Poliamid 6 mátrixú, halloysittel és bazaltszállal erősített nano- és hibridkompozitok húzási jellemzőinek modellezése

Modeling the tensile properties of halloysite and basalt fiber reinforced polyamide 6 nano- and hybrid composites

Authors

  • Ádám BEZERÉDI
  • Roland PETRÉNY
  • László MÉSZÁROS

Keywords:

nanocomposite, hybrid composite, basalt fiber, halloysite, fiber bundle cell theory, /, poliamid, nanokompozit, hibridkompozit, bazaltszál, halloysit

Abstract

Polyamide 6 (PA6) – due to its excellent thermal and chemical resistant properties – is a commonly used engineering plastic, e.g., in the automotive industry as the material of gears, bearings, and other engine compartment parts [1,2]. Despite the great nature of this semi-crystalline polymer, we strive to improve certain mechanical properties of PA6 by producing composites using reinforcing materials. An applicable method is by using nanoparticles – in our case, halloysite nanotubes (HNT) – which have a high surface/volume ratio, so there is a large surface for the adhesion between the matrix and the reinforcing material to be formed [3]. Applying both HNT and basalt fiber (BF) helps to distribute the nanotubes in the composite [4]. Mechanical design is essential for practical applicability. In order to achieve this, the fiber bundle cell theory was applied, which provides a link between the microstructure and macroscopic mechanical properties of PA6 matrix, HNT, and BF-reinforced hybrid composites.

 

Kivonat

A poliamid 6 (PA6) kiváló mechanikai és termikus, valamint vegyszerállósági tulajdonságainak köszönhetően többek között a járműiparban is gyakran alkalmazott műszaki műanyag, mind fogaskerekek és csapágyak, mind motortéri alkatrészek alapanyagaként [1,2]. Ezen részben kristályos polimer kiváló tulajdonságainak ellenére törekszünk kompozitok előállítása révén tovább javítani a PA6 egyes mechanikai jellemzőit, erősítőanyagok használatával. Ennek egyik módja a nanorészecskék – esetünkben halloysit nanocsövek (HNT) – alkalmazása, amelyek nagy felület-térfogat aránnyal rendelkeznek, így nagy a mátrixanyaggal kialakuló kapcsolatra alkalmas felület [3]. A HNT mellett bazaltszál (BF) alkalmazása segíti a nanocsövek eloszlatását az így létrehozott hibridkompozitban [4]. A gyakorlati alkalmazhatósághoz elengedhetetlen a mechanikai tervezhetőség. Ennek eléréséhez a szálkötegcella elméletet alkalmaztuk, amely kapcsolatot teremt a PA6 mátrixú, HNT és BF erősítésű hibridkompozitok mikroszerkezete és a makroszkopikus mechanikai tulajdonságai között.

References

Biron, M.: Thermoplastic Composites, Thermoplastics and Thermoplastic Composites; Elsevier, (2018); pp. 821–882.

Suresha, B.; Halliyavar, D. N.: Effects of Basalt Fiber and Zirconia Loading on Physico-Mechanical Behavior of PA66/HDPE Blend Composites. Materials Today: Proceedings, , 1442–1451 (2018).

Jasinski, E.; Bounor-Legaré, V.; Taguet, A.; Beyou, E.: Influence of halloysite nanotubes onto the fire properties of polymer based composites: A review. Polym Degrad Stab (2021), 183.

Halász I. Z.; Hajdu S. M.; Bárány T.; Karger-Kocsis J.: Újfajta nanoerősítőanyagokkal töltött elasztomer-mátrixú nanokompozitok. Polimerek, , 170–174 (2016).

Czvikovszky T.; Nagy P.; Gaál J.: A polimertechnika alapjai, Műegyetemi Kiadó: Budapest, (2007).

Griger B. Gy.; Nyári Sz.; Sántha P.; Tamás-Bényei P.: Bazaltszálas polimer kompozitok hőpajzsként történő alkalmazhatóságának elemzése. Polimerek, , 302–308 (2021).

Petrény, R.; Almásy, L.; Mészáros, L.: Investigation of the interphase structure in polyamide 6–matrix, multi-scale composites. Composites Science and Technology, 225, 109489 (2022). http://doi:https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109489.

Horváth A; Petrény R; Mészáros L; Vas L: A szálkötegcella-elmélet alkalmazása szénszállal és szén nanocsővel erősített PLA kompozitok szerkezeti modellezésére. Polimerek, , 259–264 (2022).

Vas, L. M.; Göktepe, F.; Tamás, P.; Halász, M.; Palicska, L. K.: Fiber-bundle-cells model of tensile testing fabric samples. 4th ITMC LILLE METROPOLE 2013 INTERNATIONAL CONFERENCE, October 9-11, 2013, ENSAIT, Roubaix, FRANCE, 2013.

Fornes, T. D.; Paul, D. R.: Crystallization behavior of nylon 6 nanocomposites. Polymer, 44, 3945–3961 (2003). http://doi:10.1016/S0032-3861(03)00344-6.

Horváth A., A mikroszerkezet és mechanikai tulajdonságok közötti összefüggések vizsgálata szénszállal és szén nanocsővel erősített politejsav kompozitokban, diplomamunka, Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 2022.

Downloads

Published

2023-04-25