Lokális deformációs folyamatok PA6/rétegszilikát nanokompozitokban

1. Lokális deformációs folyamatok PA6/rétegszilikátnanokompozitokban Móczó János 2011. december 13. BME FKAT Műanyag- és Gumiipari Laboratórium

2. Tartalom • Bevezetés • Mintakészítés, vizsgálati módszerek • Szerkezet • Mechanikai jellemzők • Térfogati deformáció • Akusztikus emisszió • Következtetések • Köszönetnyilvánítás

3. Bevezetés – definíciók, alkalmazások

4. Bevezetés – Előnyök, alkalmazások • Előnyök: • nagy merevség • nagy szilárdság • nagy hőalaktartóság (HDT) • rossz éghetőség • javuló gázzárási tulajdonságok • erősítés kis töltőanyag tartalomnál Valóság: A tulajdonságok elmaradnak a várttól! Kojima, Y. et al.J. Polym. Sci., Polym. Chem. A31, 983 (1993)

5. Bevezetés – Lokális deformációk • plasztikus deformáció • kavitáció • mikroméretű üregek képződése a kötegekben • szakadás • kinyílás • csúszás • a részecskék törése • határfelületi tönkremenetel • határfelületek elválása szemcse törése határfelületek elválása Mikromechanikai deformációs folyamatok és a tönkremenetela nem exfoliálódott egységeken indul meg (szemcsék, taktoidok). Kim G.-M. et al.,R., Polymer42, 1095-1100 (2001) Gloaguen, J.M., Lefebvre, J.M., Polymer42, 5841-5847 (2001) Renner, K. et al. Polym. Eng. Sci.47, 1235-1245 (2007)

6. Kísérleti rész • Felhasznált anyagok: • Polimer: PA6 (Domamid 27) • Rétegszilikát: NaMMT, ammónium sóval és foszfónium sóval felületkezelt OMMT (NoMMT, PoMMT) – összetétel: 0-7 vol% • Homogenizálás: kétcsigás extruder, fröccsöntés • Vizsgálati módszerek: • Szerkezet jellemzése: WAXS, SEM, TEM, reológia • Szakítóvizsgálatok • Mikromechanikai vizsgálatok: • Térfogati deformáció (VOLS) • Akusztikus emisszió (AE)

7. Eredmények– Szerkezet (WAXS, TEM) NaMMT NoMMT PoMMT Egyértelmű szerkezeti változások, a kompozitok szerkezete összetett, interkalált egységek és egyedi lemezek is megfigyelhetőek.

8. Eredmények– Szerkezet (SEM, reológia) NaMMT NoMMT PoMMT Nagy, lebomlatlan szilikát szemcsék továbbra is jelen vannak. A komplex viszkozitás növekedése háló szerkezet kialakulására, valamint exfóliáció bekövetkezésére utal.

9. Eredmények– Mechanika Az eltérő rétegszerkezet különböző mértékű exfóliációt eredményez, a foszfónium sóval felületkezelt rétegszilikát nagyobb erősítőhatást fejt ki.

10. Eredmények– Modell számítás Két tényező határozza meg az erősítőhatás mértékét: az érintkező felületek nagysága és a kölcsönhatás erőssége. Az első az exfóliáció mértékével nő, míg utóbbi a felületkezelés hatására csökken.

11. Eredmények– Térfogati deformáció 7vol% NoMMT Poliamidban és a kompozitban is nagy valószínűséggel kavitáció játszódik le. A szilikát jelenléte valószínűleg nem iniciál újabb térfogat növekedéssel járó folyamatot.

12. Eredmények– Térfogati deformáció A szilikát jelenléte befolyásolja a folyamatot, a NaMMT gátolja, míg a kezelt szilikátok elősegítik a térfogat növekedést. A szilikátok eltérő hatása eltérő felületi energiájukkal magyarázható. A kavitáció már viszonylag kis feszültségnél lejátszódik.

13. Eredmények– Akusztikus emisszió 0,5 vol% NaMMT Az akusztikus események száma NaMMT jelenlétében jelentősen megnő, a szilikát tartalom növelésével az aktivitás tovább nő. A lejátszódó deformációs folyamat feltehetően nem jár térfogat növekedéssel.

14. Eredmények– Akusztikus emisszió 1,5 vol%PoMMT A felületkezelt szilikátok esetében a kompozit és a mátrix polimer közel hasonló akusztikus aktivitású.

15. Eredmények– Akusztikus emisszió Szoros összefüggés a szerkezettel; a hangképződéssel járó deformációs folyamat a szilikát szemcsékhez köthető. NaMMT esetében elképzelhető, hogy eltérő deformációs folyamat játszódik le, mint a kezelt szilikátok esetében.

16. Eredmények– Akusztikus emisszió A térfogati deformációt, illetve az akusztikus jeleket eredményező folyamatok egymástól függetlenek. A térfogat növekedést eredményező deformációs folyamat nem okoz akusztikus aktivitást.

17. Eredmények– Jellemző feszültségek Különböző feszültség értékeknél eltérő folyamatok indulnak, a folyamatok egymástól függetlenek. A szilikát típusa az egyes folyamatokat kisebb vagy nagyobb mértékben befolyásolja.

18. Eredmények– Deformációs folyamatok 3vol% NaMMT 5vol%NoMMT NaMMT: szemcsék, aggregátumok törése; határfelületek elválása; kavitáció Felületkezelt szilikátok: kevesebb szemcse, kevesebb törött részecske; kiterjedt kavitáció

19. Eredmények– Összefoglalás A kompozit tulajdonságait elsősorban nem a rétegszilikát szemcsékhez köthető deformációs folyamatok, hanem a mátrix polimer plasztikus deformációja határozza meg.

20. Következtetések • PA6/rétegszilikát nanokompozitokban több deformációs folyamat is lejátszódik • mátrix kavitáció • mátrix plasztikus deformáció • a nem exfoliálódott szerkezeti elemek törése. • határfelületek elválása • A lokális deformációs folyamatok függetlenek egymástól. • A kompozitok tulajdonságait nem a szilikát jelenlétéhez köthető folyamatok határozzák meg, hanem elsősorban a mátrix plastikus deformációja. • A rétegszilikát felületkezelése módosítja a folyamatokat. • A jó tulajdonságok eléréséhez az exfoliáció és a határfelületi adhézió megfelelő kombinációja szükséges.

21. Köszönöm a figyelmet!