Környezetbarát, önerősítéses polimer kompozit szerkezeti anyag kifejlesztése = Development of environmental friendly, self-reinforced polymer composite

摘要

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 alfa és béta 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 béta-módosulatú PP homopolimer mátrixú egykomponensű SRPPC hasonlóan jó eredményt ad, mint az alfa-módosulatú random PP kopolimer alapú kétkomponensű rendszer. | 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 (alpha and beta 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) Beta-modified PP homopolymer based one-component SRPPCs gave similarly good mechanical properties as the alpha-random PP copolymer based two-component SRPPCs.