Lider merytoryczny Prof. dr hab. inż. Henryk Galina (PRz) Instytucje partnerskie w zadaniu

ZB 6Materiały kompozytowe o zwiększonej wytrzymałości

i odporności termicznej z wykorzystaniem żywic polimerowych

do zastosowań w lotnictwie

Lider merytorycznyProf. dr hab. inż. Henryk Galina (PRz)

Instytucje partnerskie w zadaniuPRz, PW, PL

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW 28 – 29 Czerwca 2010 r.UNIA EUROPEJSKA

EUROPEJSKI FUNDUSZROZWOJU REGIONALNEGO

I i II kwartał 2010

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych


UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Zespół PRz1. Uruchomienie laboratorium analizy termicznej i reaktywności polimerów.

Adaptacja pomieszczenia (H-25a) i zakup oraz wytworzenie nowego wyposażenia aparaturowego:

• Analizator DMA (pomiar modułów w zakresie temp. -150 do 500°C i częstotliwości 0,001-1000 Hz , w zakresie siły 0,005-40 N• Aparat do pomiaru granicznego indeksu tlenowego materiałów (LOI).• Aparat do badanie reaktywności żywic chemoutwardzalnych (żeltimer).• Zestaw do pomiaru palności tworzyw i kompozytów polimerowych wg

normy.2. Synteza efektywnych napełniaczy uniepalniających - modyfikacja

montmoryllonitów solami amoniowymi i fosfoniowymi – zadanie w realizacji.3. Wytwarzanie kompozytów żywic epoksydowych o zmniejszonej palności –

dobór składów, metod utwardzania, określenie właściwości termomechanicznych i ich przydatności tych produktów – zadania w realizacji.

4. Synteza nowych typów monomerów epoksydowych, w tym monomerów o właściwościach ciekłokrystalicznych do specjalnych zastosowań jako elementy systemów przechowywania informacji, w wysoko zawansowanej elektrooptyce (w tym w awionice), jako elementy pamięci optycznej, filtry optyczne i polaryzatory oraz w optyce nieliniowej, jako fazy stacjonarne w chromatografii gazowej – nowe typy monomerów są przedmiotem badań.





Na podstawie termogramów DMA można:• wyznaczyć moduł sprężystości wzdłużnej (moduł Younga) i moduł

sprężystości poprzecznej (moduł Kirchhoffa), moduł ściskania• określić charakterystykę tłumienia i zachowania lepkosprężystego,• określić strukturę i morfologię polimerów oraz kompozytów,• scharakteryzować odkształcenie plastyczne i relaksację naprężeń,• wyznaczyć temperaturę przejścia szklistego i innych przejść fazowych.

Aparat wyposażony jest w następujące uchwyty (tryby obciążeń): • ścinanie,• rozciąganie,• ściskanie,• zginanie 3-punktowe.

Typ próbki Rodzaj pomiaru Typowe wymiary próbki Typowe parametry pomiaru

termoplasty,guma ścinanie średnica: 4-6 mm

grubość: 1-2 mmmaks. amplituda siła: 5-15 Nmaks. odkształcenia: 3-10 μm

kompozyty, ceramika, metale

3-punktowe zginanie

długość: 6-10 cmszerokość: 4-8 mmgrubość: 1-3 mm

maks. amplituda siła: 1-5 Nmaks. odkształcenia: 60 μm

film polimerowy rozciąganie

długość: 10,5 mmszerokość: 3-8 mmgrubość: 10-100 μm

maks. amplituda siła: 0,1-1 Nmaks. odkształcenia: 10-100 μm





• Synteza efektywnych napełniaczy uniepalniających - modyfikacja montmoryllonitów solami amoniowymi i fosfoniowymi – zadanie w realizacji.Prace koncentrują się na badaniach: • procedurach (technologii) hydrofobizacji naturalnych glinokrzemianów

warstwowych• kompatybilności z żywicami (interkalacja, eksfoliacja)• wpływem obecności nanonapełniaczy na reaktywność żywic

• Wytwarzanie kompozytów żywic epoksydowych o zmniejszonej palności – zadanie w realizacji. Prace koncentrują się na • stosowaniu różnych dodatków zawierających azot, fosfor i/lub krzem • badaniu zmian właściwości żywic epoksydowych zawierających dodatki

(optymalizacja zawartości modyfikatorów, metod utwardzania i badania właściwości mechanicznych i przetwórczych)





+

- MX

d ~ 3,2 – 4,0 nm

d ~ 0,9-1,2 nm P+

R1

R4

R2

R3

X-

n

N+

R1

R4

R2

R3

X-

n

sole amoniowe

sole fosfoniowe

Modyfikacja naturalnych glinokrzemianów warstwowychczwartorządowymi solami amoniowymi i fosfoniowymi





Wygląd próbek po oznaczeniu zapalności kompozytów EP z modyfikowanymi QAS bentonitami: SN (BSNQAS) i

Special (BSQAS)





Najważniejsze typy innych dodatków:

RSi

O

SiO

Si

O

SiO

Si

O

SiO

Si

O

SiO

O

OO

O

R

R

R

R R

R

R

CH3 Si

CH3

CH3

O Si O

CH3

CH2

Si

CH3

O

CH2

CH2

CH2

Si

CH3

O

CH3

O CH2 CH CH2

O

CH2 CH2 O CH2CH2 O CH3

Si

CH3

CH3

CH3

yx

7

z

Si O

CH3

CH3

CHCH2O(CH2)3

OSi

CH3

CH3

CH2(CH2)3OCH2CHO

CH2

P

O

Tlenek trifenylofosfiny

OH O P

O

CH3

O O P

O

CH3

O OH

n

Fyrol PMP

krzemowepolisiloksany i silseskwioksany fosforowe

tlenki i uwodnione tlenki glinu(partnerzy z PW)





• Synteza nowych typów monomerów epoksydowych, w tym monomerów o właściwościach ciekłokrystalicznych do specjalnych zastosowań jako elementy systemów przechowywania informacji, w wysoko zawansowanej elektrooptyce (w tym w awionice), jako elementy pamięci optycznej, filtry optyczne i polaryzatory oraz w optyce nieliniowej, jako fazy stacjonarne w chromatografii gazowej , a także jako elementy inżynierii molekularnej (wymuszanie uporządkowania anizotropowych nanonapełniaczy) – właściwości nowych typów monomerów są przedmiotem badań.

O

O

Oelement sztywny (mezogen)

giętki łącznik (spacer)

reaktywna grupa epoksydowa





• Partnerzy z Politechniki Warszawskiej1. Synteza tetramerów aniliny. Wykorzystywano dwie drogi otrzymywania

Zasadniczy wniosek: Tertramery aniliny tworzą formę przewodzącą i mogą być wykorzystywane do tworzenia kompozytów z żywicami epoksydowymi.

2. Optymalizacja procesu syntezy warstw organicznych fosforanów glinu na powierzchni bemitu i wodorotlenku glinu. Mogą one znaleźć zastosowanie kompatybilizatory nieorganicznych uniepalniaczy z klasycznymi matrycami polimerowymi.

NH NH NH NH2 NH NH NH NH2NH2

Zdjęcia SEM Al[O2P(OBu)2]3





• Partnerzy z Politechniki Lubelskiejwchodzą do zadania ZB6 w III kw. 2010 r.

Dane do wskaźników realizacji celów projektu








• Publikacje: 6

1.M. Oleksy, M. Heneczkowski, H. Galina: Zastosowanie IV-rz. soli amoniowych do modyfikacji bentonitów stosowanych jako napełniacze kompozytów, w tym kompozytów w tym kompozytów dla lotnictwa, złożona do publikacji w czasopiśmie Przemysł Chemiczny, 2010, 89(11),2.Mossety-Leszczak B., Włodarska M., Galina H.: Ciekłokrystaliczne żywice epoksydowe i ich zastosowania, opublikowane w materiałach konferencji Pomerania-Plast 2010, (pod red. T. Spychaj), wyd. ZUT, Szczecin 2010,3.Oleksy M., Heneczkowski M., Galina H., Budzik G.: Kompozyty polimerów chemoutwardzalnych i termoplastycznych z dodatkiem Nanobentów ZR1 i ZR2, opublikowane w materiałach konferencji Pomerania-Plast 2010, (pod red. T. Spychaj), wyd. ZUT, Szczecin 2010, 4.M. Oleksy, M. Heneczkowski, B. Mossety-Leszczak, H. Galina: Uniepalnione kompozyty żywicy epoksydowej z dodatkiem modyfikowanych bentonitów stosowane w przemyśle lotniczym przygotowana do opublikowania w czasopiśmie Polimery (zamówienie redakcji)5. M. Oleksy, G. Budzik: Nanokompozyty na osnowie żywic chemoutwardzalnych stosowane w technologii odlewania próżniowego przygotowana do opublikowania w czasopiśmie Archiwum Mechaniki Stosowanej6. M. Oleksy, G. Budzik: Nanokompozyty żywicy epoksydowej stosowane w przemyśle lotniczym przygotowana do opublikowania czasopiśmie Polimery

• Zgłoszenia patentowe : 0

• Udział studentów / doktorantów / innych wykonawców (liczbowo): 6 studentów, 1 doktorant (tylko 2010 r.)





• Prace na tytuł/stopień: 6Prace magisterskie obronione (złożone):

1.Maciej Popławski: Hybrydowe kompozyty polimerów syntetycznych (opiekun: dr inż. Mariusz Oleksy),2.Rafał Oliwa: Kompozyty polimerów syntetycznych z modyfikowanymi bentonitami, (opiekun: dr inż. Mariusz Oleksy),3.Alicja Kudła: Otrzymywanie ciekłokrystalicznych monomerów monoepoksydowych (opiekun: dr inż. Beata Mossety-Leszczak),4.Jadwiga Kucharska: Synteza prekursorów epoksydowych do otrzymywania polimerów z ugrupo waniami mezogenicznymi w łańcuchach bocznych (opiekun: dr inż. Beata Mossety-Leszczak),5. Paulina Pomykała: Modyfikacja żywic epoksydowych jako matryc kompozytów dla przemysłu lotniczego (opiekun: prof. Henryk Galina),6.Anna Wilkos: Kompozycje epoksydowe zawierające środki zmniejszające palność (opiekun: prof. Henryk Galina).

• Prace inżynierskie planowane: 4• Prace magisterskie planowane: 6

Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej




Podjęto współpracę z trzema partnerami przemysłowymi zainteresowanymi prowadzonymi przez nas badaniami:

•PZL- Świdnik S.A.– użytkownik żywic i producent elementów konstrukcyjnych z kompozytów•PZL Mielec – użytkownik żywic i producent elementów konstrukcyjnych z kompozytów•ZCh Organika-Sarzyna S.A. Grupa Ciech – jedyny w Polsce wytwórca żywic epoksydowych (ostatnio wdrożono nową technologię wytwarzania żywic ciekłych o wysokiej jakości).

Główne wnioskiINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI



• Kierunek przyjętych poszukiwań był trafny; możliwości modyfikacji żywic epoksydowych, podstawowego typu matrycy kompozytów dla przemysłu lotniczego są nieograniczone, a możliwości poprawy odporności na palenie (bez stosowania halogenów i związków antymonu) oraz podwyższenia ich odporności termicznej są znaczne.

• W dalszych badaniach należy podjąć zadania optymalizacji składu żywic z udziałem wybranych dodatków, pod kątem ich przetwarzalności przy dobrych zachowaniu właściwości wytrzymałościowych i adhezyjnych.

• Badania przebiegają zgodnie z planem. Zarówno cele cząstkowe, jak i wskaźniki są osiągane.

Documents

Lider merytoryczny Prof. dr hab. inż. Henryk Galina (PRz) Instytucje partnerskie w zadaniu