0

Príspevok sa zaoberá testovaním materiálu vyrobeného z termoplastu – polyvinylbutyralu, ktorý je vystužený aramidovými a uhlíkovými vláknami. Mechanické vlastnosti materiálu boli testované podľa normy DINEN ISO527-1. Dôležitou vlastnosťou týchto vlákien je zvyšovanie pevnosti kompozitných materiálov. Materiály vyrobené z druhotnej suroviny, ktorou je recyklovaný polyvinylbutyral a vystužené anorganickými vláknami dávajú rôzne možnosti ich aplikácie v jednotlivých oblastiach priemyslu.

Kompozitné materiály sú vo všeobecnosti tvorené z dvoch alebo viacerých chemicky rozdielnych zložiek. Minimálne jedna zo zložiek je označovaná ako matrica (z angl. „matrix“) a je kontinuálna. Druhá zložka je v matrici dispergovaná a označuje sa ako plnivo (z angl. „filler“). Môžeme teda povedať, že kompozitné materiály sú heterogénne, heterofázové (dvoj-, alebo viacfázové) systémy.

Matrica kompozitných materiálov môže byť:

  • Polymérna (reaktoplastická alebo termoplastická),
  • kovová,
  • sklenená,
  • sklokeramická,
  • keramická,
  • uhlíková.

Najčastejšie používané vlákna do rôznych druhov matríc sú nasledujúce:

  • Sklenené,
  • uhlíkové,
  • polymérne,
  • proteinové,
  • borové,
  • keramické,
  • kovové.

V príspevku sa budeme venovať termoplastickej matrici, ktorá je vystužená aramidovými a uhlíkovými vláknami.

Použitý materiál a charakteristika merania

Na prípravu testovaného materiálu bol použitý polyvinylbutyral (PVB), ako základ termoplastickej matrice. Na obr. 1 je znázornený recyklovaný PVB vo forme vločiek, ktorý dostaneme po recyklácii autoskiel, kde tvorí bezpečnostnú fóliu. Na prípravu kompozitu bolo použité kontinuálne miešanie jednotlivých zmesí. Na kontinuálne miešanie polymérov sa v moderných technologických linkách využívajú dvojzávitovkové miešacie zariadenia. Termoplasty sa takmer výlučne pripravujú na dvojzávitovkových zariadeniach, menej náročné miešania na jednozávitovkových zariadeniach so zaradenými hnetacími a miešacími elementmi.

 1
Obr. 1.: Recyklovaný polyvinylbutyral 

Aramidové vlákna majú rozsiahle využitie pri zvyšovaní pevnosti kompozitných materiálov, kde sa často kombinujú predovštkým s uhlíkovými vláknami.

Priebeh merania a výsledky

Príprava vzoriek na ťahovú skúšku prebiehala v hnetacom stroji, kde pri teplote 150 °C a kontinuálnom miešaní sa termoplastický materiál – polyvinylbyutyral – premiešal. Polyvinylbutyral bol dodaný vo forme vločiek po recyklácii autoskiel. Po zhomogenizovaní v termoplastickej matrici prebiehal proces lisovania v lisovacom stroji. Ťahová skúška prebiehala podľa normy DIN EN ISO 527-1. Skúšobné vzorky pre jednotlivé vlákna obsiahnuté v termoplastickej matrici v rámci ťahovej skúšky boli zamerané na zistenie základných ťahových charakteristík, ktorými sú pomerné predĺženie, E-modul a pevnosti v ťahu. V nasledujúcej tab. 1 sú výsledky meraní ťahovej skúšky.

 2
Tab. 1.: Ťahové charakteristiky pre termoplastický materiál vystužený aramidovými a uhlíkovými vláknami 

 

Nasledujúci obrázok č. 2. ukazuje uloženie aramidového (vľavo) a uhlíkového vlákna (vpravo) v termoplastickej matrici po vylisovaní.

3 
 Obr. 2.: Aramidové a uhlíkové vlákno v termoplastickej matraci

 

Záver

Testovaním aramidových a uhlíkových vlákien v termoplastickej polyvinylbutyralovej matrici sa zistili nasledujúce ťahové charakteristiky:

  • Pevnosť v ťahu (σmax) v termoplastickej matrici je pre aramidové vlákna je 393,60 MPa a pre uhlíkové vlákna 134,30 Mpa.
  • E-modul v termoplastickej matrici má hodnotu aramidového vlákna 15 026,00 MPa a hodnota uhlíkových vlákien je 8 752,00 MPa.
  • Porovnaním pomerného predĺženia pre aramidové a uhlíkové vlákno v termoplastickej matrici je pre aramidové vlákna 2,25 % a pre uhlíkové vlákna 1,22 %.
  • Aramidové vlákna v polyvinylbutyralovej matrici vykazujú vyššie hodnoty, čo znamená aj ich vyššiu využiteľnosť hlavne v automobilovom a stavebnom priemysle. Ani uhlíkové vlákna však svojimi hodnotami nie sú zanedbateľné.

TEXT/FOTO ING. LUCIA KNAPČÍKOVÁ, PHD., FAKULTA VÝROBNÝCH TECHNOLÓGIÍ, PREŠOV, TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH