-25°C-kal maximumot mutat. iii) Az energiaelnyelő képesség (perforációs energia) csökken a hőmérséklet növekedésével. iv) A β-módosulatú PP homopolimer mátrixú egykomponensű SRPPC hasonlóan jó eredményt ad, mint az α-módosulatú random PP kopolimer alapú kétkomponensű rendszer.
kutatási eredmények (angolul)
In this project, self-reinforced polypropylene composites (SRPPC) were developed and characterized. The necessary processing window was ensured by using random PP copolymer as matrix and/or by exploiting the polymorphism of polypropylene (PP). Composites sheets were produced by film-stacking. As reinforcements carded mat and knitted fabric from high tenacity PP multifilament and woven fabric were selected and incorporated in ca. 50% in the corresponding SRPPCs. As matrices PP in different crystal forms (α and β forms) were adapted to widen the processing window. The consolidation quality of the SRPPCs was studied as a function of the processing temperature. The composite sheets developed were subjected to thermoforming and melt reprocessing experiments. The main results are the following: i) Increasing processing temperature improved the consolidation degree based on density and peel strength results. Moreover, this was accompanied with significant transcrystallization in the interphase. ii) Static tensile and flexural responses were strongly affected by the consolidation temperature. With increasing processing temperature the modulus and strength values increased and passed through a maximum, respectively. iii) The energy absorption ability (perforation energy) decreased with increasing consolidation temperature. iv) β-modified PP homopolymer based one-component SRPPCs gave similarly good mechanical properties as the α-random PP copolymer based two-component SRPPCs.
Bárány T; Izer A: Environment-friendly polypropylene composites, 6 pages in Proc. of fifth conference on mechanical engineering, Budapest, Május 25-26, BME-OMIKK, Budapest, 2006
Bárány T; Ronkay F: Development of self-reinforced polyester composites, 5 pages in Proc. of fifth conference on mechanical engineering, Budapest, Május 25-26, BME-OMIKK, Budapest, 2006
Bárány T: Reciklálható polimer kompozitok, 5 oldal Konferenciakiadvány - Erősített Műanyagok 2006 Nemzetközi Balaton Konferencia, Balatonvilágos, Május 23-25, 2006
Izer A; Bárány T: Hot consolidated all-PP composites from textile fabrics composed of PP filaments with different stretching, Express Polymer Letters 1: 790-796, 2007
Izer A, Kmetty Á, Bárány T: Környezetbarát önerősítéses polimer kompozitok, Műanyag és Gumi 45:463-467, 2008
Wanjale SD, Abraham TN, Karger-Kocsis J, Bárány T, Apostolov AA: Preparation and characterization of polypropylene (PP) homocomposites: Exploiting polymorphism of PP homopolymer, J Appl Polym Sci elfogadva, megjelenés alatt, 2009
Izer A, Bárány T, Varga J: Development of woven fabric reinforced all-polypropylene composites with beta nucleated homo- and copolymer matrices, Compos Sci Technol elfogadva, megjelenés alatt, 2009
Izer A, Stocchi A, Bárány T, Pettarin V, Bernal C, Czigány T: Effect of the consolidation degree on the fracture and failure behavior of self-reinforced polypropylene composites as assessed by acoustic emission, Compos A, benyújtva, 2009
Bárány T, Izer A, Karger-Kocsis J: Impact resistance of all-polypropylene composites composed of alpha and beta modifications, Polym Test 28:176-182, 2009
Abraham TN, Wanjale SD, Bárány T, Karger-Kocsis J: Tensile mechanical and perforation impact behavior of all-PP composites containing random PP copolymer as matrix and stretched PP homopolymer as reinforcement: Effect of β nucleation of the matrix, Compos A-Appl Sci 40:662-668, 2009
Bárány T; Karger-Kocsis J; Czigány T: Development and characterization of self-reinforced poly(propylene) composites: carded mat reinforcement, Polym Advan Technol 17: 818-824, 2006
Bárány T; Izer A; Czigány T: On consolidation of self-reinforced polypropylene composites, Plast Rubber Compos 35: 375-379, 2006
Bárány T; Izer A; Czigány T: High performance self-reinforced polypropylene composites, Mat Sci Forum 537-538: 121-128, 2007
Romhány G; Bárány T; Czigány T; Karger-Kocsis J: Fracture and Failure Behaviour of Fabric-Reinforced All-Polypropylene Composite (Curv®), Polymers for Advanced Technologies 18: 90-96, 2007
Ruan WH, Zhang MQ, Wang MH, Rong MZ, Bárány T, Czigány T: Preparation and properties of nano-silica filled self-reinforced polypropylene, Adv Mater Res 47-50:318-321, 2008
