Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti

Facultatea de Chimie Aplicată şi Ştiinţa Materialelor

Departamentul Chimie Anorganica, Fizica şi Electrochimie

image description

image description

 

 

 

MATERIALE COMPOZITE HIBRIDE CU MATRICI TERMOPLASTICE DOPATE CU FIBRE SI UMPLUTURI NANOMETRICE DISPERSE PENTRU APLICATII SPECIALE (HybridMat)

Nr. 168/2012

 

Etapa II - Realizare si experimentare materiale compozite pe baza de polipropilena si poliamida ranforsata cu nanotuburi de carbon si montmorilonit respectiv polipropilena nanowiskersuri pe baza de carbura de siliciu si fibre scurte tratate

 

Activităţi realizate, conform contractului

Activitatea 2.1. Realizare modele experimentale si variante experimentate de realizare a materialelor compozite polipropilena si poliamida nanoaditivate respectiv polipropilena cu wiskersuri si fibre scurte tratate;

Activitatea 2.2. Demararea procedurii de caracterizare a materialelor compozite obtinute;

Activitatea 2.3. Elaborare specificatie tehnica initiala a materialelor compozite hibride pe abza de polipropilena si poliamida nanoaditivate respectiv polipropilena cu wiskersuri si fibre scurte tratate;

Activitatea 2.4. Diseminarea rezultatelor cercetarii;

Activitatea 2.5. Management de proiect.

 

 

1.2. Tratarea fibrelor de sticla

Tratarea fibrelor de sticlă a respectat metodologia propusă în etapa I. În acest sens, agentul de silanizare a fost pulverizat pe fibrele de sticla şi tratate la 80oC timp de 2h. Ca agenţi de silanizare s-au utilizat silani cu diverse grupe funcţionale, aşa cum reiese din tabelul 1.

 

Tabelul 1. Agenţi de silanizare utilizaţi în funcţionalizarea fibrelor de sticlă

Nr.

Crt.

Agent de silanizare

1

APTMS: 3-Aminopropiltrimetoxisilan

2

APTES: 3-Aminopropiltrietoxisilan

3

DCDMS: Dicloro(dimetil)silan

4

PDMS: Polidimetilsiloxan

 

In cadrul prezentei faze au fost realizate şi caracterizate 18 variante de structuri polimerice pe baza de polipropilena si PP-g-AM (in proportie de 1-3%) armate cu fibre de sticla sau nanoparticule de carbura de siliciu. În tabelele 2-4 sunt prezentate compozitiile recepturilor compozitelor polimerice pe bază de polipropilena ranforsate cu fibre de sticla tratate cu agenti de cuplare silanici (3-aminopropiltrimetoxisilan) respectiv polipropilena ranforsata cu nanoparticule de carbura de siliciu.

 

Tabel 2. Recepturi ale compozitelor pe baza de PP/1%PP-g-AM/fibre de sticla tratate cu 3-APTMS

Cod

receptura

Polipropilena Tipplen 948 K (g)

PP-g-AM

FS tratate cu 3-aminopropiltrimetoxisilan

TOTAL

(g)

P01

200

2

-

202

P1

200

2

10

212

P2

200

2

20

222

P3

200

2

30

232

P4

200

2

40

242

P5

200

2

50

252

P6

200

2

60

262

 

Tabel 3.  Recepturi ale compozitelor pe baza de PP/3%PP-g-AM/fibre de sticla tratate cu 3-APMS

Cod receptura

PolipropilenaTipplen 948 K (g)

PP-g-AM

(g)

Fibre de sticla tratate cu 3- aminopropiltrimetoxisilan

TOTAL

(g)

P03

200

6

-

206

FS1

200

6

10

216

FS2

200

6

20

226

FS3

200

6

30

236

FS4

200

6

40

246

FS5

200

6

50

256

FS6

200

6

60

266

 

Tabel 4.  Recepturi ale compozitelor pe baza de PP/3%PP-g-AM/nanoparticule de SiC

Cod receptura

Polipropilena Tipplen 948 K (g)

PP-g-AM

(g)

Nanoparticule de carbura de siliciu (g)

TOTAL

(g)

SiC1

200

6

2

208

SiC2

200

6

4

210

SiC3

200

6

6

212

SiC4

200

6

8

214

 

Materialele compozite astfel obţinute au fost caracterizate din punct de vedere al microstructurii. Se pot observa diferenţe notabile între probele de materiale compozite pe baza de PP şi FS. Morfologia diferită este dată de gradul de grefare a PP. În cazul în care se foloseşte 3% PP-gg-AM compatibilitatea dintre faze este optimă, practic fibrele de sticlă sunt total acoperite cu faza polimerică. Comparand şi cu rezultatele obţinute în etapa trecută (PP şi FS-APTMS) se poate afirma că atât functionalizarea/silanizarea fibrei de sticlă cât şi grefarea cu anhidridă maleică conduc la o mai bună compatibilizare între faze.

 

Figura 9. Imagini SEM caracteristice probelor de FS-APTMS/PP+1% PP-g-AM şi FS-APTMS/PP+3% PP-g-AM

 

 

Microscopia FTIR deşi nu permite o mărire foarte mare adduce informatîi valoroase privind distribuţia componentelor în probă. Astfel se pooate observa că, monitorizând la o lungime de undă caracteristică polimerului apar neomogenităţi structurale în ce priveşte repartiţia PP şi a FC (Figura 14. Imaginile FTIR caracteristice pentru proba PP-FC impregnat). În imaginile video zona roşie corespunde materiualului utilizat pentru prinderea probei, zona de interes fiind zona neagră compusă din PP şi FC. În FTIR culoare roşie înseamnă zonă bogată în specia rezpectivă în timp ce zona albastră însemnă zonă săracă în  specia respectivă, aşa cum reiese din scală.

 

Figura 4. Variatia resistentei in functie de continutul de FS la un procent de a) 1% şi b) 3% PP-g- AM

 

 

Tabel 14 Probele realizate în vederea stabilirii parametrilor optimi pentru realizarea laminatelor

Nr

probă

Componentele materialului (dimensiunile placii de PP, mm)

Temperatura de procesare, °C

Greutatea de

presare, kg

Timp

menţinere, min

Observaţii

1

1 FC/1PP (40x40x2)

160

500

10

Ţesătura din fibră de carbon a fost complet impregnată cu polipropilenă, polimerul topindu-se şi placa pierzându-şi forma=> este necesară prelucrarea la o temperatură mai mică (Fig 1)

2

1 FC/1PP (40x42x2)

140

500

15

Temperatura este mult prea mică pentru că polimerul să se înmoaie, nu s-a realizat nici o ancourare între polimer si ţesătură.

3

Proba Nr. 2 (1 FC/1PP (40x42x2))

150

500

15

Aproximativ ˝ din suprafaţa PP s-a topit, ancorarea pare bună, însa ţesătura se desprinde manual de pe polimer, în acesta rămânând urme după desprindere=> este necesară prelucrarea la o temperatură mai mare (Fig 2)

4

1 FC/1PP (42x42x2)

155

500

15

Ancorarea este mai bună decât în cazul probei nr. 3, însa marginile exterioare ale PP s-au topit aproape complet, centrul probei fiind impregnat doar la interfaţă=> este necesară prelucrarea la o temperatură mai mică (Fig 3)

5

1PP/1FC/1PP

(40x40x2)

152

500

15

Ancorarea este foarte bună. Parametri ar putea fi utilizaţi pentru obţinerea unui laminat pentru testare, compus din 2 folii de PP ce încadrează o pânza de fibră de carbon (Fig 4)

6

1PP/1FC/1PP/1FC/1PP

(35X35X2)

152

400

20

Datorită distantei dintre platane marita datorita adăugării a înca 2 folii de PP, anocorarea feţelor exterioare nu este suficient de bună, de aceea dupa primul interval şi examinarea vizuala a probei, proba este presată din nou la aceeaşi temperatura 152 pentru un interval de timp mai lung, si apoi la o temperatură cu 3 grade mai mare. Nu se observă însă diferenţe notabile. (Fig 5)

152

30

155

30

7

1FC/1PP/1FC

(35X35X2)

152

400

15

Acest compozit a fost realizat pentru stabilirea metodei optime de obţinere a straturilor din mijlocul laminatului cu 3 folii de PP si 2 pânze din fibră de carbon. Ancorarea este excelentă, este vizibil faptul că a avut loc o impregnare la interfaţa polimer/ţesătură, foliile de PP păstrându-se forma către exterior

8

Proba Nr. 7 încadrată între 2 folii de PP

(35X35X2)

152

400

15

Ancorarea este bună, însă grosimea probei este de 4,9 mm=> impregnarea la interfaţă nu s-a produs în grad suficient de mare=>proba a fost presată din nou crescând gradual temperatura urmărind periodic grosimea probei. In final, s-a obţinut o proba de grosime 3,8 mm (Fig 6)

155

15

157

10

160

10

162

20

164

10

166

10

168

10

Etapa 2- elaborarea de compozite pentru realizarea de epruvete cu dimensiuni potrivite pentru testarea la tracţiune

9

1FC/1PP/1FC

(7.5X150X2)

152

3500

10

Topirea PP nu are loc uniform pe toată suprafaţa laminatului, după menţinerea 10 minute la 152°C, s-a crescut temperatura până la 155 °C, şi apoi la 160°C, în final obţinându-se o impregnare pozitivă la analiza macroscopică, grosimea laminatului este de aproximativ 1.6 mm

155

20

160

15

10

Proba Nr. 9 încadrată între 2 folii de PP (7.5X150X2)

160

3500

15

Ţesătura s-a deplasat din cauza presiunii foarte mari, s-au produs pierderi semnificative de material în ceea ce priveşte polimerul, prin topirea lui în exteriorul presei. A rezultat un compozit de grosime medie 3.7 mm, impregnarea este neuniformă. Laminatul urmează să fie testat la tracţiune (Fig. 7)

165

10

167

10

169

10

172

10

174

10

11

1PP/1FC/1PP/1FC/1PP

160

174

300

20

10

S-a stabilit o greutate de apăsare mult mai mică pentru a evita deplasarea ţesăturii. Straturile interioare au fost elaborate anterior lipirii celor două straturi de PP exterioare. Temperatura a fost ridicată în două etape, astfel încât PP s-a topit complet, impregnarea ţesăturii cu polimer fiind completă. Prin această metodă s-a urmărit obţinerea unui compozit cu matrice de polipropilenă şi ranforsare de ţesătură din fibră de carbon (nu a unui laminat). Acest compozit urmează a fi testat de asemenea la tracţiune. (Fig. 8)

 

 

 

În cazul materialului laminat cu 3straturi de PP şi 2 straturi de FC se pot uşor evidenţia componentele materialului (2 straturi de FC şi 3 straturi de PP, distanţa relativă între cele două straturi de FC este de ~1mm iar grosimea materialului laminat ~3.5mm. Monitorizarea s-a facut după banda de absorbţie de la 1460cm-1.

 

Figura 15. Imaginile FTIR caractrristice materialului laminat 3PP-2FC

 

CONCLUZII

In faza prezenta, s-au realizat si experimentat compozitele polimerice pe baza de polipropilena (PP) şi poliamidă (PA), utilizand ca agent de cuplare polipropilena grefata cu anhidrida maleica (PP-g-AM) in proportii variate, armate cu fibre de sticla scurte de tip E tratate cu 3-aminopropiltrimetoxisilan, compozitele pe baza de polipropilena ranforsate cu carbura de siliciu, compozitele pe baza de polipropilena nanoaditivate cu nanotuburi de carbon sau montmorilonit respectiv laminatele pe baza de polimer-tesatura fibra de carbon. In urma experimentărilor efectuate au rezultat următoarele:

-      Pentru experimetari s-a selectionat ca faza polimerica continua (matrice) polipropilena cu denumirea comerciala Tipllen K 948, datorita proprietatilor sale performante cum ar fi: rezistenta la agentii chimici, densitate mica si temperatura de topire ridicat armat cu fibre de sticla scurte de tip E tratate cu agenti de cuplare silanici in proportii variate (5, 10, 15, 20 respectiv 30% raportat la cantitatea de polimer), in prezenta agentului de cuplare de suprafata PP-g-AM in proportie de 1 respectiv 3%, pentru imbunatatirea compatibilitatii fibra-matrice polimerica, dispersarii si reducerii vascozitatii amestecului. Un alt set de experimentarii a constat in realizarea compozitelor pe baza de polipropilena ranforsata cu procente variate de nanoparticule de carbura de siliciu (1, 2, 3 respectiv 4% raportat la cantitatea de polimer) in prezenta PP-g-AM in procent de 3%;

-  S-a proiectat tehnologia de procesare in produse finite (granule ) specifica prelucrării materialelor termoplastice pe baza de polipropilena armate cu fibre de sticla tratate si nanoparticule de carbura de siliciu pe un extruder-granulator dublu snec cu corotatie;

-  S-au realizat 18 variante de compozite polimerice pe baza de polipropilena copolimer armate cu fibre de sticla tratate cu 3-APTMS sau cu nanoparticule de carbura de siliciu, ce au fost caracterizate fizico-mecanic conform standardelor in vigoare, morfologic (SEM) si structural (XRD si FTIR);

-  Obtinerea placilor pentru determinarea indicatorilor fizico-mecanici s-au realizat într-o presă electrică, prin metoda compresiei, intre platanele acesteia, la temperatura de 1650C;

  In urma testărilor fizico-mecanice si analiza valorilor se pot concluziona urmatoarele:

· Valorile duritatii variaza in proportii apreciabile raportate la valorile de referinţă (de la 70 in cazul PP la 830 Sh D in cazul amestecului cu 30% fibre de sticla). Se observa de asemenea ca in cazul amestecului PO1 avand un continut de 1% PP-g-AM, duritatea scade nesemnificativ doar 10ShD comparativ cu amestecul de referinta PP. In cazul compozitelor ce contin 3% PP-g-AM (P03) valoarea duritatii inregistreaza o scadere semnificativa 670ShD raportat la valoarea de referinta 700ShD. De remarcat este faptul ca duritatea creste direct proportional cu cresterea procentului de fibra de sticla, acest lucru observandu-se in cazul tuturor compozitelor realizate P1-P6 valorile inregistrate fiind in intervalul (71-830ShD) precum si in cazul amestecurilor FS1-FS6 duritatile prezentand 69-720ShD. De asemenea, cresterea proportiei de agent de cuplare la 3% PP-g-AM, reduce semnificativ duritatea amestecului chiar la acelasi concentratii de fibre de sticla, ceea ce demonstreaza ca polipropilena grefata cu anhidrida maleica are dublu rol: atat ca lubrifiant, reducand vascozitatea amestecului cat si ca agent de cuplare.

Rezistenta la tractiune – a compozitelor polimerice raportate la valoarea de referinta PP, prezinta variatii majore atat pe masura cresterii cantitatii de fibre de sticla precum si in cazul varierii procentului agentului de cuplare PP-g-AM de la 1-3%.

In cazul compozitelor ce contin 1 % PP-g-AM care este mentinut constant pentru toate recepturile P1-P6 se pot concluziona urmatoarele:

-     in cazul amestecului PO1 (polipropilena/PP-g-AM) se observa o crestere neglijabila a rezistentei la rupere la valoarea de 6.51 N/mm2 comparativ cu valoarea de referinta a polipropilenei PP de 6.21 N/mm2. In cazul amestecurilor P1 – P4 se observa cresterii semnificative a valorilor rezistentei la rupere de la valoarea de 12.4 la 50 N/mm2. Acest lucru demonstreaza interactii puternice intre gruparile functionale prezente pe suprafata fibrelor de sticla –Si-O- si cele ale agentului de cuplare PP-g-AM (are loc deschiderea ciclului maleic sub influenta temperaturii si a fortelor de torsiune) si implicit o adeziune si intrepatrundere mai buna la interfata faza dispersa-matrice polimerica. In cazul amestecurilor cu 25 respectiv 30% fibre de sticla tratate (P5 respectiv P6) se observa scaderea valorii rezistentei la rupere de la 22 la 11N/mm2. Acest lucru se datoreaza faptului ca, vascozitatea amestecului creste si scade capacitatea polimerului de a umecta corespunzator totalitatea fibrelor de sticla ceea ce conduce la aglomerarea materialului dispers, aparitia golurilor care reprezinta puncte slabe in material si implicit la ruperea epruvetei.

In cazul compozitelor ce contin 3% PP-g-AM, se observa cresterii majore ale rezistentei la rupere comparativ cu cele ce contin 1% PP-g-AM, chiar la acelasi procent de fibre de sticla.

In cazul compozitului P03 se observa cresterea valorii rezistentei la rupere la valoarea de 11 N/mm2 comparativ cu amestecul de referinta PP la 6.21 N/mm2. In cazul compozitelor FS1 – FS5 rezistenta la rupere creste cu cresterea cantitatii de fibre de sticla tratate in urmatoarele limite de valori 19-60N/mm2, ceea ce demonstreaza ca marirea concentratiei de PP-g-AM are rolul de a actiona ca un lubrifiant intern micsorand vascozitatea compozitiei. De asemenea, lanturile din structura agentului de cuplare silanic se pot interpenetra cu moleculele PP-g-AM, fenomen favorizat de fortele Van der Waals dintre cele doua specii, ceea ce conduce la imbunatatirea rezistentei la rupere. La concentratii mari de fibre de sticla de 30% in cazul compozitului FS6 se observa scaderea valorii rezistentei la rupere la valoarea de 29 N/mm2. Pentru a imbunatati compatibilitatea polimer-faza dispersa la concentratii mari de fibre de sticla este necesara utilizarea unui agent de cuplare silanic cu lanturi mai lungi, care sa favorizeze adeziunea, dispersarea, omogenitatea amestecului si reducerea vascozitatii amestecului. 

  Compozitele polipropilena/PP-g-AM in procent de 3% ranforsate cu nanoparticule de carbura de siliciu in procent de 1, 2, 3 si 4% prezinta urmatoarele:

-        Valoriile duritatii – variaza in limite apreciabile de la 700Sh D in cazul amestecului de referinta - PP (pp copolimer) la 670ShD in cazul compozitului SiC1 (polipropilena, 1% SIC si 3% PP-g-AM). Se observa ca, in cazul introducerii agentului de cuplare de suprafata reprezentat de PP-g-AM, duritatea amesteculurilor SiC1 – SiC3 scad in intervalul de valorii 67-690ShD, totusi, valorile nu ajung la cifra caracteristica polipropilenei copolimer selectata pentru experimentari PP de 700ShD;

-        Rezistenta la tractiune – creste semnificativ raportat la valoarea de referinta (PP) de la

6.21 N/mm2 la 27-35N/mm2 in cazul compozitului cu 1% carbura de siliciu (SiC1) respectiv 2% carbura de siliciu (SiC2). In cazul compozitelor cu 3 respectiv 4% carbura de siliciu (SiC3 respectiv SiC4) valorile rezistentei inregistreaza scaderii semnificative 22-17 N/mm2 raportate la amestecurile ce contin 1 respectiv 2%. Acest lucru semnifica faptul ca la concentratii mici de carbura de siliciu, precum si prezenta agentului de compatibilizare de 3% PP-g-AM favorizeaza omogenitatea iar tendinta de aglomerare a nanoparticulelor este redusa.

La concentratii mari de nanoparticule de carbura de siliciu obtinerea unei dispersii omogene a materialului de ranforsare in matricea polimerica este dificil de realizat deoarece, marea majoritate a particulelor anorganice sunt liofile, ele se disperseaza greu in masa polimerului nu sunt umectate de catre acestia, iar adeziunea polimer-material de ranforsare este redusa.  

  Pentru a imbunatatii compatibilitatea polimer-nanoparticule la concentratii mari este necesara acoperirea acestora cu un strat de polimer monopolimerizabil, avand ca efect reducerea coeficientilor de dilatare termica si implicit o mai buna adeziune la interfata polimer-material dispers.

-           Au fost de asemenea determinati indicii de fluidate si densitatile pentru toate cele 18 variante de compozite polimerice experimentate; In urma analizei valorilor indicilor de curgere si a densitatilor compozitelor polimerice testate, se observa ca, valorile indicilor de fluiditate si densitatile scad pe masura cresterii agentului de cuplare de suprafata reprezentat de PP-g-AM si cresc direct proportional cu cresterea proportiei de agent de armare sau ranforsare. Din analiza valorilor indicilor de curgere specifici probelor experimentate din compozite polimerice pe baza de polipropilena armata cu fibre de sticla tratate si ranforsata cu nanoparticule de carbura de siliciu, in prezenta agentului de cuplare de suprafata – PP-g-AM, se pot stabili parametrii de prelucrare in produse finite prin injectie in matrite cum ar fi: temperatura de injectie, timpul de injectie, presiunea de injectie si viteza de rotatie a snecului.

-            S-a elaborat specificatia tehnica pentru cele doua tipuri de compozite realizate, pe baza de polipropilena armata cu proportii variate de fibre tratate si proportii variate de agent de cuplare, precum si cele pe baza de polipropilena cu cantitati variate de nanoparticule de carbura de siliciu.

Stabilirea parametrilor tehnologici optimi pentru obţinerea materiale compozite pe bază de polimer aditivat cu nanotuburi de carbon şi montmorilonit a constat în stabilirea metodei de procesare a compozitelor pe bază de polipropilenă. Astfel, comparând epruvetele de polipropilenă obţinute prin extrudare urmată de injecţie cu cele obţinute prin presare urmată de tăiere mecanică, în cazul testării la flexiune, rezistenţa nu prezintă diferenţe notabile, iar în cazul tensiunii maxime la tracţiune, probele obţinute prin extrudare au prezentat o valoare mai ridicată decât în cazul celor obţinute prin presare. In cazul modulelor Young, atât la flexiune, cât şi la tracţiune, probele de PP obţinute prin presare au prezentat valori cu aproximativ 400 MPa mai ridicate decât cele obţinute prin extrudare, fapt ce se poate datora procesării acestor compozite la presiune foarte ridicate (de 600 kN), ceea ce le conferă un plus de rigiditate materialelor.

Rezultatele testelor asupra epruvetelor martor sunt promiţătoare în acest sens, însă pentru obţinerea de nanocompozite pe bază de polipropilenă aditivată cu nanotuburi de carbon, respectiv montmorillonite rămâne în continuare o provocare majoră şi anume obţinerea unui amestec omogen între polimer şi pulberea nanometrică, lucru foarte greu de obţinut prin amestecarea componentelor mecanic anterior presării.

  In ceea ce priveşte compozitele laminate, sunt necesare cercetări ulterioare care să definitiveze tehnologia optima pentru obţinerea variantelor de produs. Principalele piedici în cazul procesului de obţinere a unui laminat optim sunt topirea uniformă a polimerului în vederea obţinerii unei impregnări uniforme la interfaţa polimer-fibră, cu menţinerea însă a formei plăcii de polimer. Cercetările viitoare vor lua în considerare posibilitatea utilizării unei matriţe pentru a avea un control riguros asupra grosimii compozitului, dar şi asupra materialelor componente supuse temperaturii.

Rezultatele caracterizării mecanice a compozitelor au fost în concordanţă cu rezultatele stabilităţii termice. Au fost realizate compozite pe bază de polimer şi nanopulberi de nanotuburi de carbon respectiv silicaţi stratificaţi de tipul montmorillonitului.

Astfel în cazul compozitelor pe bază de polipropilenă (PP), au fost realizate nanocompozite cu procente masice de 4% Cloisite 30 B, 4% MWCNT-COOH si 2% MWCNT-COOH şi s-au concluzionat următoarele:

-         In cazul materialelor cu adaosuri de 2% MWCNT-COOH testate la tracţiune se observă o îmbunătăţire cu un procent de 7% in cazul rezistenţei, respectiv 11% in cazul modulului de elasticitate faţă de probele de PP martor.

-         Materialele aditivate cu 4% Cloisite 30B au prezentat creştere cu 2% in cazul rezistenţei, respectiv 3,5 % in cazul modulului de elasticitate la tracţiune faţa de probele martor

-         Nanocompozitele cu 2% MWCNT-COOH testate la flexiune au prezentat o îmbunătăţire cu un procent ce depăşeşte 7% în cazul rezistenţei, respectiv 6 % in cazul modulului la flexiune in comparaţie cu probele martor de PP.

-         Materialele aditivate cu 4% Cloisite 30B au prezentat o creştere cu un procent ce depăşeşte 2% in cazul rezistenţei, respectiv aproximativ 4% in cazul modulului la flexiune, comparativ cu probele martor. .

-         In ceea ce priveşte compozitele cu adaos de 4% MWCNT-COOH, rezultatele obţinute au fost negative în comparatie cu epruvetele din polipropilenă martor, fapt ce se poate datora procentului mai mare de nanotuburi şi modului de procesare, care presupune amestecarea mecanică în extruderul dublu snec.

-         Datorită dimensiunilor nanometrice a nanotuburilor de carbon, acestea au o tendinta accentuată de aglomerare, fapt ce necesită amestecarea ultrasonică pentru obţinerea unei bune dispersii a acestora în polimer, metodă ce presupune dizolvarea polimerului într-un solvent în vederea dispersării.

 

Testările mecanice au fost completate de evaluarea stabilităţii termice a compozitelor, rezultatele fiind în concordanţă. Astfel, cele mai bune rezultate au fost sesizate în cazul compozitelor cu 2% MWCNT-COOH, unde s-a observat o creştere a temperaturii de deflecţie până la 69,2°C, urmate de compozitele cu Cloisite 30B pentru care temperatură de deflecţie nu a prezentat diferenţe semnificative comparativ cu PP martor, lucru aşteptat de altfel având in vedere rezultatele mecanice obţinute în cazul acestor compozite. In final, cele mai slabe rezultate au fost observate în cazul stabilităţii termice tot pentru compozitele cu 4% nanotuburi de carbon, unde se observă o scădere cu 1,5°C.

S-a făcut de asemenea o trecere în revistă a rezultatelor obţinute pentru probele pe bază de poliamidă realizate în etapa precendentă, în vederea sublinierii concordanţei cu stabilitatea termică în ceea ce priveşte efectele nanopulberilor. Astfel, s-a observat că în cazul compozitelor pe bază de poliamidă, aditivarea cu Cloisite 30B în procent de 4% a condus la o creştere a temperaturii de deflecţie de la 73,9°C la 78,6°C, în timp ce în cazul compozitelor pe bază de nanotuburi de carbon (în procent de 2%), stabilitatea termică a scăzut considerabil prezentând o valoare sub 60°C. Compozitele pe bază de PA6/CNT au prezentat de asemenea proprietăţi mecanice uneori chiar sub performanţele PA6 martor.

A fost realizată de asemenea evaluarea performanţelor în ceea ce priveşte stabilitatea termică a laminatului pe bază de 3 folii de PA6 si 2 pânze de fibră de carbon pentru care s-a observat o creştere de aproximativ 3°C, care în comparaţie cu îmbunătăţirea caracteristicilor mecanice la tracţiune obţinute în cazul acestui compozit, poate fi considerată nesemnificativă. Explicaţia constă în faptul că fibrele de carbon fiind situate în interiorul compozitului, deci în apropierea axei de simetrie a secţiunii epruvetei au o influenţă redusă asupra momentului de inerţie al epruvetei şi implicit asupra rezistenţei mecanice şi al săgeţii (flexiunea) în centrul epruvetei.

In ceea ce priveşte compozitele ranforsate cu fibră de carbon, a fost realizat un compozit cu matrice din polipropilenă şi ranforsare cu 2 pânze din ţesătură de fibră de carbon în care proporţia fibră/matrice este de 40/60 volumetric, în care polimerul impregnează complet fibra şi un laminat constând în 3 folii de PP si 2 pânze de fibră de carbon, în care impregnarea cu polimer este realizată doar la interfaţă. Caracteristicile mecanice la tracţiune au fost comparate cu cele ale polimerului martor şi s-a observat că în cazul laminatului rezistenţa a crescut cu aproape 80%, iar modulul Young cu aproximativ 55% faţă de PP martor. In cazul compozitului cu fibră de carbon impregnată complet cu polimer, rezultate au fost excelente, observându-se o creştere de aproximativ 640% a rezistentei si de aproximativ 674% a modulului Young.

Referitor la compozitele laminate, definitivarea tehnologiei necesită cercetări ulterioare în vederea obţinerii unor variante optime de produs. Principalele piedici în cazul procesului de obţinere a unui laminat optim sunt topirea uniformă a polimerului în vederea obţinerii unei impregnări uniforme la interfaţa polimer-fibră, cu menţinerea însă a formei plăcii de polimer.

În concluzie, au fost realizate integral activităţile şi obiectivele propuse, s-au realizat peste 20 de modele experimentale de materiale compozite, au fost acceptate două articole spre publicare şi este în etapa de recenzie o a treia lucrare şi s-a participat la 3 conferinţe internaţionale. Pe baza datelor existente, există premisele depunerii în viitorul apropiat a unei cereri de brevet de invenţie şi se doreşte publicarea unor articole, pe baza dateleor obţinute în etapa cureenta. Pe baza rezultatelor, există toate premisele ca aceste materiale să poată fi valoriifcate în viitor în diverse domenii high-tech.