polymer composite, nanoreinforcement, 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
2007-07-01
projekt vége
2010-12-31
aktuális összeg (MFt)
5.932
FTE (kutatóév egyenérték)
0.81
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A tudomány és technika fejlődésének köszönhetően a tudósoknak sikerült olyan berendezéseket kifejleszteniük, amelyek segítségével az anyag egyre kisebb méretű részei is láthatóvá váltak. Az atomi méretű felbontást lehetővé tevő alagútmikroszkóp 1981-es kifejlesztése óta a mikrotechnológiát az új tudományos szemléletmódot hozó nanotechnológia kezdi felváltani.
A tudomány minden területén intenzív kutatás indult meg ezen a területen, beleértve az anyagtudományt is, amely további lendületet vett a kivételes tulajdonságokkal rendelkező szén nanocső feltalálásával. A polimer kompozit anyagtudomány területén a kutatások egy része arra irányul, hogy kiaknázzák a szén nanocsövek rendkívül magas szilárdságát, és a jelenlegi mikrométer átmérőjű szálakkal erősített polimereknél is erősebb kompozitokat fejlesszenek ki. A kutatások még kezdeti stádiumban tartanak, ugyanis még nem sikerült megoldani a szén nanocsövek polimer mátrixban történő homogén eloszlatását és a megfelelő határfelületi tapadást.
Jelen pályázat célja a hagyományos mikron átmérőjű szálakkal erősített kompozit hibridizációja szén nanocsővel oly módon, hogy a pozitív hibridhatás segítségével a mechanikai tulajdonságok tovább javuljanak. Legfontosabb megoldásra váró feladat a szén nanocső egyenletes eloszlatása a hőre keményedő és hőre lágyuló polimer mátrixban. Meg kell vizsgálni a nanoméretű erősítőanyag tartalmának hatását a feldolgozás paramétereire, a mechanikai tulajdonságokra és a tönkremeneteli mechanizmusra.
angol összefoglaló
Due to the research and development on the field of science and technology resulted an equipment for visualization of the smaller and smaller components of a material. From the appearance of the Atomic Force Microscope in 1981 the decomposition of any material can be done on atomic level, the micro technology is changed gradually by nanotechnology.
Intensive researches run in every field of science in the field of nanotechnology, as well in the material science, which got under way by the development of carbon nanotubes with unique properties. On the area of polymer composite materials researches are done for utilizing the extremely high strength of carbon nanotubes, in this manner realizing a stronger composite that those reinforced with micrometer sized fibers. Developments are still in inchoative stage: there is no reliable solution for homogenous distribution of the carbon nanotubes in the polymer matrix and neither the interfacial adherence is resolved.
The aim of this tender is the hybridization of a conventional micrometer sized fiber reinforced composite with carbon nanotubes, expectedly resulting a positive hybridization, so a composite material with improved mechanical properties. The most important task to be resolved is the uniform distribution of the carbon nanotubes in thermoplastic and thermoset polymer matrixes. Should be analyzed the influence of the carbon nanotubes content on the processing parameters, mechanical properties and failure mechanisms.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A projekt során epoxi mátrixú, szénszál erősítésű, szén nanocső töltésű hibrid nanokompozitot fejlesztettünk ki. Elsőként a nanocső homogén eloszlatására fejlesztettünk ki mesterkeverékes eljárást, mely módosítás nélkül átskálázható ipari méretekre is. A szén nanocső-mátrix határfelületi adhézióját elektronbesugárzással térhálósított vinilészter hibridizációval javítottuk. A hibrid nanokompozit rétegközi mechanikai tulajdonságinak széleskörű vizsgálatára dinamikus nyíróvizsgálatot és rétegközi húzóvizsgálati módszert fejlesztettünk ki. A rétegközi I. módú kvázistatikus és fárasztásos törésmechanikai vizsgálatokhoz kifejlesztettük az akusztikus emissziós lokalizáción alapuló repedésterjedés követést, amellyel a szabvány által ajánlott közelítő módszerek kiválthatók. A vizsgálatok alapján a nanocső töltés hatására a kvázistatikus repedésterjedési ellenállás 30%-al nőtt, a fárasztásos repedésterjedési sebesség a harmadára csökkent, a tönkremenetelhez tartozó ciklusszám 4-szeresére nőtt, tehát egy megbízhatóbb, hosszabb élettartamú anyagot sikerült kifejleszteni. A hőre keményedő mátrixú kompozit kifejlesztése mellett ciklikus butilén-tereftalátból in situ polimerizált PBT-t adalékoltunk szén nanocsővel a ridegség csökkentésére. A mechanikai vizsgálatok alapján a nanocső adalékolással úgy tudtuk a szívósságot 50%-al növelni, hogy közben a szilárdság és modulus is növekedett 30%-al.
kutatási eredmények (angolul)
During the project, carbon fiber and carbon nanotube reinforced hybrid nanocomposites with epoxy matrix were developed. First the masterbatch procedure was developed in order to disperse the carbon nanotubes in the epoxy resin homogeneously. This procedure can be upscaled to industrial volume without any modification. The interfacial adhesion between carbon nanotubes and epoxy matrix was increased by hybridization of the base system with unsaturated polyesther resin cured by electron irradiation. The mechanical properties of hybrid nanocomposites were investigated with newly developed mechanical tests, i.e. dynamical interlaminar shear test and interlaminar tensile test.
For the interlaminar mode I fracture mechanical tests a new crack propagation tracking method was developed based on acoustic emission localization. This tracking method can substitute the approximate methods recommended by the standard.
The quasi-static crack propagation resistance was increased by 30%, the fatigue crack propagation speed decreased by two third, the load cycles until failure increased 4-fold. Consequently a more reliable material with longer lifetime has been developed.
Beside the above described development of thermoset matrix nanocomposites in-situ polymerized PBT matrix (IS-PBT) were developed. Since this IS-PBT is brittle, carbon nanotubes were added to decrease this brittleness. The toughness was increased by 50%, while the strength and modulus was also increased by 30%.
Szebényi G; Romhány G.: Preparation of multiwall carbon nanotube reinforced epoxy nanocomposites and examination its mechanical properties, 3rd China-Europe Symposium on Processing and Properties of Reinforced Polymers, Budapest, jún. 11-15, 2007
Szebényi G; Romhány G: Preparation of MWCNT/carbon fabric reinforced hybrid nanocomposite and examination of its mechanical properties, Absztrakt #SO-13 VI. Országos Anyagtudományi Konferencia, 2007. október 14-16., Siófok, 2007
Niedermann Péter (konzulens: Romhány G.): Szén nanocső töltés hatása szénszál erősítésű epoxi laminát rétegközi mechanikai tulajdonságára, I. díjas TDK dolgozat, BME, 2008
Romhány G; Szebényi G: Preparation of MWCNT reinforced epoxy nanocomposite and examination of its mechanical properties, Plastics, Rubber and Composites 37: 214-218, 2008
Romhány G; Szebényi G: Preparation of MWCNT/carbon fabric reinforced hybrid nanocomposite and examination of its mechanical properties, Materials Science Forum 589: 269-274, 2008
Romhány G, Niedermann P, Szebényi G: Mechanical properties of MWCNT/fiber reinforced hybrid composites, pp. 1-8 in Proc. International Conference on Technical Textiles and Nonwovens, November 11-13, Delhi, India, 2008
Szebényi G; Romhány G.: Preparation of MWCNT reinforced epoxy nanocomposite with improved interfacial adhesion, 6 pages in Proc. of the Sixth Conference on Mechanical Engineering. Budapest, May 29-30., BME-OMIKK, Hungary, 2008
Szebényi G; Romhány G: Keverési módszer hatása szén nanocső erősítésű epoxi kompozitok mechanikai tulajdonságaira, Mechanoplast 2009, március 17-19., Balatonaliga, 2009
Szebényi G; Romhány G: The effect of different dispersion methods on the mechanical properties of MWCNT/carbon fiber/epoxy hibrid composites, Absztrakt #P-044 4th China-Europe Symposium on Processing and and Properties of Reinforced Polymers, June 8-12, Guilin, China, 2009
Szebényi G; Romhány G: The effect of electron irradiation on the mechanical properties of MWCNT/carbon fiber reinforced hybrid nanocomposites, Absztrakt VII. Országos Anyagtudományi Konferencia, október 11-13., Balatonkenese, Magyarország, 2009
Kung Zsolt (konzulens: Romhány G.): Elektronsugárzás hatása szén nanocső/epoxi kompozit mechanikai tulajdonságaira, Diplomaterv, BME, 2009
Niedermann Péter (konzulens: Romhány G.): Szén nanocső töltés hatása szénszál erősítésű epoxi laminát rétegközi mechanikai tulajdonságára, Szakdolgozat, BME, 2009
Vígh János (konzulens: Romhány G.): Szén nanocső töltés hatása in situ polimerizált PBT tulajdonságaira, I. díjas TDK dolgozat, BME, 2009
Niedermann Péter (konzulens: Romhány G.): Szén nanocső töltés hatása szénszál erősítésű epoxi laminát rétegközi kifáradási tulajdonságaira, I. díjas TDK dolgozat, BME, 2010
Szebényi G; Romhány G: Electrical and magnetic field orientation techniques for MWCNT/epoxy nanocomposites, p. 5 (paper ID: 216-ECCM14) in Proc. 14th European Conference on Composite Materials, Budapest, June 7-10, 2010
Szebényi G; Romhány G: The effect of electron irradiation on the mechanical properties of MWCNT/carbon fiber reinforced hybrid nanocomposites, Materials Scinece Forum 659: 91-95, 2010
Romhány G; Vígh J; Thomann R; Karger-Kocsis J; Sajó I: Polybutylene terephthalate/MWCNT nanocomposites prepared by in situ polymerization of cyclic butylene terephthalate (CBT) after solid phase high energy ball milling of CBT with MWCNT, Macromolecular Materials Engineering, közlésre elfogadva, 2011
