PRZETWÓRSTWO TWORZYW

PRZETWÓRSTWO TWORZYW

Rada Programowa:

Wydawca:

Redaguje zespół

Adres Redakcji:

Czasopismo naukowo-techniczne.Ukazuje się od 1994 r.Czasopismo publikuje artykuły recenzowane.

Przewodniczący:Prof. zw. dr hab. inż. Robert Sikora,Politechnika Lubelska

Członkowie:• Prof. dr hab. inż. Marek Bieliński,

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczyw Bydgoszczy

r hab. inż. Elżbieta Bociąga,Politechnika Częstochowska

r hab. inż. Jarosław Diakun,Politechnika KoszalińskaProf. dr hab. inż. Józef Flizikowski,

w Bydgoszczy

r hab. inż. Janusz W. Sikora,Politechnika LubelskaDr inż. Joachim Stasiek,

r hab. inż. Tomasz Sterzyński,Politechnika PoznańskaProf. zw. dr hab. inż. Marian Żenkiewicz,

:

•

• Prof. d

• Dr Krzysztof Bortel, Instytut InżynieriiMateriałów Polimerowych i Barwnikóww Toruniu, Oddział w Gliwicach

• Prof. d

•Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy

•

•

• Prof. d

• Instytut InżynieriiMateriałów Polimerowych i Barwnikóww Toruniu

• Prof. d

•Uniwersytet Kazimierza Wielkiegow Bydgoszczy

Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowychi Barwników w Toruniu

Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowychi Barwników w Toruniu,

@impib.pl, [email protected]

87-100 Toruń, ul. M. Skłodowskiej-Curie 55Tel./fax: 56 / 650-03-33e-mail: [email protected]

Redaktor Naczelny: mgr inż. Henryk Tomanek

Kolportaż: Bogumiła Klimczyk

44-101 Gliwice, ul. Chorzowska 50 Atel.: 32/231-90-41, fax: 32/231-26-74e-mail: h.tomanek

Czasopismo punktowane, notowanena ogólnokrajowej liście „B” MNiSzW.Wersja drukowana jest podstawową(referencyjną) wersją czasopisma.

Z-ca Red. Naczelnego: mgr inż. Błażej ChmielnickiRedaktor ds. językowych: mgr Jacek Leszczyński

Oddział Farb i Tworzyw w Gliwicach,

Dr inż. Przemysław Hruszka,Wavin Metalplast–Buk Sp. z o.o.Mgr inż. Janusz Jastrzębski,Basell Orlen Polyolefins, Płock

Nr 1 (151) / 19STYCZEŃ – LUTY 2013 R.

CZASOPISMO NAUKOWO-TECHNICZNEPOŚWIĘCONE PROBLEMOM PRZETWÓRSTWA

TWORZYW POLIMEROWYCH

PRZETWÓRSTWOTWORZYW

POLYMER PROCESSING

Spis treœci

Od Redakcji · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3

Krzysztof DRAGAN, Micha³ STEFANIUK, Andrzej CZULAK, Jaros³aw BIENIAŒ, Micha³ DZIEN-DZIKOWSKI, Andrzej LESKI, Maik GUDE, Werner HUFENBACH – Automated data analysis basedon signal processing for two dimensional NDI data of the composite structures (Automatyczna ana-liza danych z wykorzystaniem cyfrowej analizy obrazu (NDI) struktury kompozytu) · · · · · · · · · · · · 4

Jacek W. KACZMAR, Anna G. DMITRUK – Analiza techniczna i ekonomiczna wytwarzania wyro-bów z tworzyw polimerowych i ze stali · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9

Mateusz KOZIO£, Werner HUFENBACH, Andrzej CZULAK, Agnieszka MA£DACHOWSKA –Ocena aplikacji p³yt z laminatów na bazie wyplatanych preform z w³ókien szklanych wytwarzanychmetod¹ RTM · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 16

Krzysztof LIS, Jan KOSMOL – Application of thermovision techniques in temperature identificationduring the drilling process (Zastosowanie metod termowizyjnych do identyfikacji temperatury wprocesie wiercenia) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 23

Katarzyna NOWICKA, Henryk FIGIEL, Waldemar TOKARZ, El¿bieta SO£TYSIAK, Marta B£A¯E-WICZ – Nanokompozyty magnetyczne dla zastosowañ medycznych· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 27

Izabela OSICA, Karol SZL¥ZAK, Tymoteusz KAP£AN, Mariusz CIERECH, Kamila WRÓBEL,El¿bieta MIERZWIÑSKA-NASTALSKA, Janusz J. BUCKI, Wojciech ŒWIÊSZKOWSKI – Badanieporowatoœci i nasi¹kliwoœci wybranych tworzyw akrylowych stosowanych w protetyce stomatolo-gicznej w wykonawstwie p³yt protez · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 32

Andrzej PUSZ, Ma³gorzata SZYMICZEK – Ocena wp³ywu wybranych parametrów procesu wtryski-wania próbek z poliamidu na pneumatycznej wtryskarce t³okowej na w³asnoœci wytrzyma³oœciowe 37

Maciej ROJEK, Gabriel WRÓBEL, Rudolf BAGSIK, Ma³gorzata SZYMICZEK – Wp³yw stopnia filtra-cji na w³asnoœci wytrzyma³oœciowe trójwarstwowej folii z PET · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 41

Józef STABIK, Monika CHOMIAK – Struktura gradientowego kompozytu epoksydowego z na-pe³niaczem wêglowym · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 46

Z.A. STOTSKO, T.O. STEFANOVYCH – Modelling of abrasive blasting technological modes forcurvilinear surfaces of machine parts · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 54

£ukasz WIERZBICKI – Defektoskopia ultradŸwiêkowa polietylenu · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 58

Gabriel WRÓBEL – Problemy ciêcia materia³ów polimerowych na ploterach tn¹cych · · · · · · · · · · · · · 63

Zbigniew BARTCZAK, Andrzej GA£ÊSKI, Marek KOWALCZUK – Morfologia i w³aœciwoœci mie-szanin polilaktydu z amorficznym poli(hydroksymaœlanem) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 68

Joanna BARTUSIK, Zbigniew BARTCZAK – Krystalizacja folii HDPE/CaCO3 indukowana œcina-niem · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 70

Jerzy MORAWIEC, Miros³aw PLUTA, Ewa PIÓRKOWSKA, Andrzej GA£ÊSKI – Termoformowalnefolie na opakowania z PLA modyfikowanego kopolimerami blokowymi glikolów etylenowego i pro-pylenowego · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 72

Adam GNATOWSKI, Jakub WAWRZYNIAK – Wybrane w³aœciwoœci i struktura PA6 z dodatkiemglinokrzemianu · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 74

Spis rocznika 2012· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 78

Lista Recenzentów · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 84

Przetwórstwo Tworzyw 1 (styczeñ – luty) 2013

2

Od Redakcji

Szanowni Czytelnicy

Mi³o nam poinformowaæ, ¿e rok 2013 bêdzie ju¿ 19 rokiem ukazywania siê naszego cza-sopisma naukowo-technicznego „Przetwórstwo Tworzyw”.

Nowy rok rozpocz¹³ siê ju¿ na dobre, ale pierwszy numer czasopisma nawi¹zuje jeszczedo wydarzeñ roku 2012. Chodzi zw³aszcza o konferencjê naukowo-techniczn¹ „Diagno-styka 2012” tj. II Miêdzynarodow¹ Konferencjê Naukowo-Techniczn¹ „DiagnostykaMateria³ów Polimerowych”, która odby³a siê w dniach 8 – 15 grudnia 2012 w Male (Valdi Sole, W³ochy). Organizatorami tegorocznej edycji konferencji by³y nastêpuj¹ce jed-nostki:— Politechnika Œl¹ska w Gliwicach, Instytut Materia³ów In¿ynierskich i Biomedycz-nych— Ko³o Materia³ów Polimerowych i Metalowych Stowarzyszenia Wychowanków Poli-techniki Œl¹skiej— Instytut In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników w Toruniu – Oddzia³Farb i Tworzyw w Gliwicach.

Honorowym Przewodnicz¹cym Komitetu Naukowego Konferencji „Diagnostyka 2012”w Male zosta³ m. dr h.c. prof. dr hab. in¿. Leszek A. Dobrzañski.

Do g³ównych tematów poruszanych na konferencji nale¿¹ nastêpuj¹ce zagadnienia:• metodyka badañ nieniszcz¹cych, • modyfikacja materia³ów polimerowych, • progno-zowanie w³asnoœci uk³adów technicznych, • diagnostyka polimerów w protetyce,implantologii i sporcie, • postêp in¿ynierii materia³owych tworzyw polimerowych,• modelowanie uk³adów i symulacja procesów.

Niezale¿nie od artyku³ów zwi¹zanych z w/w konferencj¹, w bie¿¹cym numerze „Prze-twórstwa Tworzyw” zamieszczono artyku³ spoza konferencji — „Wybrane w³aœciwoœcii struktura PA6 z dodatkiem glinokrzemianu”, którego autorami s¹: dr in¿. Adam Gna-towski i mgr in¿. Jakub Wawrzyniak z Politechniki Czêstochowskiej.

W nr 1/2013 przedstawiono tak¿e spis artyku³ów z rocznika 2012 oraz listê recenzen-tów.

Zapraszamy serdecznie do lektury.

Redakcja PT


3

K. DRAGAN, M. STEFANIUK, A. CZULAK, J. BIENIAŒ, M. DZIENDZIKOWSKI, A. LESKI, M. GUDE,W. HUFENBACHKrzysztof DRAGAN1, Micha³ STEFANIUK1, Andrzej CZULAK3, Jaros³aw BIENIAŒ2,Micha³ DZIENDZIKOWSKI1, Andrzej LESKI1, Maik GUDE3, Werner HUFENBACH3

1 Non Destructive Testing Lab., Air Force Institute of Technology, Warsaw, Poland2 Department of Materials Engineering, Lublin University of Technology, Lublin, Poland3 Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology, Technical University Dresden, Germany

Automated data analysis based on signal processing for two dimensional NDI

data of the composite structures

Summary. The present paper describes a structural data analysis approach in which two dimensional NDI datacoming from various sources is analyzed and processed by a computerized tool. Results of that processing are used toprovide a quantitative measure of the state of the inspected specimen and of the extent and nature of damage. Au-thors mainly refer to the usage of such systems in the context of composite materials and impact damage in particu-lar, examples are given. In the analytical system the main measurement data source considered is the ultrasonic ins-pection coming in the form C-scan images. These images are then processed and analyzed with the use of machinelearning/statistical classification algorithms. These algorithms are reinforced with data coming from a damage fin-gerprint database, which stores training data in various formats. Authors describe the methods used for each step ofthe analysis, and review existing algorithms and methodologies which may be used to assist the quantification pro-cess.

AUTOMATYCZNA ANALIZA DANYCH Z WYKORZYSTANIEM CYFROWEJ ANALIZY OBRAZU (NDI)STRUKTURY KOMPOZYTUStreszczenie. Niniejsza praca opisuje podejœcie do analizy danych, w której dwuwymiarowe zobrazowania wyni-ków badañ nieniszcz¹cych s¹ analizowane i przetwarzane przez narzêdzie programowe. Wyniki owego przetwarza-nia u¿yte s¹ do iloœciowego okreœlenia stanu badanego elementu, ale tak¿e okreœlenia rozmiaru uszkodzenia i jegonatury. Autorzy odnosz¹ siê g³ównie do wykorzystywania takowych systemów w kontekœcie materia³ów kompozy-towych, a w szczególnoœci uszkodzenia udarowego, co zilustrowano przyk³adami. W niniejszym systemie anali-tycznym g³ównym Ÿród³em danych pomiarowych ma byæ pomiar ultradŸwiêkowy w formie zobrazowania C-Scan.Obrazy uzyskane w wyniku owego zobrazowania poddane zostaj¹ obróbce z wykorzystaniem metod uczenia maszy-nowego i elementów klasyfikacji statystycznej. Dzia³ania te opieraj¹ siê na bazie danych znaczników uszkodzeñ,która zasilona jest ró¿nymi typami danych. Autorzy opisuj¹ ró¿ne algorytmy stosowane na ka¿dym z etapów anali-zy, oraz dokonuj¹ przegl¹du wykorzystywanych metod.

1. Introduction

Because of the rising interest of the aircraft but alsoenergy industry for a quick and reliable assessment diag-nostics of composite structures the authors propose asoftware-based automated tool that can enable a quanti-tative assessment of the damage detected in the inspectedcomponents. The system would make use of the existingcomposite NDI methodologies an inspection equipment.The existing and established NDI methods such as eddycurrent, thermography, end specifically phased array ul-trasonics give results in the form of two-dimensional ar-rays – as these are easily interpreted by the human opera-tor. Computerized visualization of NDT results gives a ra-pid way of obtaining information from large sets of data.However, when it comes to quantification, digital imageanalysis and processing can give numerical data and pa-rameters that give a proper description of the damage.

Usually these image processing algorithms and tech-niques are accompanied by statistical classification/pat-tern recognition methods. The numerical/quantitativedata obtained with these methods may then be used forprediction of residual strength (e.g compression-after-im-pact) – for which, for instance, finite element analysis may

be employed. Main diagnostic method used in the propo-sed system will be based on the C-Scan form of ultrasonicinspection result, mainly due to extensive experience ofITWL with the method. This method is able to givea quick qualitative description of delamination-type da-mage. The designed software tool will combine data fromvarious NDI result data to build a complete descriptionand parameterization of the condition of the inspectedelement. The system will be based on the notion of DigitalDamage Fingerprints (DDF).

A DDF database, in combination with statistical clas-sification methods will be constitute a tool that will beable to provide geometric and material parameters of thedamage, so that a quantitative and operator-independentanalysis is possible. The core of the system will consist ofan image data fusion, image processing and image analy-sis segments. Data fusion will be needed to provide a uni-fied representation of the inspection results The proces-sing and preparation of the images will mainly rely onnoise reduction and edge detection. Analysis phase willhave the purpose of geometrical feature extraction. Re-sults of series of those analyses shall be then stored in theDDF database – see Su and Ye [1]. The classifiers used forthe analysis shall be calibrated with the use of past ins-


4 K. DRAGAN, M. STEFANIUK, A. CZULAK, J. BIENIAŒ, M. DZIENDZIKOWSKI, A. LESKI, M. GUDE, W. HUFENBACH

pection results but series of automated finite element ana-lyses may also be used.

To obtain detailed data about the inspected structurefrom the images they need to be subjected to a series ofconversions and transformations. In typical real-life re-sults, several factors that make the segmentation and fea-ture extraction difficult – these include the presence ofmeasurement noise, presence of various non-damage re-lated discontinuities in the inspected structure (e.g. com-posite weaving patterns) and also non-uniformity of thebackground structure. Because of that appropriate algo-rithms are needed to extract the geometric parametersdescribing the damage area and the structure condition.The database classifiers might be learned with the use ofseveral sources of data including computed tomography(Fig. 1).

2. Preliminary NDI image analysis and processing [2]

In image analysis the primary step is the selection ofthe Region of Interest (RoI), so that a subset (sub array) ofdata can be specified in which the damaged area domina-tes. This action has the purpose of decreasing of numeri-cal load, but also enables selection of the analytical algo-rithm best suited for the observed type of damage. Selec-tion of the RoI is possible after image segmentation,which is based on classification of pixel sets (areas) to cer-tain categories, according to the criteria specified. Anexample of widely used segmentation algorithm is theOTSU method employed for actual NDI tasks [3,4,5]. Thismethod is based on thresholding of the global brightnesshistogram and leads to binarization of the analyzedimage in accordance to the following rule:

J x yJ x y

J x yBth

th

( , )( , )( , )

��

�

��

10

�

�

Where JB is the resultant thresholded value, and x andy are pixel coordinates. Optimal value of vth is obtained bymaximising:

� ��th L th

th

* arg max ( )� �0 1

where: �

�

�( )th

B

T

�2

2

and �B is the variance between object groups, a �T is theglobal variance in the image. Another classification tech-nique that may be used both for the identification as wellas classification of the image features is the PrincipalComponent Analysis as well as LDA – Linear Discrimi-nant Analysis [6]. Let:

x = (x1,..., xk)represent the result of observation of k given parameters.In the case of digital image a single pixel constitutes oneobservation, and the brightness/RGB channel values arethe parameters for a single image (or a set of images). Inimage feature classification parameters that describe theshape of the features or their variance are used. In PCAsuch a transformation of the observed parameters (x1,...,xk), that can give the most significant distinction (varian-ce) between the identified objects and the background.This distinction is described by the parameter of Cova-riance Matrix . Variance in a given linear combination ofparameters:

nTx = n1x1 +... + nkxk, nTn = 1equals nT n. First principal component PC1 of the PCA al-gorithm – transformation of parameters (x1,..., xk) for anobservation in the above form has the maximum possiblevariance. The second component also has maximal va-riance and is uncorrelated with the first one. In the case ofdigital images this means that replacing RGB values withthe values of the first principal component we will obtainthe highest average contrast, and the second principalcomponent may be considered as noise [7].

3. Noise reduction and image filtration

Additional information from the two-dimensionalsignal sample (the image) is obtained by analyzing its fre-quency spectra. For digital images, a discrete fourier tran-sform is conducted and subsequently the image data issubjected to spectral filtering. The filters enable for exam-ple the smoothing of regions in the measured image, per-forming of a global/local noise reduction or facilitation ofedge detection algorithms.

One of the fundamental filters used for image proces-sing is the low-pass Gauss filter [8,9]. It is used to de-crease the noise level and also to help in separation ofbackground. Smoothing of the filtered area is done by re-moving high-frequency components of which noise isusually a part of. The Gaussian filter can be describedwith the following impulse response:

g x y ex y

( , ) � ��

�12 2

2

2 2

2

��

The transformed image~f is obtained by convoluting

the impulse response with image data:~( , ) ( ' , ' ) ( ' , ' ) ' 'f x y f x y g x x y y dx dy� � �� (5)

Where x and y are pixel coordinates. Another exampleof a image smoothing tool for instance in ultrasonic tests


Automated data analysis based on signal processing for two dimensional NDI data of the composite structures 5

Fig. 1 – Example of a ultrasonic microscopy result of impact damage.

is the median filter algorithm. The filter for a pixel neigh-bourhood of n × n pixels can be expressed with the follo-wing formula:

Where and x and y are pixel coordinates.

4. Edge detection

Gradient based methods are the basic tools for imageedge detection [10,11]. It has to be noted however, thatgradient methods are sensitive to presence of high-fre-quency content in the image data. This is one of the rea-sons for why utilization of methods described in the pre-vious paragraph is necessary. The fundamental equationsfor gradient method are shown below, for amplitude:

Where x and y are pixel coordinates The amplitudeand direction of gradient in the image gives informationabout the location of edges, in areas where maxima of firstfunction are present. Other filter types are also utilizedfor the edge detection – such as Sobel, Roberts or Cannyfilters. Illustration below (Fig. 2) shows an example of theuse of the methods for a case of barely visible impact da-mage.

5. Feature extraction approach

Due to inevitable imperfections and data errors in theimage results obtained from the actual structure, simpleapplication of the image processing algorithms may be in-sufficient. Optimization of these parameters for each ins-pection scenario is crucial. It can be shown that finite ele-ment simulations, and numerical or lumped-parameterdata obtained from these are diverse enough to be a suffi-cient source of training data for classification/optimiza-tion algorithms that will be used to obtain a proper quan-titative description of damage. Such an approach in con-text of the present predictive system, might be a crucialstep in the face of insufficient historical inspection data,as a way to fully characterize the damage state. The classi-fier database approach is chiefly employed for NDT pur-poses to determine the damage location and extent giventhe diagnostic signal from NDI, whereas the majority of



( , ) ( , ) ( , )

( , )x y ( , ) ( , ) ( , )

( , ) ( , ) ( , )

f x n y n f x n y f x n y n

median f x y n f x y f x y n

f x n y n f x n y f x n y

f

n

� � � � ��

� �

� � � � �

� �

� � � � �

� �

�

22 )),(()),((),( yxfyxfyxf yx ��

( , )x y x

y

f x y( , )

f x y( , )f ArcTan

� ��

For direction:

Fig. 2 – results of image processing of composite impact damage: a) unprocessed image, b) preliminary edge detection, c) edge detection after proces-sing, d) preliminary edge detection without using Gaussian filtering

publications deal with Lamb wave ultrasonics, PZT trans-ducer based sensor matrices, and the domain of temporalsignal processing. One such paper introduce a good im-plementation of a Classifier-driven database that is fed byFEM results. In work by Su and colleagues (2006) [1] cha-racteristics of scattered Lamb-wave signals are compoun-ded into feature vectors called digital damage finger-prints (DDF). Thanks to the procedure of discarding ofnon-characteristic cases via principal component analy-sis, each DDF uniquely characterizes measurement scena-rio i.e. an actuator-sensor path and damage type, in thestudied model structure. Next, a model of a simple dela-minated beam is treated with a series of Explicit FEM si-mulations of ultrasonic wave propagation which results(in form of DDFs) are fed to the pattern recognition mo-dule. The numerical toil of this approach may be lighte-ned with proper application of theory of experiment orthe aforementioned PCA, which would be used to selectonly the worthwile simulation scenarios. Pattern recogni-tion method chosen by these authors was the artificialneural network (ANN). In conclusion the ANN – drivenDDF database gave satisfactory results with regards toplanar location of the delamination damage. Based onSu’s paper The DDF approach should be adapted to de-sign a feature vector that gives enough information forautomated FEM delamination growth analyses, which ofcourse form a core aspect of the system shown in the pre-sent work.

In paper by El Kadi (2006) [13] a comprehensive re-view of ANN methods for NDT was conducted. Forexample, Chandrashekhara et al. used the finite elementsanalysis (FEA) and a back propagation neural network.A finite element model based on a higher-order shear de-formation theory was used to calculate the strain patternand contact force for low-velocity impact. The ANN wastrained using the results from the FEA. Once trained, thenetwork can be used for online estimation of contactforce. In another publication hand drilling induced dela-mination was quantified with the use of roadiography--image processing and ANNs (research by Albuquerque-2008) [14]. The damage area and severity was determi-ned, and pattern recognition was applied to differentiatethe damaged area on the image from the shapes of boredholes. Another classifier approach – Case Based Reaso-ning was considered for interpretation of NDT data byJarmulak (2001) [15].

The concept of ratiocinating data from partial or nu-merically driven data with use of classifier networks(mostly ANNs) is therefore widely used in NDT andSHM research, and its adaptation will lead to a more ro-bust determination of initial parameters and boundaryconditions for predictive FEM analyses.

6. Conclusions

To perform a quantitative description of a compositestructure when given a set of NDT results an automated,software-based approach is necessary. Such a quantitativedescription is necessary to make predictions with regards

to the future condition of the element/structure. Signifi-cantly dangerous is the occurrence of low-energy impactsof the element, as those impacts don’t lead to externalsymptoms of damage, but may nevertheless lead to a ca-tastrophic failure – especially if delamination or matrix/fi-ber cracking occurs. Because of that a detailed inspectionand diagnostics made with non-destructive testing is es-sential to establish the location and the extent(area) of thedefect.

Many types of structural tests and inspections (ofwhich ultrasonic methods are the most important givesresults in the form of image – i.e. two dimensional plots ofthe diagnostic signal. A large quantity of information(incl. quantitative data) about the defect and the element’scondition can be obtained by analysis of the images.

It can be noted that the methods used for creation ofthe prognostic tool mentioned in the present paper arewidely described in the research articles. For each step inthe analysis sequence there exist several alternative app-roaches – this includes the tasks of image processing, ana-lysis, machine learning algorithms, but also structuralmodels of the delamination damage.

It seems that due to the inherent incompleteness of theinspection data, utilization of machine learning/artificialintelligence algorithms is necessary. As work of differentresearchers shows, the task of damage fingerprint classifi-cation is a highly nonlinear problem, and solving it withclassical optimization methods might not give satisfac-tory results.

Literature:

1. Pan N., Su Z., Ye L., Zhou L.M, Y. Lu “A quantitative identifi-cation approach for delamination in laminated composite beamsusing digital damage fingerprints (DDFs)”, Composite Structu-res 75 (2006) 559-570.

2. K. Dragan, M. Dziendzikowski, M. Stefaniuk: Zintegrowaneœrodowisko obliczeniowe do ultradŸwiêkowej diagnostyki obrazo-wej materia³ów kompozytowych, Energetyka 8/2012.

3. Tian Y, Du D. et al. “Automatic Defect Detection in X-Ray Ima-ges Using Image Data Fusion” TSINGHUA SCIENCE ANDTECHNOLOGY Volume 11, Number 6, December 2006.

4. Dudzik S. “Application of the morphological operations for defectarea recognition using active thermography”, 10th InternationalConference on Quantitative InfraRed Thermography; July27-30, 2010, Québec (Canada).

5. Serre J., „Image analysis and mathematical morphology”, Aca-demic Press, New York (1982).

6. HASTIE T., TIBSHIRANI R., FRIEDMAN J., The Elements ofStatistical Learning: data mining, inference, and prediction (5thed.), Springer-Verlag, Berlin, 2009.

7. Pumphrey H., http://xweb.geos.ed.ac.uk/~hcp/ip2/princcpt.pdf

8. Fang Y.Z., Jia H.K., Li L.A., Wang Z.Y., Zhang S.J. “A new ap-plication of digital image processing to investigate thin compres-sed films: The measurement of buckling propagation” Optics andLasers in Engineering 48 (2010).

9. Shapiro L. G., Stockman G. C „Computer Vision”, str. 137, 150.Prentince Hall, 2001.


Automated data analysis based on signal processing for two dimensional NDI data of the composite structures 7

10. Graff K.F., “Waves motion in elastic solids”, Dover Publica-tions, Inc., New York 1991.

11. Dragan K “Image Processing approach for the Non DestructiveEvaluation (NDE) of the composite materials as the input tostructural durability assessment” Technical News, Lviv, Ukrai-ne 1/2011.

12. Z. Su, L. Ye, Lamb wave-based quantitative identification of dela-mination in CF/EP composite structures using artificial neuralalgorithm, Composite Structures, 66(1-4) (2004) 627-637.

13. H. El Kadi, Modeling the Mechanical Behavior of Fiber-Reinfor-ced Polymeric Composite Materials Using Artificial Neural Net-works – A Review, Composite Structures 73 no. 1 (2006) 1-23.

14. V.H.C. de Albuquerque, J. M. R. S. Tavares, L. M. P. Durão,Evaluation of Delamination Damages on Composite Platesusing Techniques of Image Processing and Analysis anda Backpropagation Artificial Neural Network, EngOpt 2008– International Conference on Engineering Optimization,Rio de Janeiro, Brazil, 01 – 05 June 2008.

15. J. Jarmulak, E.J.H. Kerckhoffs, P.P van’t Veen, Case-basedreasoning for interpretation of data from non-destructivetesting, Engineering Applications of Artificial Intelligence14 (2001) 401–417.



Jacek W. KACZMAR, Anna G. DMITRUKJacek W. KACZMAR*, Anna G. DMITRUK*** Politechnika Wroc³awska, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji, Laboratorium Tworzyw Sztucznych;e-mail: [email protected]** Dyplomantka w Laboratorium Tworzyw Sztucznych

Analiza techniczna i ekonomiczna wytwarzania wyrobów z tworzyw

polimerowych i ze stali

Streszczenie. Celem artyku³u jest przeprowadzenie analizy wytwarzania wybranych elementów z tworzyw poli-merowych oraz ze stali. Zwrócono uwagê na aspekty ekonomiczne i porównano koszty wytwarzania elementóww oparciu o wybrane technologie przetwórstwa tworzyw oraz metody obróbki metali. Przedstawiono tak¿e cenyrynkowe polimerów i metali, a tak¿e œwiatowe, europejskie oraz polskie zapotrzebowanie na te materia³y. Analizêporównawcz¹ przeprowadzono na przyk³adzie felgi samochodowej, wytwarzanej w dwóch wariantach materia³o-wych.

TECHNICAL AND ECONOMIC ANALYSIS OF MANUFACTURING OF ELEMENTS FROM POLYMERSAND STEELSSummary. The purpose of this paper is to perform the analysis of the manufacturing of chosen elements from poly-mers and steels. The economic aspects were discussed and comparison of the manufacturing costs basing on selectedtechnologies of polymer processing and steel processing was shown. The paper shows the market prices of polymersand metals, as well as the global, European and Polish demand for these materials. Comparative analysis was car-ried out on the example of the car rim, produced in two material variants.

1. Zastosowania i zu¿ycie tworzyw polimerowych

Od 1950 roku obserwowany jest ci¹g³y wzrost znacze-nia tworzyw polimerowych na rynku œwiatowym. Ichw³aœciwoœci przetwórcze i mechaniczne zapewniaj¹ pro-dukt tañszy, l¿ejszy i bardziej atrakcyjny dla odbiorcy ani-¿eli wykonany ze stopów metali. Produkcja i zapotrzebo-wanie na tworzywa polimerowe ros³o nieprzerwanie a¿do 2008 roku, w którym rozpocz¹³ siê œwiatowy kryzysfinansowy. Produkcja wówczas spad³a po raz pierwszy –do poziomu 245 mln ton. W porównaniu z rokiem 2007by³ to znacz¹cy spadek o 15 mln ton. Przemys³ tworzywsztucznych zatrudnia³ wówczas 1,6 mln osób. W 2009roku produkcja tworzyw sztucznych wzros³a w niewiel-kim stopniu. W Europie wyprodukowano 55 mln tontworzyw polimerowych, co stanowi³o 24% produkcji glo-balnej i pozwoli³o jej zachowaæ pozycjê g³ównego œwiato-wego producenta (25% w roku poprzednim). W 2010roku produkcja œwiatowa tworzyw polimerowych wyno-si³a 270 mln ton i po raz pierwszy od lat przekroczy³awysokoœæ produkcji sprzed czasów kryzysu. Europejskaprodukcja wynios³a 55 mln ton, co stanowi³o 22% pro-dukcji œwiatowej. To pozwoli³o Chinom, które osi¹gnê³yudzia³ 23,5% w produkcji œwiatowej, staæ siê najwiêk-szym producentem tworzyw polimerowych na œwiecie[1]. W 2011 roku œwiatowa produkcja tworzyw ponowniewzros³a – do 280 mln ton [2]. Zapotrzebowanie na two-rzywa polimerowe oraz rosn¹ce mo¿liwoœci tej ga³êziprzemys³u stale wzrasta, co wskazuje na ich znacz¹c¹rolê w gospodarce.

G³ównym zastosowaniem tworzyw polimerowych s¹opakowania, a nastêpne w kolejnoœci budownictwo, mo-toryzacja, przemys³ elektryczny i elektroniczny oraz innedziedziny takie jak: wytwarzanie sprzêtu sportowego,

urz¹dzeñ dla s³u¿by zdrowia, wytwarzanie sprzêtu re-kreacyjnego i wypoczynkowego, budowa maszyn, pro-dukcja urz¹dzeñ AGD i przemys³ meblowy (rys.1).


Analiza techniczna i ekonomiczna wytwarzania wyrobów z tworzyw polimerowych i ze stali 9

Tabela 1. Udzia³ rodzajów tworzyw polimerowych w Europie[2].

Polimer 2008 2009 2010 2011

PUR 7% 7% 7% 7%

PET 7% 8% 6% 6,5%

PS, EPS 8% 8% 8% 7,5%

PVC 12% 11% 12% 11%

PP 18% 19% 19% 19%

PEHD 11% 12% 12% 12%

PELD, PELLD 17% 17% 17% 17%

Inne 20% 18% 19% 20%

Rys. 1. Zu¿ycie tworzyw sztucznych w Europie wg segmentów zasto-sowañ.

Oprócz zu¿ycia tworzyw polimerowych ze wzglêdu nasegment zastosowañ, mo¿na równie¿ rozpatrywaæ ichzastosowanie pod wzglêdem rodzaju u¿ywanego do pro-dukcji tworzywa (tabela 1). Do najczêœciej stosowanych,czyli do polimerowej „wielkiej pi¹tki” zalicza siê PE-HD– polietylen du¿ej gêstoœci, PE-LD – polietylen ma³ej gês-toœci, PE-LLD- liniowy polietylen ma³ej gêstoœci, PP – po-lipropylen, PVC – polichlorek winylu, PS – polistyren,PET – politereftalan etylenu [3].

2. Ceny tworzyw polimerowych na œwiecie

Ceny tworzyw polimerowych na œwiecie podanow Tabeli 2, w Europie s¹ podane jako minimalne i maksy-malne oraz dla celów ³atwiejszego porównania wyliczo-na zosta³a wartoœæ œrednia i przedstawiono je w Tabeli 3.Z kolei œrednie ceny tworzyw polimerowych w Polscepodano w tabeli 4.

Tabela 2. Ceny tworzyw polimerowych na œwiecie [4].

Tworzywo RodzajCena

Œwiat [USD/t] Œwiat [z³/t]

PE HD

Wtryskiwanie 1380 4525,02

Folia 1400 4590,60

Rozdmuchiwanie 1390 4557,81

PE LLD 1380 4525,02

PE LD (wtryskiwanie) 1680 5508,72

PP 1665 5459,54

PS 1535 5033,27

PET 1900 6230,10

Tabela 3. Ceny tworzyw polimerowych w Europie [5].

Two-rzywo Rodzaj

Europa[euro/t]

MIN

Europa[z³/t]

Europa[euro/t]MAX

Europa[z³/t]

Europa[z³/t]

œrednia

PE HD

Wtrysk 1395 5675,27 1435 5838,01 5756,64

Folia 1305 5309,13 1345 5471,86 5390,49

Roz-dmuch 1420 5776,98 1460 5939,71 5858,35

PE LLD 1275 5187,08 1315 5349,81 5268,44

PE LD (wtrysk) 1380 5614,25 1420 5776,98 5695,62

PP 1395 5675,27 1435 5838,01 5756,64

PS 1730 7038,15 1780 7241,57 7139,86

PET 1350 5492,20 1400 5695,62 5593,91

Tabela 4. Œrednie ceny tworzyw polimerowych w Polsce [6].

Tworzywo RodzajCena

Polska [z³/kg] Polska [z³/t]

PE HD

Wtryskiwanie 5,19 5190

Folia 5,04 5040

Rozdmuchiwanie 5,06 5060

PE LLD 4,85 4850

PE LD (wtryskiwanie) 5,58 5580

PP 5,07 5070

PS 6,85 6850

PET 5,05 5050

3. Ceny metali na œwiecie

Ceny metali zostan¹ przedstawione jako:– Œwiatowe ceny stali [z³/t] [7]– Œwiatowe ceny metali kolorowych [z³/t] [8]– Ceny pó³fabrykatów ze stali [8]Ceny stali dotycz¹ okresu od marca 2011 do lipca

2012. Ceny metali kolorowych i pó³fabrykatów odnosz¹siê do dnia 22.08.2012 roku. Z analizy cen stali w okresiemarzec 2012 – lipiec 2012 wynika, i¿ zaobserwowaæ mo¿-na znaczn¹ obni¿kê cen w tym okresie (rys.2).

Przedstawiono ponadto ceny wyrobów walcowa-nych, trzech typowych pó³fabrykatów i przedstawionow tabeli 5:— Profil HEB 200 – dwuteownik szerokostopowy— Blacha gor¹cowalcowana S235JR2 (St3S) – arkusz

z blachy o wymiarach 1500 × 3000 × 4 mm— Prêt ¿ebrowany fi 12 mm, BST 500 – najbardziej po-

pularny prêt ¿ebrowany stosowany w budownictwieo œrednicy 12 mm.

Ceny metali kolorowych przedstawiono w tabeli 6.

Tabela 6. Ceny metali kolorowych – kupno i sprzeda¿ [8]

Metale kolorowe Kupno[USD/t]

Kupno[z³/t]

Sprzeda¿[USD/t]

Sprzeda¿[z³/t]

Aluminium 2092 6859,66 2093 6862,94

Aluminium stop 2060 6754,74 2070 6787,53

Cyna 22 195 72777,40 22 200 72793,80

Cynk 1952 6400,60 1953 6403,88

Nikiel 18 560 60858,24 18 565 60874,63


10 Jacek W. KACZMAR, Anna G. DMITRUK

Rys. 2. Ceny stali w okresie 11 marzec 2011 – 12 listopad 2012

Produkcja tworzyw polimerowych wynosz¹ca obec-nie 280 mln ton rocznie charakteryzuje siê tendencj¹wzrostow¹. Po dwóch latach od pocz¹tku œwiatowegokryzysu finansowego osi¹gnê³a wysokoœæ sprzed czasówkryzysu. Mówi¹c o produkcji metali s¹ to jednak masynieco wiêksze i w pierwszym kwartale 2011 roku na œwie-cie zosta³o wyprodukowane 372 mln ton stali. W samejPolsce rocznie produkuje siê oko³o 9 mln ton. Z drugiejstrony rozpatruj¹c produkcjê tworzyw polimerowychi stali pod wzglêdem objêtoœciowym produkuje siê ichkilkakrotnie wiêcej od metali.

Mimo tego, ¿e produkcja stali masowo jest du¿o wiêk-sza, nie oznacza to, ¿e stale s¹ bardziej u¿yteczne. Tonastali jest ponad dwukrotnie tañsza od tony tworzywa.Fakt ten mo¿na t³umaczyæ tym, ¿e mo¿na z niej wykonaæo wiele mniej produktów gotowych. Do przewozu tej sa-mej iloœci stali, co tworzywa potrzeba zaanga¿owaæ wiê-cej samochodów. To z kolei generuje wy¿sze koszty eks-ploatacyjne, wiêksze zu¿ycie paliwa, a w konsekwencjiznacznie wiêksze zanieczyszczenie œrodowiska. Mo¿li-woœci kszta³towania przestrzennego wyrobów z polime-rów s¹ bardzo du¿e. Skomplikowane kszta³ty i wysokaestetyka wyrobów s¹ osi¹gane w prosty i szybki sposób.Przetwórstwo tworzyw sztucznych jest tak¿e tañsze, odprzetwórstwa metali, co starano siê wykazaæ w dalszejczêœci artyku³u.

4. Analiza kosztów na przyk³adzie produkcjiwybranych elementów z uwzglêdnieniem

ró¿nych wariantów materia³owych.

Wybór rodzaju materia³u do wytwarzania konkretne-go wyrobu nie jest prostym zagadnieniem, gdy¿ nale¿ywzi¹æ pod uwagê ró¿nice w procesach technologicznych iw cenach materia³ów. Wp³ywa to na wysokoœæ ceny pro-duktu gotowego, a tak¿e na iloœæ œrodków finansowychpotrzebnych do organizacji procesów produkcyjnych. Wtym celu nale¿y odpowiedzieæ na nastêpuj¹cego pytania:

1) Ile kosztuje jedna sztuka produktu?2) Jakie s¹ koszty sta³e?3) Jakie s¹ koszty zmienne?4) Jaka jest zdolnoœæ produkcyjna przedsiêbiorstwa?

5) Kiedy produkcja osi¹ga próg rentownoœci?Zyski z dzia³alnoœci operacyjnej firmy produkcyjnej

zale¿¹ wiêc od tego jak sprawnie kontrolowane s¹ kosztyi jak konkurencyjny cenowo jest produkt. Przed rozpo-czêciem produkcji nale¿y odpowiedzieæ sobie na pytanie,czy w ogóle warto zacz¹æ produkowaæ dany wyrób. Mo¿-na tego dokonaæ dziêki znajomoœci progu rentownoœciBEP (Break Even Point). W rozumieniu ekonomicznym jestto taka wielkoœæ produkcji, w której przychody ze sprze-da¿y pokryj¹ ca³kowite koszty produkcji – punkt, w któ-rym krzywa kosztów na wykresie progu rentownoœciprzetnie krzyw¹ przychodów. Ka¿da kolejna sprzedanasztuka wyrobu zapewnia zysk.

Wielkoœæ produkcji w progu rentownoœci mo¿na wy-liczyæ z prostej zale¿noœci [9], gdzie BEP (próg rentow-noœci) jest równy stosunkowi kosztów sta³ych (Ks) do ró¿-nicy za³o¿onej ceny (Cj) i jednostkowego kosztu zmienne-go (Kzj).

BEPK

C Ks

j zj

��

5. Produkcja felg samochodowych – PA czy stal?

„Samochody to najbardziej po¿¹dane „zabawki” do-ros³ych” [10]. Ich u¿ytkownikom zale¿y na tym, by autoby³o komfortowe, atrakcyjne, sprawne i nowoczesne. Tu-ning samochodowy opiera siê na wytwarzaniu elemen-tów z tworzyw polimerowych. Jednak¿e wytwarza siêz nich nie tylko gad¿ety, a tak¿e czêœci, które tradycyjnieby³y wykonywane z metali. U¿ywane w samochodachtworzywa to m.in. poliuretan, polipropylen, elastomerytermoplastyczne, guma, ABS, PA, PC itp. Wytwarza siêz nich zbiorniki paliwa, obudowy lusterek, deski roz-dzielcze, klamki, zderzaki, pokrywy komory silnika, kra-ty wlotu powietrza, listwy, spojlery, owiewki, elementynadwozia, ko³paki, dywaniki samochodowe, nak³adki napeda³y, przewody, czujniki cofania, ramki do tablic reje-stracyjnych i wiele innych [11]. Wyroby z tworzyw s¹ tañ-sze, stosuje siê ³atwiejsze i szybsze procesy technologicz-ne, s¹ prostsze w ³¹czeniu, nie koroduj¹, a tak¿e, co jestwyj¹tkowo istotne w motoryzacji – obni¿aj¹ masê samo-chodu [12].



Tabela 5. Ceny pó³fabrykatów stalowych [8]

Rodzaj pó³wyrobu Ceny stali

Profil HEB 200

Cena 31 tydzieñ 2012 [z³/t] Cena 30 tydzieñ 2012 [z³/t] Zmiana %

Cena minimalna 2622 Cena minimalna 2634 -0,46%

Cena maksymalna 2684 Cena maksymalna 2702 -0,67%

Blacha gor¹cowalcowana


Cena minimalna 2413 Cena minimalna 2383 1,24%

Cena maksymalna 2498 Cena maksymalna 2472 1,04%

Prêt ¿ebrowany � 12mm


Cena minimalna 2122 Cena minimalna 2134 -0,57%

Cena maksymalna 2221 Cena maksymalna 2218 0,14%

5.1. Produkcja felg samochodowych z tworzywapolimerowego – poliamidu.

Jako pierwsz¹ poddano analizie felgê z tworzywa po-limerowego. W 2011 firma BASF po raz pierwszy zapre-zentowa³a tak¹ felgê do samochodu Smart wykonanaz poliamidu zbrojonego w³óknem szklanym zwanego Ul-tramid® Structure (rys.3) [13]. Poni¿ej przedstawiono

specyfikacjê omawianego produktu (tabela 7). Dziêkiprzyjêtym wymiarom felgi oraz znajomoœci gêstoœci PAmo¿na by³o obliczyæ masê jednego wyrobu gotowego.

Tabela 7. Specyfikacja felgi z PA.

Specyfikacja produktu

Nazwa Felga samochodowa

Materia³ PA

Œrednica [mm] 381

Masa [kg] [14] 6

Tabela 8. Ceny dostaw i lakierowania.

Cena granulatu [z³/kg] 11,5

Cena lakieru [z³/szt.] 17

Dostawa granulatu

Masa [t] 165

UdŸwig samochodu [t] 24

Koszt jednego kursu [z³] 600

Liczba potrzebnych przewozów [szt.] 7

Lakierowanie

Wydajnoœæ jednej puszki [m2] 5

Powierzchnia do lakierowania [m2] 3125,46

Pojemnoœæ puszki [l] 0,5

Iloœæ zamawianych puszek [szt.] 625

Koszt dostawy [z³] 100

Elementy przeznaczone do sprzeda¿y bêd¹ polakie-rowane. Za³o¿ono, ¿e granulat jest dowo¿ony do fabryki

jeden raz, na pocz¹tku miesi¹ca. Do transportu wybranofirmê dysponuj¹c¹ pojazdami o noœnoœci 24 ton. Do prze-wiezienia takiej iloœci granulatu, która zapewnia utrzy-manie zdolnoœci produkcyjnej potrzeba wiêc 7 takich po-jazdów. Jeden kurs kosztuje 600 z³. Dla lakieru uwzglêd-niono koszty jednorazowej dostawy w cenie 100 z³. Doty-czy to 625 puszek. Cena 1 kg granulatu wynosi 11,5 z³, zaœcena puszki lakieru o pojemnoœci 0,5 l to 17 z³. Ceny dos-taw i lakierowania przedstawiono w tabeli 8.

Proces technologiczny wytwarzania felgi z PA przed-stawiono w Tabeli 9 i element jest wtryskiwany do formy,wypychany z niej i lakierowany.

Tabela 9. Proces technologiczny wytwarzania felgi z PA.

Proces technologiczny

Operacja Narzêdzie Czas [s]

Wtryskiwanie Wtryskarka 21

Lakierowanie Lakier 10

Czas [s/szt.] 31

Cykl wtryskiwania wynosi 21 s [15]. Kolejnym kro-kiem jest obliczenie zdolnoœci produkcyjnej przy danymwariancie produkcji. Obliczona zdolnoœæ jest definiowa-na przez obci¹¿enie maszyn i nale¿y wybraæ najni¿sz¹z wyliczonych wartoœci, gdy¿ zdolnoœæ produkcyjnaprzedsiêbiorstwa jest zawsze równa zdolnoœci produk-cyjnej „w¹skiego gard³a”. W tym przypadku bêdzie wy-nosiæ 27.428 sztuk na miesi¹c. Korzystaj¹c z podzia³u nakoszty sta³e i koszty zmienne istnieje mo¿liwoœæ okreœle-nia, które koszty zale¿¹ od wielkoœci produkcji. G³ów-nym sk³adnikiem kosztów zmiennych jest koszt materia-³u (Tabela 10).

Tabela 10. Jednostkowe koszty zmienne a) i koszty sta³e b).a)

Koszty zmienne jednostkowe Wartoœæ

Koszt granulatu 69,00 z³

Koszt u¿ytkowania maszyn 0,09 z³

SUMA: 69,09 z³

b)

Koszty sta³e Wartoœæ

Koszty oœwietlenia hali 57,60 z³

Wynagrodzenie pracowników 16 200,00 z³

Lakier 10 625,00 z³

Dostawa 4200,00 z³

Konserwacja 115,00 z³

Inne koszty 2 700,00 z³

SUMA: 33 897,60 z³

W oparciu o powy¿sze dane mo¿na ju¿ obliczyæ prógrentownoœci (Tabela 11), zaproponowaæ cenê wyrobu go-towego, wykonaæ wykres BEP a tak¿e okreœliæ potencjal-ne zyski. W omawianym przypadku BEP, czyli wielkoœæprodukcji zapewniaj¹ca zwrot kosztów ca³kowitych



Rys. 3. Felga z PA produkcji BASF-Niemcy.

osi¹gana jest przy wytwarzaniu 258 sztuk felg na miesi¹c.Ka¿da kolejna sprzedana felga przynosi zysk. Wartoœcio-wy próg rentownoœci oznacza wysokoœæ wk³adu finanso-wego, który nale¿y ponieœæ, by przychody zrówna³y zkosztami. Ustalona cena to 200 z³ za sztukê – z racji wyko-rzystania najnowszej technologii jest to cena konkuren-cyjna.

Tabela 11. Próg rentownoœci.

Koszty zmienne jednostkowe [z³] 69,09

Koszty sta³e [z³] 33 897,60

Cena detaliczna [z³] 200

Iloœciowy próg rentownoœci [szt./miesi¹c] 258

Wartoœciowy próg rentownoœci [z³] 51600

Podczas analizowania struktury kosztów, przycho-dów, zysku w zale¿noœci od wielkoœci produkcji – maksy-malna zdolnoœæ produkcyjna przedsiêbiorstwa zosta³a

podzielona na 10 przedzia³ów, aby zobrazowaæ stany fi-nansowe na ró¿nych poziomach produkcji. Przy wypro-dukowaniu liczby wyrobów równej zdolnoœci produkcyj-nej zysk ze sprzeda¿y bêdzie wynosi³ ponad 3,5 mln z³.

5.2. Produkcja felg samochodowych ze stali

Przedstawiona wczeœniej innowacyjna metoda wy-twarzania felg z tworzyw polimerowych jest porównanaz konwencjonaln¹ metod¹ produkcyjn¹, na bazie którejfelgi wytwarzane s¹ ze stali (rys.5). Masa jednej felgi sta-lowej wynosi 9 kg (tabela 12), podczas gdy masa felgiz poliamidu wynosi 6 kg. Felgê stalow¹ produkuje siêz dwóch czêœci – pokrywy i obrêczy. Do ka¿dej z nich za-mawiane s¹ osobne pó³fabrykaty. W przypadku pokrywyjest to blacha stalowa o wymiarach 2 × 1500 × 2500 [mm],z której za pomoc¹ wykrojnika wykrawa siê pokrywyko³a o odpowiedniej œrednicy. Powstaje tutaj odpad stalo-wy, odpowiadaj¹cy ok. 1/3 masy materia³u. W celu

zmniejszenia masy odpadów istnieje mo¿liwoœæ sprzeda-nia go jako z³omu i odzyskania w ten sposób czêœci œrod-ków finansowych. Mo¿na w ten sposób uzyskaæ zwrotprawie 8500 z³. Drugim pó³fabrykatem – u¿ywanym doprodukcji obrêczy jest taœma stalowa o gruboœci 2 mm,z której wykonywane s¹ obrêcze i tutaj nie powstaj¹ od-pady.

Tabela 12. Specyfikacja felgi stalowej.

Specyfikacja produktu

Nazwa Felga samochodowa

Materia³ Stal

Œrednica [mm] 381

Masa [kg] 9

Strata materia³u na obróbkêskrawaniem [%] 33%

Masa pó³fabrykatów na sztukêwyrobu [kg] 12

Cena stali [z³/kg] 3,05

Tabela 13. Dane dotycz¹ce dostawy pó³fabrykatów do wytwa-rzania felg stalowych.

Dostawa

Masa [t] 198

UdŸwig samochodu [t] 24

Liczba potrzebnych przewozów [szt.] 9

Koszt jednego przewozu [z³] 600

W celu wytworzenia felg stalowych nale¿y przewieŸæponad 198 ton stali (Tabela 13). W tym celu firma trans-portowa proponuje przewóz stali 9 samochodami ciê¿a-rowymi o maksymalnej ³adownoœci, ka¿dy 24 tony. Op³a-ta za kurs jednego pojazdu wynosi 600 z³. Koszt transpor-tu bêdzie wiêc wynosi³ 5400 z³. Gotowe felgi s¹ lakiero-wane, jak w przypadku felg z PA i dane dotycz¹ce tegoprocesu przedstawiono w Tabeli 14.

Produkcja wyrobów stalowych wymaga o wiele bar-dziej rozbudowanego parku maszynowego ani¿eli ma tomiejsce w przypadku tworzyw. Niezbêdne maszyny to:tokarka, wiertarka, obcinarka (gilotyna to blach), zwijar-



BEP

Rys. 4. Wykres progu rentownoœci dla felgi wytworzonej z PA.

Rys. 5. Felga stalowa

ka, automat spawalniczy oraz prasa hydrauliczna, któ-rych miesiêczny koszt konserwacji szacuje siê na 800 z³.

Tabela 14. Dane dotycz¹ce lakierowania.

Lakierowanie

Wydajnoœæ jednej puszku [m2] 5

Powierzchnia do lakierowania [m2] 3125,46

Pojemnoœæ puszki [l] 0,5

Iloœæ zamawianych puszek [szt.] 625

Koszt dostawy [z³] 100

Cena puszki lakieru [z³/szt.] 17

Proces technologiczny równie¿ jest bardziej skompli-kowany i d³u¿szy (tabela 15). Pierwsz¹ operacj¹ jest wyci-nanie kr¹¿ków do produkcji pokrywy felgi. Nastêpniekr¹¿ki te s¹ wyt³aczane na prasie, i w tym samym czasiewykrawane s¹ otwory pod œruby mocuj¹ce felgê do tar-czy hamulcowej. Kolejna operacja to wyoblanie krawêdzikr¹¿ka. Równolegle rozwijana i podawana do gilotynyjest stalowa taœma, z której powstaje obrêcz felgi. Po od-ciêciu na wymiar taœma jest zwijana i spawana tworz¹ckszta³t obrêczy. Kolejne etapy to spawanie obrêczy i po-krywy. Ostatnie operacje to wiercenie i ewentualniegwintowanie otworu na wentyl oraz lakierowanie.

Tabela 15. Proces technologiczny wytwarzania felgi ze stali[16].

Proces technologiczny

Operacja Narzêdzie Czas [s]

Ciêcie Prasa hydrauliczna 5

Wyt³aczanie Prasa hydrauliczna 3

Wyoblanie Wyoblarka 30

Ciêcie Obcinarka 15

Zwijanie Zwijarka trzywalcowa 10

Spawanie Automat spawalniczy 30

Obróbka cieplna Hartownia 60

Wiercenie i gwintowanieotworu pod wentyl Wiertarka sto³owa 20

Lakierowanie Lakier 10

Czas [s/szt.] 183

Wyliczona zdolnoœæ produkcyjna jest o 10 000szt./miesi¹c mniejsza ani¿eli w przypadku produkcji ztworzyw sztucznych (Tabela 16). Jest to spowodowaned³ugim czasem trwania i stopniem skomplikowania pro-cesu technologicznego.

Tabela 16. Zdolnoœæ produkcyjna w ci¹gu miesi¹ca.

Zdolnoœæ produkcyjna dla maszyn [szt./miesi¹c]:

Tokarka 19200

Wiertarka 28800

Obcinarka 37333

Zwijarka 57600

Automat spawalniczy 16457

Prasa hydrauliczna 16457

Zdolnoœæ produkcyjna [szt./miesi¹c] 16457

Jednostkowe koszty zmienne s¹ ni¿sze – wynika to zni¿szej ceny materia³u. Koszty sta³e, dziêki zwiêkszonymkosztom transportu znacz¹co wzros³y (tabela 17).

Tabela 17. Jednostkowe koszty zmienne a) i koszty sta³e b)a)

Koszty zmienne jednostkowe Wartoœæ

Koszt pó³fabrykatu 36,90 z³

Koszt u¿ytkowania maszyn 0,05 z³

SUMA: 36,95 z³

b)

Koszty sta³e Wartoœæ

Koszty oœwietlenia hali 57,60 z³

Wynagrodzenie pracowników 16 200,00 z³

Dostawa 5 500,00 z³

Lakierowanie 10 625,00 z³

Konserwacja 815,00 z³

Inne koszty 2 700,00 z³

SUMA: 35897,60 z³

Felgi stalowe s¹ produkowane przy u¿yciu starszejtechnologii ni¿ felgi polimerowe. S¹ ciê¿sze, mniej atrak-cyjne wizualnie, a tak¿e bardziej podatne na korozjê. Dla-tego musz¹ byæ tañsze. Przyjêta w przyk³adzie cena deta-liczna to 150 z³. Widzimy tutaj porównywalny z wersj¹tworzywow¹ nak³ad kosztów potrzebny do osi¹gniêciaprogu rentownoœci. Nale¿y jednak zauwa¿yæ, ¿e jest onosi¹gany dla wy¿szej produkcji – trzeba sprzedaæ wiêcejfelg stalowych ni¿ polimerowych – aby osi¹gn¹æ takiesame rezultaty. Kolejnym wnioskiem z analizy jest fakt,



BEP

Rys. 6. Wykres progu rentownoœci dla felgi samochodowej wytworzonejze stali.

¿e wariant felg stalowych oferuje du¿o mniejszy zyskprzy wykorzystaniu ca³ej zdolnoœci produkcyjnej – 1,8mln z³.

Tabela 18. Próg rentownoœci.

Koszty zmienne jednostkowe [z³] 36,95

Koszty sta³e [z³] 35897,6

Cena detaliczna [z³] 150

Iloœciowy próg rentownoœci [szt./miesi¹c] 317

Wartoœciowy próg rentownoœci [z³] 47550

6. Podsumowanie

Po dokonaniu analizy produkcji felg w dwóch ró¿-nych wariantach, w wersjach materia³owych z poliamidui stali mo¿na szczegó³owo oceniæ op³acalnoœæ obu rodza-jów produkcji. Nale¿y nadmieniæ, ¿e produkcja felg z po-liamidu jest procesem innowacyjnym i do zalet tegowariantu produkcyjnego nale¿y:— Niska masa (6 kg), podczas gdy masa felgi stalowej

wynosi 9 kg— Ni¿sze koszty transportu materia³ów— Mniej skomplikowany i krótszy proces technologicz-

ny— Zdolnoœæ produkcyjna felg z tworzyw polimerowych

równa jest 27.428 szt./miesi¹c, natomiast stalowychtylko 16.457 szt./miesi¹c

— Próg rentownoœci ustala siê dla ni¿szej wielkoœci pro-dukcji

— Przy wykorzystaniu ca³ej zdolnoœci produkcyjnej ob-serwowany jest wiêkszy zysk.

Nale¿y równie¿ pamiêtaæ o korzyœciach wyp³ywaj¹cychz produkcji felg polimerowych, które nie zosta³y ujête wpowy¿szej analizie. U¿ycie felg z PA zmniejszy suma-ryczn¹ masê kó³ o 12 kg. Wed³ug danych firmy BASFw konwencjonalnych samochodach spowoduje to zmniej-

szenie zu¿ycia paliwa o 0,05 l/100 km oraz zredukuje emi-sjê CO2 o 1 g/km [14].

Literatura:

1. Materia³y promocyjne stowarzyszenia PlasticsEurope; Two-rzywa sztuczne – fakty 2011. Analiza produkcji, zapotrzebowaniaoraz odzysku tworzyw sztucznych w Europie w roku 2010;www.plasticseurope.org Data korzystania: 21.08.2012 r.

2. Materia³y promocyjne stowarzyszenia PlasticsEurope; Two-rzywa sztuczne – fakty 2012. Data korzystania: 01.12.2012 r.

3. Krzemieñ, Materia³oznawstwo, Wyd. Politechniki Œl¹skiej,Gliwice 2011.

4. www.plastemart.com, Data korzystania: 22.08.2012 r.5. www.europeanplasticsnews.com, Data korzystania:

22.08.2012 r.6. www.plastech.pl, Data korzystania: 22.08.2012 r.7. www.worldsteelprices.com, Data korzystania: 22.08.2012 r.8. www.hutnictwo.wnp.pl, Data korzystania: 22.08.2012 r.9. J. Matuszek, Z. Krokosz-Krynke, M. Ko³osowski, Rachunek

kosztów dla in¿ynierów, Wyd. PWE 2011.10. J. Troska-Grudzieñ, Tworzywa w przemyœle motoryzacyjnym,

PlastNews 7-8’2011.11. J. Troska-Grudzieñ, Tuning samochodowy, PlastNews

11’2011.12. M. Idzior, Kierunki zmian materia³owych w motoryzacji w œwie-

tle wymogów ekologii, MOTROL, 2007.13. www.basf.es/ecp1/Poland/pl/content/News_Informa-

tion_Center/Press/Press_releases/2011-10--08, Data korzys-tania: 29.08.2012 r.

14. www.smartforvision.basf.com/#polymer_wheel_rim, Datakorzystania: 01.12.2012r.

15. A. Boczkowska, J. Kapuœciñski, Z. Lindermann, D. Witem-berg-Perzyk, S. Wojciechowski, Kompozyty, Oficyna Wyd.Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2003.

16. J. Erbel, Encyklopedia technik wytwarzania w przemyœle maszy-nowym, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warsza-wa, 2001.



Mateusz KOZIO£, Werner HUFENBACH, Andrzej CZULAK, Agnieszka MA£DACHOWSKAMateusz KOZIO£1), Werner HUFENBACH2), Andrzej CZULAK2)*, Agnieszka MA£DACHOWSKA1)

1) Politechnika Œl¹ska, Wydzia³ In¿ynierii Materia³owej i Metalurgii, Katowice2) Technische Universitat Dresden, Institut fur Leichtbau und Kunststofftechnik, Dresden* e-mail: [email protected]

Ocena aplikacji p³yt z laminatów na bazie wyplatanych preform z w³ókien

szklanych wytwarzanych metod¹ RTM

Streszczenie. Praca przedstawia wyniki prób zginania trójpunktowego laminatów kompozytowych, wytworzo-nych metod¹ RTM, na bazie preform z w³ókna szklanego uzyskanych poprzez z³o¿enie rêkawów wyplecionych nardzeñ. Przeprowadzono analizê zmian w³aœciwoœci mechanicznych laminatów w miarê zmian k¹ta u³o¿enia pasmw³ókien wzglêdem osi rdzenia. Stwierdzono, ¿e struktury wyplatane z w³ókna szklanego stanowi¹ wartoœciowy ma-teria³ wzmacniaj¹cy dla p³yt z laminatów o osnowach polimerowych. Uzyskany poziom wytrzyma³oœci oraz modu-³u przy zginaniu kwalifikuj¹ laminaty plecionkowe jako porównywalne z ekwiwalentnymi „klasycznymi” lamina-tami na bazie tkanin. Dodatkowo, laminaty na bazie plecionek cechuje wiêksza odkszta³calnoœæ, co wi¹¿e siê z mo¿li-woœci¹ ³atwiejszego uk³adania w formach – ma to znaczenie przy produkcji elementów zaokr¹glonych i o skompliko-wanym kszta³cie. Praca stanowi wstêpny etap do dalszych badañ nad stosowaniem techniki wyplatania w technolo-gii laminatów.

EVALUATION OF AN APPLICABILITY OF GFRP LAMINATE PANELS REINFORCED WITH BRAIDEDPREFORMS AND MANUFACTURED BY RTMSummary. The paper presents the results of 3-point bending tests conducted on composite laminates, manufacturedvia RTM method, reinforced with the glass fibre preforms made by flattening of braided sleeves. The analysis ofchanges in mechanical properties with the changes in reinforcing strands angle was done. It was found thatglass-fibre braided structures are valuable reinforcing material for PMC laminate panels. The achieved level of fle-xural strength and modulus qualifies the flattened-braided laminates as equivalent to “classic” laminates reinforcedwith woven structures. Moreover, the flattened-braided laminates show much higher deformability, which enableseasier placement into the moulds – it is especially important by manufacturing of round-shaped or shape-complica-ted elements. The paper is a initial part for further investigations over application of braiding technique in the tech-nology of PMC composite laminates.

1. Wprowadzenie – wyplatanie preformi technologia RTM

Technika wyplatania polega na wytworzeniu wyrobuw³ókienniczego – „wyplotu” – na³o¿onych na siebie wokreœlonym porz¹dku pasm w³ókien (przêdza, rowing).Jest to jedna z technik wytwarzania preform stano-wi¹cych gotowe stosy wzmocnienia w³óknistego kompo-zytów z osnow¹ polimerow¹. Wytworzenie preformy jestniezbêdnym krokiem technologicznym w procesach ciœ-nieniowego nasycania laminatów, g³ównie RTM (ang. re-sin transfer moulding – formowanie przep³ywem ¿ywicy)oraz infuzji pró¿niowej.

Struktura wyplatana jest, ogólnie rzecz bior¹c, podob-na do klasycznej tkaniny – ma zazwyczaj mniejsz¹ liczbêprzeplotów na jednostkê powierzchni, a pasma w³ókienzawsze pozostaj¹ pod okreœlonym k¹tem w stosunku doosi rdzenia. Schemat wyplotu klasycznej tkaniny zilustro-wano na Rys.1.

Wyplatanie, w porównaniu z tkaniem (podstawowametoda produkcji tkanin), pozwala uzyskiwaæ znaczniewiêksz¹ gamê kszta³tów preform. Wyplatarkê, w przeci-wieñstwie do skomplikowanej maszyny tkackiej, mo¿naznacznie mniejszym kosztem wprowadziæ jako czêœæ liniitechnologicznej. Jednak zakup maszyny to relatywniedu¿y koszt, szczególnie dla niewielkiego producenta.

Konieczne jest te¿ stosowanie skomplikowanych proce-dur i narzêdzi projektowych, co faktycznie oznacza kolej-ne koszty. St¹d wyplatanie nie jest obecnie powszechn¹metod¹ wytwarzania preform dla kompozytów i stosuj¹je raczej wytwórcy jedynie dla wyrobów o wysokim stop-niu zaawansowania. Wyplatarka to urz¹dzenie z³o¿onez ramy ze szpulkami oraz uk³adu odbieraj¹cego pasma


16 Mateusz KOZIO£, Werner HUFENBACH, Andrzej CZULAK, Agnieszka MA£DACHOWSKA

Rys. 1. Przyk³adowe struktury w³ókiennicze: a) wyplatana – typ zawie-raj¹cy dodatkowe pasma wzd³u¿ne, b) tkana.

w³ókien na rdzeñ. Czêœæ odbieraj¹ca mo¿e byæ prostymuk³adem przemieszczaj¹cym rdzeñ z odpowiedni¹ szyb-koœci¹, b¹dŸ mieæ dodatkowe mo¿liwoœci przemieszcza-nia lub przekrêcania rdzenia. Takim narzêdziem manipu-luj¹cym rdzeniem mo¿e byæ np. robot. Przyk³adowewyplatarki zaprezentowano na Rys.2.

Struktury w³ókien technicznych (szklanych, wêglo-wych, poliaramidowych) przeznaczone do produkcjikompozytów wyplata siê z rowingu – ci¹g³ych pasm za-wieraj¹cych kilkaset lub kilka tys. elementarnych w³ókie-nek. Wypleciona struktura ma postaæ „rêkawa” i jest na-winiêta na rdzeñ o okreœlonym kszta³cie, bêd¹cy zamk-niêtym profilem lub konstrukcj¹ ramow¹. Preformaprzyjmuje kszta³t rdzenia, odpowiadaj¹cy kszta³towi

wyrobu. Mo¿e cechowaæ siê du¿ym stopniem komplika-cji. Prosty schemat wyplatania oraz schemat procesu po-ruszania siê tzw. lalek pomiêdzy tarczami przedstawionona Rys.3.

Oprócz ogromnych mo¿liwoœci w zakresie preformnawijanych na rdzenie, wyplatanie pozwala te¿ produko-waæ preformy p³ytowe. Preformê tak¹ uzyskuje siê po-przez zsuniêcie z rdzenia i z³o¿enie wyplecionego „rêka-wa” – Rys.4.


Ocena aplikacji p³yt z laminatów na bazie wyplatanych preform z w³ókien szklanych wytwarzanych metod¹ RTM 17

Rys. 2. Wyplatarki przemys³owe: a) wyplatarka przemys³owa HER-ZOG (ILK), b) szybkobie¿na wyplatarka HERZOG z robotem KUKAoperuj¹cym rdzeniami (ILK).

Rys. 3. a) Automatyzacja procesu wyplatania, b) Schemat procesu po-ruszania siê „lalek” pomiêdzy tarczami

Rys. 4. Schemat tworzenia preformy p³ytowej ze struktury naplecionej na rdzeñ.

Technika ta nie jest dot¹d stosowana w warunkachprzemys³owych, jednak¿e, zdaje siê byæ ciekaw¹ alterna-tyw¹ dla „klasycznych” tkanin. Laminaty wytworzone nabazie tego typu „sk³adanej” plecionki s¹ przedmiotemniniejszego opracowania.

Wytwarzanie wyrobów kompozytowych metod¹RTM polega na umieszczeniu preformy w³óknistej wsztywnej zamkniêtej formie i wtryœniêciu pod ciœnieniemlub pró¿niowym zassaniem ¿ywicy, prowadz¹c do jejnape³nienia. Schemat metody zaprezentowano na Rys.5.

Technologia RTM umo¿liwia wytwarzanie wyro-bów bardzo dobrych jakoœciowo, z bardzo dobr¹ po-wtarzalnoœci¹ (najwa¿niejsza zaleta w porównaniuz powszechnie stosowan¹ metod¹ rêczn¹). Jest tak¿ebezpieczna z punktu widzenia ekologii i BHP – procesmo¿na prowadziæ w uk³adzie zamkniêtym, bez emisjiszkodliwych oparów rozpuszczalników z ¿ywicy.Obecnie w polskim przemyœle kompozytowym nastê-puje stopniowe wdra¿anie metody RTM oraz alterna-tywnej (w³aœciwie komplementarnej) metody infuzjipró¿niowej.

Praca ma na celu wstêpn¹ ocenê stosowalnoœci p³yt zlaminatów „polimer – w³ókno szklane” na bazie strukturwyplatanych, z punktu widzenia w³aœciwoœci mechanicz-nych. Jako kryterium przyjêto wytrzyma³oœæ oraz modu³wyznaczone w próbach zginania. Analizie poddano re-prezentatywn¹ przyk³adow¹ strukturê o zró¿nicowanymk¹cie u³o¿enia pasm. Pozwoli³o to oceniæ anizotropiêstruktury (i w³aœciwoœci) materia³u. Laminaty na bazieplecionek wytworzono metod¹ RTM.

2. Przygotowanie materia³u do badañ

W celu realizacji pracy przygotowano metod¹ RTMlaminaty na bazie trzech przyk³adowych struktur wypla-tanych oraz – dla porównania – dwa ekwiwalentne lami-naty klasyczne.

Do wykonania wyplotów u¿yto uk³adu z³o¿onego zszybkobie¿nej wyplatarki HERZOG – œrednica ramy 8 m– i robota przemys³owego KUKA (Rys.2b), gdzie na rdzeño przekroju okrêgu o œrednicy 100 mm napleciono 36pasm rowingu szklanego (szk³o E, producent VETRO-

TEX, preparacja uniwersalna dla poliestrów i epoksy-dów) o gêstoœci liniowej 4800 tex. Uzyskano rêkaw o gra-maturze œciany ok. 550 g/m2. Rêkaw zsuniêto nastêpnie zrdzenia i z³o¿ono do postaci dwuwarstwowego przykro-ju (Rys.4). Uzyskano p³ask¹ preformê, z 2 warstw plecion-ki, o ³¹cznej gramaturze 1100 g/m2. Preformy porównaw-cze przygotowano poprzez rêczne zszycie krawêdziowe(fastrygowanie) 4 warstw p³óciennej tkaniny szklanej(szk³o E, producent VETROTEX, preparacja uniwersalnadla poliestrów i epoksydów) o gramaturze 275 g/m2.£¹czna gramatura wynios³a 1100 g/m2, co odpowiadaprzygotowanym plecionkom.

Przygotowane preformy umieszczono kolejno w za-mykanej formie o wymiarach gniazda 320 × 600 mm i na-sycono pró¿niowo metod¹ RTM. U¿yto ¿ywicy epoksy-dowej EPIDIAN 53 z utwardzaczem Z1 dodanym w iloœci10% wag. Temperatura ¿ywicy i otoczenia wynosi³a dlawszystkich preform 19°C (czas ¿ycia ¿ywicy ok. 25 min).Uk³ad pró¿niowy by³ zasilany pomp¹ in¿ektorow¹VOLKMANN zapewniaj¹c¹ sta³e podciœnienie w zakre-sie -0,7 – -0,75 bar. Po nasyceniu (czas procesu ok. 4 – 5min. dla plecionek i 10 – 12 min. dla tkanin) zamkniêtodop³yw ¿ywicy i podtrzymano pró¿niê na wylocie formyprzez co najmniej 25 min. Mia³o to zapewniæ ¿elowanie¿ywicy w warunkach szczelnoœci uk³adu i przy jej równo-miernym rozp³ywie w formie. Po wy³¹czeniu pró¿ni p³y-tê pozostawiono w formie na 24 h dla utwardzenia wtemperaturze otoczenia, nastêpnie wyjêto i dotwardzonow suszarce w temp. 45°C przez 6 h. Po wytworzeniu od-ciêto brzegi ka¿dej p³yty i wyciêto próbki mechanicznie.Przeprowadzono ocenê udzia³u objêtoœciowego w³ókienmetod¹ wagow¹ – przez porównanie wycinka suchej pre-formy z ekwiwalentnym wycinkiem utwardzonego lami-natu. Laminaty na bazie plecionek wykaza³y œredniudzia³ 47,3%, laminaty na bazie tkanin 51,5%. Gruboœælaminatów na bazie plecionek wynosi³a ok. 1,35 mm, zaœtkaninowych – ok. 1,0 mm. Próbki do prób zginaniao kszta³cie prostok¹tnym – d³ugoœæ 85 mm, szerokoœæ25 mm – wyciêto z p³yt mechanicznie, w kierunkuwzd³u¿nym i poprzecznym do osi wyplatania (osi rdze-nia rurowego). Dla ka¿dego punktu pomiarowego przy-gotowano po 9 próbek.

3. Próby zginania

Próby zginania 3-punktowego przeprowadzono namaszynie INSTRON 4469 zgodnie z zaleceniami normyPN-EN ISO 14125 [2]. W celu zapewnienia podobnegostosunku rozstawu podpór L do gruboœci próbki h, roz-staw ustalono: dla próbek wyplatanych na 60 mm, dlapróbek tkaninowych na 45 mm. Prêdkoœæ posuwu trzpie-nia ustalono na 10 mm/min dla próbek wyplatanych (L =60 mm) i na 7,5 mm/min dla tkaninowych (L = 45 mm).Wszystkie próby prowadzono w temp. 21°C.

Na podstawie wyników prób wyznaczono: Wytrzy-ma³oœæ na zginanie Rg, modu³ sprê¿ystoœci Eg oraz od-kszta³cenie zewnêtrznej powierzchni próbki w momencieuzyskania maksymalnego naprê¿enia w próbie �Rg. Uzys-kane wyniki zestawiono w Tabeli 1.



Rys. 5. Schemat uk³adu do nasycania preform w³óknistych metod¹RTM (ang. resin transfer moulding) – wersja z zasysaniem pró¿nio-wym.

4. Analiza wyników

Uzyskane wyniki wskazuj¹, ¿e u³o¿enie pasm w³ó-kien w wyplocie determinuje anizotropiê w³aœciwoœcimechanicznych, a tym samym okreœla mo¿liwoœci zasto-sowania laminatów z takim wzmocnieniem. Wykresy naRys. 6 i 7 obrazuj¹ trendy zmian wyznaczonych wielkoœciwraz ze zmian¹ k¹ta u³o¿enia w³ókien wzglêdem osiobci¹¿ania.

W³aœciwoœci mechaniczne przy zginaniu uzyskanedla p³yt laminatowych na bazie wyplotu o k¹cie odchyle-nia od osi obci¹¿enia 30° mo¿na uznaæ za porównywalnez ekwiwalentnymi laminatami wzmocnionymi tkanin¹krzy¿ow¹ (Tabela 1). Uzyskane trendy dla Rg i Eg (Rys.6)maj¹ charakter odpowiednio potêgowy i logarytmiczny(s¹ do siebie podobne). Zgodnie z trendem dla Rg(Rys.6a), w przypadku obni¿enia k¹ta odchylenia do ok.20°, co jest technologicznie mo¿liwe, uzyskano by wynikprzewy¿szaj¹cy laminat wzmocniony tkanin¹ krzy¿ow¹.Uzyskanie modu³u równego laminatowi z tkanin¹ krzy-¿ow¹ wymaga³oby uzyskania k¹ta odchylenia pasm wgranicach 10° (Rys.6b), co stanowi³oby ju¿ technologicznewyzwanie. Mo¿liwoœci odkszta³ceniowe materia³u po-prawiaj¹ siê ze wzrostem k¹ta odchylenia (Rys.7), co rów-

nie¿ ma znaczenie w wielu rozwi¹zaniach konstrukcyj-nych. Uzyskane trendy zmian w³aœciwoœci mechanicz-nych (Rys.6 i 7) odbiegaj¹ istotnie od prostych przewidy-wañ teoretycznych. W celu przewidywania w³aœciwoœcimechanicznych projektowanych kompozytów w³óknis-tych wprowadzono pojêcie wspó³czynnika wzmocnienia.Jest to bezwymiarowa wielkoœæ wskazuj¹ca jakie umoc-nienie materia³u, w porównaniu z ekwiwalentnym sto-sem w³ókien jednokierunkowych, spowoduje dana struk-tura wzmacniaj¹ca, w danym kierunku [3-6]. Wspó³czyn-nik wzmocnienia dla konkretnego laminatu lub grupylaminatów mo¿na wyznaczyæ eksperymentalnie. Dlawstêpnego szacowania wyznacza siê go teoretycznie.Teoretyczny wspó³czynnik wzmocnienia dla plecionkipowinien byæ obliczany zgodnie z zasadami klasycznejteorii laminatu [5,6], wed³ug nastêpuj¹cej formu³y:

� � �� Vwii

n

cos1

gdzie: – teoretyczny wspó³czynnik wzmocnienia, Vwi –udzia³ objêtoœciowy i-tej grupy w³ókien o okreœlonymk¹cie �, � – k¹t u³o¿enia w³ókien wzglêdem kierunku 0°(kierunku odniesienia).

Przy u³o¿eniu w³ókien z 50% pasm pod k¹tem 30°oraz 50% pod k¹tem –30° do osi rdzenia (podobnie jak na



Rys. 6. Wytrzyma³oœæ na zginanie Rg (a) oraz modu³ Eg (b) laminatów na bazie wyplotu, w zale¿noœci od k¹ta odchylenia pasm w³ókien od kierunkuobci¹¿ania. W – próbki wyciête wzd³u¿ osi rdzenia, P – próbki wyciête poprzecznie do osi rdzenia.

Tabela 1. W³aœciwoœci mechaniczne wyznaczone na podstawie prób zginania 3-punktowego dla laminatów wzmocnionychwyplotem i tkaninami.

Rodzaj próbki Rg, MPa Eg, GPa Odkszta³cenie �Rg*, %

Wyplot; 30 stopni, zginana poprzecznie do osi wyplatania 65 ± 6 5,0 ± 0,6 5,5 ± 0,4

Wyplot; 30 stopni, zginana wzd³u¿ osi wyplatania 408 ± 24 12,6 ± 0,9 4,0 ± 0,6





Tkanina; p³ótno krzy¿owe – u³o¿enie pasm 0/90 554 ± 49 21,4 ± 1,3 3,2 ± 0,2

Tkanina; p³ótno krzy¿owe – u³o¿enie pasm ±45 338 ± 44 12,4 ± 1,4 3,3 ± 0,2

* odkszta³cenie zewn. powierzchni belki zginanej w momencie uzyskania maksymalnego naprê¿enia w próbie

Rys.1a – bez dodatkowych pasm wzd³u¿nych), wynosi0,866. Wobec tego, przy wspó³czynniku wzmocnieniatkaniny krzy¿owej równym 0,5, laminat z plecionk¹ po-winien wykazaæ wytrzyma³oœæ wiêksz¹, ni¿ laminat ztkanin¹. Tymczasem ma on o ponad 25% mniejsz¹ wy-trzyma³oœæ Rg. Ogólnie rzecz bior¹c, w praktyce, przewi-dywania doœæ znacz¹co odbiegaj¹ od wyników ekspery-mentalnych. Przyk³adowo, dla laminatu uzyskanegotechnologi¹ RTM, z jednokierunkowym wzmocnieniemw³óknem szklanym (udzia³ objêtoœciowy 51%), przy 30°odchyleniu w³ókien od osi obci¹¿enia, stwierdzono spa-dek wytrzyma³oœci na rozci¹ganie o ok. 65% – Rys.8a [7].

Tymczasem, zgodnie z prezentowan¹ wy¿ej teori¹,spadek ten powinien wynieœæ ok. 14%. Z kolei na Rys.8b

pokazano ró¿nicê w wytrzyma³oœci na zginanie laminatuna bazie tkaniny krzy¿owej i podobnego laminatu na ba-zie maty. Mata zapewnia wytrzyma³oœæ na poziomie po-wy¿ej 50% wytrzyma³oœci zapewnianej przez tkaninê.Tymczasem, zgodnie z teori¹ wzmocnienia laminatu po-winno to byæ ok. 33%. Ró¿nice wynikaj¹ z tego, ¿e prostymodel teoretyczny nie uwzglêdnia wielu czynnikówwp³ywaj¹cych na wytrzyma³oœæ, g³ównie zwi¹zanychz przebiegiem zniszczenia kompozytu. Przyk³adowo, wstrukturze wzmocnionej jednokierunkowo, o pasmachu³o¿onych pod pewnym k¹tem w stosunku do kierunkuobci¹¿ania, pojawiaj¹ siê wewn¹trz warstw naprê¿eniastyczne [6]. Bez w¹tpienia prowadz¹ one do zerwaniaspójnoœci laminatu w obszarach miêdzy w³óknami (œci-nanie), przy naprê¿eniu znacznie mniejszym, ni¿ przewi-dywania teoretyczne. W przypadku wzmocnieñ krzy¿o-wych (tkanina, wyplot) niebezpieczeñstwo wewn¹trz-warstwowego œcinania jest ograniczone przez obecnoœæprostopad³ych (lub prawie prostopad³ych) pasm wzmoc-nienia. Prawdopodobnie, wp³yw na zró¿nicowanie wyni-ków eksperymentalnych i teoretycznych ma efekt pofalo-wania pasm rowingu (tzw. karbikowanie, ang. crimp).Wystêpuje on w strukturach tkanych i wyplatanych (na-tomiast nie w tkaninach jednokierunkowych – ang.non-crimp fabrics). Karbikowanie skutkuje dodatkowymefektem odchylenia pasm wzmacniaj¹cych od kierunkuobci¹¿ania i to wielokrotnie na odcinku d³ugoœci lamina-tu – dla badanych plecionek bêdzie ok. 11 przeplotów na100 mm d³ugoœci ka¿dego pasma w³ókien, a dla badanejtkaniny krzy¿owej bêdzie to ok. 28 przeplotów. Mniejpunktów odchylenia pasm powinno korzystnie wp³ywaæna w³aœciwoœci mechaniczne plecionki, w porównaniu ztkanin¹. Jednak¿e, wiêkszy tex pasm w³ókien w plecionce– a wiêc wiêkszy ich rozmiar – powoduje, ¿e przeciêtneodchylenie jest wiêksze. Powoduje to istotnie wiêkszyniekorzystny wp³yw na wytrzyma³oœæ laminatu (po-



Rys. 8. Zale¿noœci w³aœciwoœci mechanicznych laminatów epoksyd – w³ókno szklane od u³o¿enia w³ókien: a) zale¿noœæ wytrzyma³oœci na rozci¹ga-nie jednokierunkowo wzmocnionego w³óknem szklanym laminatu o zawartoœci objêtoœciowej 51% od k¹ta pasm wzmocnienia wzglêdem osi obci¹¿a-nia [7], b) zale¿noœæ wytrzyma³oœci na zginanie, modu³u i odkszta³cenia przy maksymalnym naprê¿eniu laminatu o wzmocnieniu krzy¿owymi wzmocnieniu mat¹ [8].

Rys. 7. Odkszta³cenie zewnêtrznej powierzchni próbki w momencieuzyskania maksymalnego naprê¿enia w próbie �Rg, dla laminatów nabazie wyplotu, w zale¿noœci od k¹ta odchylenia pasm w³ókien od kierun-ku obci¹¿ania. W – próbki wyciête wzd³u¿ osi rdzenia, P – próbki wyciê-te poprzecznie do osi rdzenia.

twierdzaj¹ to m.in. wyniki na Rys.8a). Globalnie wiêc jestto prawdopodobna przyczyna mniejszej wytrzyma³oœciplecionki od tkaniny i niezgodnoœci z przewidywaniamiteoretycznymi. Innym czynnikiem wp³ywaj¹cym nega-tywnie na wytrzyma³oœæ laminatów wzmocnionych wy-plotem jest relatywnie du¿y „luz” struktury, czyli doœædu¿e rozmiary pustych obszarów miêdzy pasmami w³ó-kien. S¹ one obszarami niewzmocnionymi, podatnymi napowstawanie i szybki rozwój pêkniêæ. Proces wyplatanianie zapewnia œciœniêcia pasm porównywalnego z proce-sem tkania. Z drugiej strony, z tego samego powodu tka-nie nie mo¿e byæ skutecznie wykorzystywane do bezpo-œredniego tworzenia skomplikowanych preform, co jestdomen¹ wyplatania. „Luz” struktury mo¿e te¿ byæ ko-rzystny w niektórych zastosowaniach wymagaj¹cych od-kszta³calnoœci sprê¿ystej lub nawet plastycznej (szczegól-nie przy zastosowaniu odpowiednio odkszta³calnej osno-wy [9]). Przebieg zniszczenia laminatów, g³ównie pod-czas zginania, analizowano wczeœniej w ramach pracw³asnych [10]. Tak¿e wp³yw lokalnych odchyleñ pasmw³ókien na w³aœciwoœci mechaniczne laminatów przeba-dano w ramach wczeœniejszych prac w³asnych [11,12].

5. Ocena mo¿liwoœci aplikacyjnych p³yt z laminatówna bazie struktur wyplatanych

Przeprowadzone badania potwierdzaj¹, ¿e strukturywyplatane z w³ókna szklanego stanowi¹ wartoœciowymateria³ wzmacniaj¹cy dla kompozytów o osnowach po-limerowych. Do charakterystycznych dla technologiiwyplatania nale¿y zaliczyæ preformy naplatane na rdze-nie (np. rury, zbiorniki, s³upy i maszty, ciêgna zastrza³o-we, wa³y) oraz naplatane na ramy (np. podwozia i nad-wozia pojazdów). Zarówno zagadnienia technologiczne,jak i badania u¿ytkowe struktur wyplatanych przedsta-wiono w ramach wczeœniejszych prac w³asnych [13,14].Uzyskane wyniki pozwalaj¹ stwierdziæ, ¿e celowe jeststosowanie techniki sk³adania wyplatanych rêkawówjako preform dla p³yt laminatowych. Wyznaczone dlatego typu laminatów (przy k¹cie odchylenia pasm w³ó-kien od osi obci¹¿enia 30°) wytrzyma³oœæ oraz modu³przy zginaniu – odpowiednio 408 MPa oaz 12,6 GPa –kwalifikuj¹ je jako porównywalne z ekwiwalentnymi„klasycznymi” laminatami na bazie tkanin krzy¿owych(Tabela 1).

Laminaty na bazie wyplotu, nale¿a³oby szczególniezaleciæ w rozwi¹zaniach umo¿liwiaj¹cych wystêpowaniedu¿ej anizotropii modu³u i wytrzyma³oœci – wobec brakudodatkowych przeplotów nie ma mo¿liwoœci jej ograni-czenia, jak w niektórych typach tkanin. W zastosowa-niach, gdzie jest to wymagane, u³o¿enie pasm w³ókienpod niewielkim k¹tem daje bardzo wysoki poziom w³aœ-ciwoœci mechanicznych laminatu, porównywalny zewzmocnieniem jednokierunkowym (patrz Rys.6).

Laminaty na bazie „z³o¿onych” mog¹ cechowaæ siêograniczonym dzia³aniem efektu krawêdziowego w jed-nym z kierunków. Uzyskaæ to mo¿na poprzez pozosta-wienie nieobciêtych krawêdzi „z³o¿onego” rêkawa. Wy-maga to oczywiœcie precyzyjnego dobrania rozmiaru

rêkawa do wymiarów gniazda formy. Dzia³anie takie jestutrudnione w przypadku tkanin, gdy¿ zbita strukturautrudnia uzyskanie nieuszkodzonej krawêdzi „z³o¿o-nych” warstw. „Luz” wyplotu jest tu istotn¹ przewag¹.

Laminaty wzmocnione wyplotem, jak i same wyploty,cechuje wiêksza odkszta³calnoœæ w porównaniu z lamina-tami tkaninowymi oraz tkaninami krzy¿owymi. Wi¹¿esiê to z mo¿liwoœci¹ ³atwiejszego uk³adania w formach –ma to znaczenie przy produkcji elementów zaokr¹glo-nych i o skomplikowanym kszta³cie – oraz ma znaczeniew wielu aplikacjach. Istniej¹ bowiem konstrukcje o wy-maganej odkszta³calnoœci, zarówno sprê¿ystej, jak i plas-tycznej [9].

6. Podsumowanie

Wyniki wstêpnych badañ przeprowadzonych w pracypozwalaj¹ stwierdziæ, ¿e struktury wyplatane z w³óknaszklanego stanowi¹ wartoœciowy materia³ wzmacniaj¹cydla p³yt z laminatów o osnowach polimerowych. Uzyska-ne dla tego typu materia³ów wytrzyma³oœæ oraz modu³przy zginaniu (odpowiednio 408 MPa oaz 12,6 GPa) kwali-fikuj¹ je jako porównywalne z ekwiwalentnymi „klasycz-nymi” laminatami na bazie tkanin. W porównaniu z nimi,laminaty na bazie plecionek cechuje wiêksza odkszta³cal-noœæ, co wi¹¿e siê z mo¿liwoœci¹ ³atwiejszego uk³adaniaw formach – ma to znaczenie przy produkcji elementówzaokr¹glonych i o skomplikowanym kszta³cie.

PodziêkowaniaPraca zosta³a sfinansowana ze œrodków Narodowego Cen-

trum Nauki w ramach projektu badawczego nr 6286/B/T02/2011/40.

Literatura:

[1] Hansmann H.: Compendium Composites. Handbook/Ex-traction – Braiding, Hochschule Wismar, FB MVU, Wismar,2003

[2] PN-EN ISO 14125:2001 A1 20011. Kompozyty tworzywowewzmocnione w³óknem – Oznaczanie w³aœciwoœci przy zgi-naniu

[3] Hyla I., Œleziona J.: Kompozyty. Elementy mechaniki i pro-jektowania, Wydawnictwo Politechniki Œl¹skiej, Gliwice2004

[4] Œleziona J.: Podstawy technologii kompozytów, Wydawnic-two Politechniki Œl¹skiej, Gliwice 1998

[5] Hyla I.: Wybrane zagadnienia z in¿ynierii materia³ów kom-pozytowych, PWN, Warszawa 1978

[6] Hyla I.: Elementy mechaniki kompozytów, WydawnictwoPolitechniki Œl¹skiej, Gliwice 1995

[7] Nevile D. i inni: The influence of type and orientation of fib-res on the strength of composite materials, Swiss Materials,3(1989)21-24

[8] Kozio³ M.: The effect of reinforcing fabric type on mechani-cal performance of laminar FR epoxy composite, Compo-sites Theory and Practice, 1(2012)60-65

[9] Hufenbach w., Gude M., Adam F., Modler N., Heber T., Ren-ner O., Körner I., Weck D.: Experimental investigation of



composite-based compliant structures, Kompozyty,3(2011)187-191

[10] Kozio³ M., Œleziona J.: Przebieg zniszczenia przy statycz-nym zginaniu laminatów poliestrowo-szklanych o wzmoc-nieniu zszywanym, Polimery, 2008, 53, nr 11 – 12, s. 502 –508

[11] Kozio³ M.: Experimental study on the effect of stitch arran-gement on mechanical performance of GFRP laminates ma-nufactured on a basis of stitched preforms, Journal of Com-posite Materials, 46(2012)9, s. 1067 – 1078

[12] Kozio³ M.: Effect of thread tension on mechanical perfor-mance of stitched glass fibre-reinforced polymer laminates

– experimental study, Journal of Composite Materials, On-line First, DOI: 10.1177/0021998312452179

[13] Hufenbach W., B³a¿ejewski W., Kroll L. i inni: Manufactureand multiaxial test of composite tube specimens with brai-ded glass fiber reinforcement, J. Mater. Proc. Technol.162–163(2005)65–70

[14] B³a¿ejewski W., Czulak A., G¹sior P., Pawlak T., HufenbachW.: Ciœnieniowe badania kompozytowych próbek ruro-wych wykonanych metod¹ wyplatania, Kompozyty,3(2009)291-296



Krzysztof LIS, Jan KOSMOLKrzysztof LIS, Jan KOSMOLDepartment of Machine Technology, Silesian University of Technology in Gliwice; e-mail: [email protected]

Application of thermovision techniques in temperature identification during the

drilling process

Summary. The main goal of the article is to show the research conception of identification of temperature field in thecutting zone during drilling process, using a modern thermovision technique. During the research the attentionwas focused on a method which does not interfere directly with the cutting process. The main criterion of the analy-sis was the possibility to apply the method in temperature monitoring system of the drilling process. During the firststage, the work was focused on the research of the emissivity coefficient, which permitted to solve the basic problemconcerning non-contact measurements. The surface of drilling process components i.e. the tool, the workpiece, andthe chip was studied. The next stage concerned the principle research. The investigation results were analyzed by aworked out module of software processing sequence of thermovision image. The software was worked out in Lab-View.

ZASTOSOWANIE METOD TERMOWIZYJNYCH DO IDENTYFIKACJI TEMPERATURY W PROCESIEWIERCENIAStreszczenie. G³ównym celem artyku³u jest przedstawienie koncepcji i wyników badañ identyfikuj¹cych tempera-turê w obszarze strefy skrawania podczas procesu wiercenia z u¿yciem technik termowizyjnych. Badania dotyczy³ymetody, która nie pozwala bezpoœrednio mierzyæ temperaturê w strefie skrawania, poniewa¿ w procesie wiercenianie ma do niej dostêpu. Zasadniczym, dalekosiê¿nym celem badañ by³o zweryfikowanie mo¿liwoœci zastosowaniaproponowanej metody do monitorowania temperatury w procesach wiercenia. W pierwszym kroku badania koncen-trowa³y sie na okreœleniu tzw. wspó³czynnika emisyjnoœci, który warunkuje mo¿liwoœæ stosowania metod bezkon-taktowych do pomiaru temperatury. Analizowano interfejs procesu wiercenia, tzn. wp³yw narzêdzia (wiert³a),przedmiotu wierconego i wiór. W nastêpnym kroku skoncentrowano sie na zasadniczym celu badañ, tzn. wynikachpomiaru temperatury kamer¹ termowizyjn¹. Rejestracja i dalsze przetwarzanie otrzymanych wyników pomiarówby³y realizowane przy pomocy specjalnie skonstruowanych procedur do przetwarzania obrazów termowizyjnychw programie LabView.

1. INTRODUCTION

All main assumptions related to the temperature mo-nitoring method of the tool in such a way so as not to in-terfere with the cutting process, especially when the ac-cess to the cutting zone is hindered (as in the case of dril-ling), are based on the idea of using the tool, the work-piece, or the chip as the sensor. The temperature is mea-sured for individual components of the cutting process.

Measuring methods determining the temperature ofthe object as based on its energy condition require preciseidentification of those workpiece properties which actual-ly describe its ability to emit radiation.

Heat radiation emitted by particular components ofthe cutting process may include the information about thetemperature of those components provided one determi-nes the above mentioned properties. Issues related to theabove and the attempts aimed at solving them can befound in [1], and those dealing with cutting componentsof the drilling process in [2].

2. TWO-DIMENTIONAL TEMPERATUREMEASUREMENT DURING THE DRILLING

PROCESS

The scientific research was conducted with the assis-tance of thermographic camera (IR) within the spectral

range of 8-14 µm and the picture definition of 320×240pixels. Maximum speed of the camera equaled 30 fra-mes/sec. Experimental research of the drilling processwas conducted for the drill diameter of � 5mm XWMCtype according to DIN338 HSCO made by GÜEHRING,and at the numerically controlled milling machine TRIACVMC type made by DENFORD. The workpieces used inthe experiment were made of steel ST3 and their dimen-sion 100×70×20 mm.

2.1. The concept of the research work stand

The concept of measuring the temperature by the useof thermovision camera is based on the idea of taking theadvantage of radiation reflector IR in order to measurethe tool temperature at the place where the drill getsthrough the workpiece during the process. This solutionenables carrying out the measurements at two points si-multaneously while using just one pyrometer (Fig. 1).

IR camera was placed on a tripod 1800mm away fromthe workpiece. The radiation reflector polished to the re-flexivity level approximately Er = 0,965 was placed be-neath the workpiece. The inclination angle of the reflectorhas been chosen in such a way that IR radiation falling onto it and being reflected formed the smallest angle measu-red in relation to the typical surface of the reflector (Fig.1). The positioning angle of the reflector was approxima-


Application of thermovision techniques in temperature identification during the drilling process 23

tely 60° against the level. Data acquisition was carried outby the use of software operating in the NI Labview envi-ronment. The speed of data acquisition equaled 25 imagesper second. Cutting parameters were chosen followingthe data included in the catalogue offered by the tool pro-ducer [4] and the preliminary cutting process trials. Theresearch included the following parameters Vc = 28m/minand the feed f=0,06mm/min. Taking the advantage of thework stand and software presented in paper [2] dealingwith the issue of emissivity in pyrometric measurementsof temperature it was possible to conduct additional re-search. It was targeted at determining the emissivity coef-

ficients of particular components of the cutting processtogether with the IR reflector used at the work stand.

The average value of the band emissivity of the wor-king part of the drill equaled E – 0,82. Emissivity of thereflector Er = 0,035 and the emissivity of the workpieceEo = 0,74.

2.2. Results and their analysis

In order to enable identification in the thermovisionimage of the particular components of the drilling process(chip, tool, workpiece) a picture of the cutting zone hasbeen taken from the thermovision camera perspective. Acomparison of the sample thermal picture and the onetaken within the range of visible radiation is presented inFig. 2.

Analyzing the obtained temperature matrix, as basedon the pyrometric properties of the examined surfaces vi-sible in the picture taken within the visible radiationrange and assuming their homogeneity, it was possible toascribe emissivity coefficients. Theoretical grounds fortheir use, recalculations of temperature for E = 1 standingfor genuine temperature, i.e. adjusted to the genuineemissivity coefficient for the measured surface are pre-sented in [1] and [2].

It is important not to ignore the fact that application ofthe infrared reflector introduces additional suppressionto the measurement system. Knowing the reflexivity coef-ficient Rr of the applied reflector it is possible to estimatesubstitute emissivity of the workpiece Ez using the rela-tion:

Ez = (1 – RR) · Eo (1)where: RR – emissivity coefficient of the reflector

Eo – genuine emissivity coefficient of the researchedworkpiece

Ez – substitute (included in measurements) emissivitycoefficient of the researched workpiece

The analysis of thermographic images was conductedby the use of the software designed uniquely for the re-search purposes and developed within the LabView envi-ronment (Fig. 3a).


24 Krzysztof LIS, Jan KOSMOL

Fig. 1. The diagram and the view of the work stand

Fig. 2. Image within the visible range and infra-red range for a sample frame obtained during the research

The first stage of the analysis dealing with the obtai-ned time curves of the temperature distribution focusedon the attempt to determine the maximum temperature ofthe cutting process at the time when the tool was gettingthrough the workpiece. The above goal was achieved byanalyzing the value of temperature reflection of the toolgetting through the workpiece in the reflector. The maxi-mum temperature of the reflector was determined foreach thermovision image. Thus it was possible to obtaintime curves of the maximum temperature of the reflectorTr=f(t) as presented in Fig. 3c. The picture shows T1 whichmarks temperature without any corrections (for the coef-ficient E=1) and T2 identifying temperature value in rela-tion to lower surface of the workpiece (coefficient E=0.74).The substitute emissivity of the surface was determinedaccording to the relation (1) and it equaled:

Ez = Eo · RR = Eo(1 – ER) = 0.74 · 0.965 = 0.71 (2)The maximum values resulting from the temperature

curves (Fig. 3c) equaled Tr1 = 622°C and Tr2 = 672°C respec-tively. Thus the discrepancy does not exceed 10% of themaximum values.

The following analysis involved determination of thetemperature distribution along the axis of the tool. Thishowever required geometrical calibration of the thermo-vision image. The calibration process was based on thedimensions of the workpiece.

In order to obtain the genuine temperature of the con-sidered line located in the axis of the drill, it was neces-sary to rescale temperature readings in accordance withemissivity coefficients of the measured elements. Tempe-rature figures corrected in compliance with values of thedetermined emissivity coefficients for two holes are pre-

sented in picture 4. The temperature was corrected pro-portionally to the emissivity coefficient. The camera wasbound to the workpiece throughout the process.

The software was customized in order to analyze theimages IR (Fig. 3a). The software enabled transformationof the co-ordinate system from the IR camera system ontothe spindle and tool (Z axis of the machine tool). The


Application of thermovision techniques in temperature identification during the drilling process 25

a) b)

c)

Fig. 3. a) Main interface of the application used in the analysis of thermovision frames; b) the view within the visible range and within IR range of thedrill while it is getting through the workpiece and the linear distribution of the temperature of the drill’s axis as presented in the time function; c) re-flector temperature curves in the time function Tr=f(t) during drilling two holes: T1 – temperature for E=1, T2 – temperature for E=0,71

E=0,82 workpiece E=0,71

drill reflector

Fig. 4. Temperature distribution of the drill’s axis for the raw data (E=1)and after correction – for the first and the second hole

transformation was carried out in compliance with thenumerical software of the CNC machine tool used in theexperiment.

The closer one moves to the cutting zone, followingthe tool’s axis, the bigger impact of the disturbance cau-sed by chips one observes.

The disturbances are represented by quick changes intemperature values, quite untypical for thermal processestaking place in objects of inertial characteristics.

Fig. 5a displays results obtained from the analysis oftime curves of several selected points located on the tool’saxis. The figure presents the course of genuine values andvalues for which disturbances have been filtered by theuse of high-pass filter.

The value of the limit frequency was assumed to be fgr

= 1Hz. The time curves of disturbances are presented aswell. Fig. 5b. depicts relative value of disturbance level,determined in relation to absolute value of the signal ex-pressed in percentage versus distance from the vertex.

The results presented in the picture 5b indicate thebest measuring point of the tool, in relation to the assu-med criterion i.e. disturbance level, which appears to belocated near its middle section.

3. CONCLUSIONS

Technological development within the domain ofnon-contact temperature measurements, which is basedmainly on energy of the heat radiation, suggests the pos-sibility of applying the methods to identify the tempera-ture field in the cutting process. Presented results servejust as an example of applying thermovision devices tomeasure temperature field of the drilling process. In fu-ture however, they can be used successfully in tempera-ture monitoring system of the drilling process.

References

[1] Michalski L., Eckensdorf K., Pomiary Temperatury. WNT,Warszawa 1986

[2] Lis K.: Problem emisyjnoœci w pomiarach pirometrycznych tem-peratury, Scientific Papers of The Machine Technology De-partment No 2/2006, Gliwice, 2006

[3] Technical documentation of the camera A320[4] Product Catalogue of GUHRING, Percision Cutting Tools,

Standard Ganges 6th Edition. 1996.


26 Krzysztof LIS, Jan KOSMOL

0

5

10

15

20

25

30

35

20 30 40 50 60 70 80

distance [mm]

no

ise

leve

l[%

]

a)

b)

Raw data

Filtered raw data (high-pass filter, f = 1Hz)gr

Disturbances (low-pass filter, f =1Hz)gr

Fig. 5. a) Time curve of the temperature measured (for E = 1) for several points located on the tool’s axis; b) relative value of the temperature distur-bance level measured at specific points of the tool presented as the distance function of those points from the vertex.

Katarzyna NOWICKA, Henryk FIGIEL, Waldemar TOKARZ, El¿bieta SO£TYSIAK, Marta B£A¯EWICZKatarzyna NOWICKA1, Henryk FIGIEL2, Waldemar TOKARZ3, El¿bieta SO£TYSIAK1,Marta B£A¯EWICZ1*

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanis³awa Staszica w Krakowie, Wydzia³ In¿ynierii Materia³owej i Ceramiki1 Katedra Biomateria³ów, Wydzia³ Fizyki i Informatyki Stosowanej2 Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki3 Katedra Fizyki Cia³a Sta³ego* Corresponding author; [email protected]

Nanokompozyty magnetyczne dla zastosowañ medycznych

Streszczenie. Nanokompozyty polimerowe to perspektywiczna grupa tworzyw o unikatowych w³aœciwoœciach.Materia³y te znajduj¹ zastosowanie w wielu dziedzinach w tym równie¿ w medycynie. W pracy przedstawionoprost¹ metodê wytwarzania nanokompozytów o w³aœciwoœciach magnetycznych, polegaj¹c¹ na kilkuetapowejhomogenizacji obydwu sk³adników; roztworu polimeru oraz cz¹stki magnetycznej. Nanokompozyty polimerowescharakteryzowano w zakresie w³aœciwoœci mechanicznych, termicznych, magnetycznych oraz biologicznych. Wy-kazano, ¿e magnetyczne nanokompozyty na bazie polisulfonu to nietoksyczne materia³y o w³aœciwoœciach magne-tycznych, zale¿nych od iloœci modyfikatora, wprowadzonego do matrycy polimerowej. Magnetyczne nanokompozy-ty s¹ materia³em, mog¹cym znaleŸæ zastosowanie w konstrukcji membran i implantów, przeznaczonych do terapiii diagnostyki medycznej.

MAGNETIC NANOCOMPOSITE FOR MEDICAL APPLICATIONSSummary. Polymer nanocomposites are a prospective group of materials with unique properties. These materialsare used in many fields including the medicine. The paper presents a simple method of producing nanocompositeswith magnetic properties, which consists of several stages of homogenization of the two components; polymer solu-tion and magnetic particles. Mechanical, thermal and magnetic properties of the obtained polymer nanocompositewere determined. Biological assessment proved that the nanocomposite samples are nontoxic and their magneticproperties depend on the amount of the nanomagnetic phase in the polymer matrix. The magnetic nanocompositesmay find application in the manufacturing of membranes and implants for medical diagnosis and therapy.

1. Wprowadzenie

Polimery s¹ idealnymi matrycami do wytwarzaniatworzyw kompozytowych. Kompozyty to materia³y, któ-rych w³aœciwoœci s¹ niejako wypadkow¹, parametrówmatrycy polimerowej i drugiej fazy, czyli modyfikatora.Znaczenie tej grupy tworzyw, znacz¹co wzros³o w dobienanotechnologii. Nanokompozyty polimerowe otrzymu-je siê w wyniku wprowadzenia do matryc polimerowych,dodatków o nanometrycznych rozmiarach. Nanocz¹stkiceramiczne, metaliczne czy nanoformy wêgla, wprowa-dzane w niewielkich iloœciach, do matryc polimerowych,modyfikuj¹ je, na poziomie molekularnym i nadaj¹ imszereg nowych, niejednokrotnie unikatowych w³aœciwoœ-ci. Nanokompozyty polimerowe to materia³y o parame-trach mechanicznych, czasami nawet kilkakrotnie prze-wy¿szaj¹cych w³aœciwoœci wyjœciowego polimeru,oprócz tego w zale¿noœci od rodzaju nanocz¹stki, wpro-wadzanej do matrycy, chrakteryzuj¹ce siê przewodnic-twem elektrycznym, bakteriobójczoœci¹, w³aœciwoœciamibarierowymi, czy magnetycznymi. W ostatnich kilkunas-tu latach nanokompozyty polimerowe znalaz³y szeregzastosowañ w wielu dziedzinach takich jak; motoryzacja,budownictwo, przemys³ spo¿ywczym, ochrona œrodo-wiska czy medycyna [1-5].

Perspektywiczn¹ grup¹ nanokompozytów polimero-wych s¹ te, które posiadaj¹ w³aœciwoœci magnetyczne.Magnetyczne w³aœciwoœci, polimery osi¹gaæ mog¹ dziêkiobecnoœci w matrycy polimerowej, cz¹stek magnetycz-

nych. Materia³y takie otwieraj¹ ca³y szereg nowych apli-kacji, jedn¹ z dziedzin, w której magnetyczne materia³ymog¹ zaleŸæ zastosowanie, jest terapia i diagnostyka me-dyczna.

Polimery o w³aœciwoœciach magnetycznych mog¹ byæprzydatne w medycynie, zw³aszcza w konstrukcji mag-netycznych noœników leków, stosowanych w terapii anty-nowotworowej. Magnetyczne noœniki leków wytwarzasiê z kompozytów zbudowanych z nanocz¹stek magne-tycznych i resorbowalnych polimerów w formie sfer, za-wieraj¹cych lek, wprowadzanych do ludzkiego organiz-mu poprzez iniekcje i naprowadzanych do chorych tka-nek przez zewnêtrzne pole magnetyczne. Dodatkowomagnetyczne polimery w formie siatek, prêtów, stentów,wszczepiane do chorych tkanek, poddane namagnesowa-niu mog¹ istotnie zwiêkszyæ skutecznoœæ dostarczanialeku. Implanty takie mog¹ ograniczyæ niedoskona³oœci,zwi¹zane z transportem leku, przy zastosowaniu nano-cz¹stek magnetycznych, minimalizuj¹c niebezpieczeñ-stwo jego uwalniania do tkanki zdrowej [6-11].

Magnetyczne nanokompozyty, na bazie biostabilnychi biodegradowalnych polimerów mog¹ znaleŸæ zastoso-wanie w produkcji implantów w formie kszta³tek lubmembran 2D i 3D. Nie bez znaczenia jest równie¿ fakt, ¿emateria³y zawieraj¹ce nawet niewielkie iloœci cz¹stekmagnetycznych, mo¿na z powodzeniem wizualizowaæ wdiagnostyce MRJ oraz analizowaæ otaczaj¹ce je tkanki. Jakwynika z naszych prac, wizualizacja MRJ, implantówmodyfikowanych nanoczastakmi magnetycznymi, ogra-


Nanokompozyty magnetyczne dla zastosowañ medycznych 27

nicza iloœæ wszelkiego rodzaju artefaktów, obecnych wobrazie MRJ, powstaj¹cych zazwyczaj w tkankach, znaj-duj¹cych siê w najbli¿szym otoczeniu implantu [12].

Celem pracy jest próba wytworzenia nanokompozytuo w³aœciwoœciach magnetycznych, na bazie polisulfonuz przeznaczeniem zw³aszcza na materia³y implantacyjne.Polisulfon jest jednym z polimerów o szerokim spektrumzastosowañ.

Polisulfony wykazuj¹ odpornoœæ na dzia³anie nieor-ganicznych kwasów i zasad. Maj¹ dobre w³asnoœci me-chaniczne, s¹ odporne na dzia³anie czynników chemicz-nych i termicznych. Materia³ ten, ze wzglêdu na swojew³aœciwoœci, stosowany jest miedzy innymi w przemyœlelotniczym, kosmicznym, elektronice, elektrotechnice,przemyœle spo¿ywczymi, ochronie œrodowiska natomiastjego biozgodnoœæ, stabilnoœæ w œrodowisku tkankowym,mo¿liwoœæ wielokrotnej sterylizacji sprawia, ¿e znajdujezastosowania w medycynie i farmacji. Produkuje siêz niego szereg wyrobów medycznych, takich jak sprzêtmedyczny i ró¿nego rodzaju wyroby, przeznaczone dobezpoœredniego kontaktu z tkankami. Najczêœciej z mate-ria³u tego wytwarza siê membrany, które stosowane byæmog¹ do konstrukcji, zarówno implantów jak i sztucz-nych narz¹dów. Nadanie polisulfonowi w³aœciwoœcimagnetycznych, mo¿e znacznie rozszerzyæ zakres jegozastosowañ medycznych o nowe rozwi¹zania w zakresieterapii i diagnostyki.

2. Materia³y i metody

Do wytworzenia kompozytów u¿yto polisulfonu(PSU) (Sigma-Aldrich) w postaci granulatu (masa cz¹s-teczkowa Mn=26 000, gêstoœæ – 1,24 [g/cm3] temperaturazeszklenia – 187 [°C]).

Jako fazê modyfikuj¹c¹ wykorzystano nanomagnetyt(Sigma-Aldrich). Ze wzglêdu na wysok¹ reaktywnoœæsubstancji o dyspersji manometrycznej, nanomodyfikatorprzed rozpoczêciem eksperymentów, scharakteryzowanoprzy pomocy mikroskopii elektronowej (TEM – JEOL–JEM 101l, SEM – NOVA NANO SEM 200) (rys.1.), dodat-kowo wykonano widma spektroskopii ramanowskiej,wykorzystuj¹c spektrofotometr – Renishaw InVia, zaopa-trzony w laser HPNIR – 785 nm (rys.2.), oraz zbadanow³aœciwoœci magnetyczne (Vibrating Sample Magneto-meter – VSM) (tab.1.)

Kompozyty wytwarzano w prosty sposób, ³¹cz¹cze sob¹ oba sk³adniki, wielokrotnie je homogenizuj¹cprzy pomocy sonikatora i mieszad³a magnetycznego,schemat otrzymywania nanokompozytów magnetycz-nych, na bazie polisulfonu przedstawiono na rys.3. Wprocesie otrzymywania nanokompozytów nie korzys-tano z sufraktantów, ani innych substancji u³atwia-j¹cych dyspersje nanododatku, w matrycy polimero-wej. Wytworzono dwa rodzaje nanokompozytów amianowicie; nanokompozyty o zawartoœci 2,5% i 5%wag. nanododatku w matrycy PSU. Materia³y otrzy-mano w postaci folii, które w pierwszej kolejnoœci, zewzglêdu na planowane aplikacje, poddano badaniombiologicznym, polegaj¹cym na normowym okreœleniu

biozgodnoœci, zgodnie z norm¹; ISO 10993-5, Biologicz-na ocena wyrobów medycznych – Czêœæ 5: Badania cytotok-sycznoœci: metody in vitro, badania przeprowadzono wZak³adzie Chirurgii Eksperymentalnej i Badania Bio-materia³ów Akademii Medycznej we Wroc³awiu.

Obrazy mikroskopowe (mikroskopia optyczna) nano-kompozytów magnetycznych, przedstawiono na rys.4.Badania wytrzyma³oœci na rozci¹ganie, zarówno czyste-go polimeru jaki jego nanokompozytów, przeprowadzo-no z wykorzystaniem maszyny wytrzyma³oœciowej typuZwick 1435, Badanie wytrzyma³oœci na rozci¹ganie wy-konano na podstawie próby statycznego rozci¹ganiazgodnie z norm¹: PN-EN ISO 527-1:1998: Tworzywasztuczne. Oznaczanie w³aœciwoœci mechanicznych przy sta-tycznym rozci¹ganiu, wyniki zmieszczono w tabeli 2. Nas-têpnie, nanokompozyty poddano badaniom termicznym,badania przeprowadzono za pomoc¹ urz¹dzenia firmyNETZSCH STA 449F3 Jupiter, temperatury zeszklenia,zarówno czystego polimeru, jak i nanokompozytów zes-tawiono w tabeli 3. Pomiary w³aœciwoœci magnetycznych,foli nanokompozytowych wykonane zosta³y, (podobniejak samego modyfikatora) przy u¿yciu magnetometru zdrgaj¹c¹ próbk¹ – Vibrating Sample Magnetometer –VSM, firmy Lake Shore model 7300, okreœlono magnety-zacje nasycenia, koercje i remanencje, pomiary wykonanow temperaturze pokojowej, pêtle histerezy przedstawio-no na rys. 5, wyniki zamieszczono w tabeli 4.

3. Wyniki i dyskusja

Przedstawiony na rys.1 obrazy mikroskopii TEM orazSEM wskazuj¹, ¿e cz¹stki magnetyczne maja regularnekszta³ty o œrednicach w zakresie od 30 – 70 nm, i tworz¹wielocz¹stkowe aglomeraty.

Natomiast z widma Ramana wynika, ¿e materia³ ten,w przewa¿aj¹cej czêœci, jest maghemitem o czym œwiad-cz¹ po³o¿enia pasm w widmie Ramana. Widmo to jestcharakterystyczne dla faz o ziarnach nanometrycznych,a po³o¿enia pasm absorpcyjnych wskazuj¹, ¿e w próbce,oprócz magnetytu (Fe3O4), wystêpuje maghemit( -Fe2O3). Widmo maghemitu posiada charakterystycznepasma: 340 cm-1, 507 cm-1 i 710 cm-1, które wystêpuj¹ rów-nie¿ w widmie cz¹stek magnetycznych, bêd¹cych przed-miotem badañ.

Tabela 1. Parametry magnetyczne nanocz¹stki wykorzystanejdo modyfikacji PSU

W³aœciwoœci magnetyczne Nanomodyfikator

Magnetyzacja nasycenia [emu/g] 78,48±1,92

Koercja [mT] 9,36±0,09

Pozosta³oœæ magnetyczna [emu/g] 10,08±1,03

Wyniki badañ nanododatku wskazuj¹, ¿e nanocz¹stkiwykorzystane w badaniach to mieszanina maghemitui magnetytu o ziarnach poni¿ej 100 nm, o widocznej ten-dencji do aglomeracji i w³aœciwoœciach ferromagnetycz-nych (Tab.1).


28 Katarzyna NOWICKA, Henryk FIGIEL, Waldemar TOKARZ, El¿bieta SO£TYSIAK, Marta B£A¯EWICZ

Nanocz¹stki magnetyczne po inkubacji w rozpusz-czalniku, ³¹czono z roztworem polimeru (dichlorometan,DCM), wed³ug procedury przedstawionej na rys.3.

Z analizy obrazów mikroskopowych obu foli nano-kompozytowych wynika, ¿e nanoczastki w matrycy PSU,tworz¹ aglomeraty o anizotropowych, wyd³u¿onychkszta³tach o rozmiarach w granicach kilkudziesiêciu iwiêcej mikrometrów, równomiernie rozprowadzonychw matrycy polisulfonowej.

Badania biologiczne folii nanokompozytowych wgNormy ISO 10-993, wykaza³y, ¿e materia³y, bêd¹ce przed-miotem badañ, s¹ nietoksyczne (klasa toksycznoœci – 0).Materia³y kompozytowe badano przy wykorzystaniu ko-mórek linii fibroblastycznych, w kontakcie bezpoœrednim(materia³ – ¿ywa komórka), przez ró¿ne okresy czasu,klasê toksycznoœci okreœlono w oparciu o morfologiêkomórek i iloœæ komórek martwych.

Tabela 2. W³aœciwoœci mechaniczne polimeru i jego nanokom-pozytów.

Rodzaj materia³u Rm [MPa] Fmax [mm] E [GPa]

PSU 39,9±3,9 5,2±0,9 1,8±0,1

PSU+Fe3O4 2.5% 49,0±4,0 1,1±0,3 2,8±0,3

PSU+Fe3O4 5% 36,0±7,5 1,3±0,1 2,6±0,2

Tabela 3. Temperatura zeszklenia polimeru i jego nanokompo-zytów.

Rodzaj materia³u T g (°C)

PSU 178,0

PSU+Fe3O4 2.5% 169,7

PSU+Fe3O4 5% 166,2

Wyniki badañ mechanicznych wskazuj¹, ¿e wprowa-dzenie modyfikatora nie obni¿a wytrzyma³oœci, ani mo-du³u sprê¿ystoœci obu badanych materia³ów. Wrêcz prze-



Rys. 1. Mikrofotografie nanocz¹stki magnetycznej – mikroskopia elek-tronowa kolejno; mikroskopia transmisyjna – TEM, mikroskopia ska-ningowa – SEM.

11

1,5

14

1,2

18

7,9

25

8,2

33

9,2

36

6,1

50

1,0

63

1,3

14

07

,9

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

3400

3600

Arb

200 400 600 800 1000 1200 1400

Jednostki wzglêdne

Rys. 2. Widmo Ramana nanocz¹stki magnetycznej – spektrofotometr; Renishaw InVia.

ciwnie, w ka¿dym wypadku (nanokompozyt o 2,5% i 5%wag.), charakteryzuje siê wy¿szym modu³em Youngaoraz wytrzyma³oœci¹ nie ni¿sz¹, ni¿ wyjœciowy polimer.Natomiast nanokompozyt z ni¿sz¹ zwartoœci¹ modyfika-tora, ma wyraŸnie wy¿sz¹ wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie,ni¿ czysty polimer. Taka sytuacja, w której na skutekwprowadzenia nanocz¹stki do matrycy polimerowej, ob-serwuje siê wzrost wytrzyma³oœci i dodatkowo wzrost

modu³u, œwiadczy zazwyczaj o dobrej dyspersji nanodo-datku w matrycy polimerowej. Charakterystyczny rów-nie¿ dla nanokompozytów, zawieraj¹cych cz¹stki w dys-persji nanometrycznej jest spadek wytrzyma³oœci, obser-wowany przy wy¿szych zwartoœciach nanocz¹stek.

Przeczy jednak temu, obraz mikroskopowy nano-kompozytowych folii, w którym wyraŸnie obserwuje siêaglomeraty o mikrometrycznych rozmiarach, natomiastwyniki badañ termicznych, w których obserwuje siê ob-ni¿enie temperatur zeszklenia, obu badanych materia³óww porównaniu z czystym polimerem, zdaj¹ siê potwier-dzaæ nanometryczn¹ dyspersje modyfikatora w matrycy


30 Katarzyna NOWICKA, Henryk FIGIEL, Waldemar TOKARZ, El¿bieta SO£TYSIAK, Marta B£A¯EWICZ

Rys.4. Mikrofotografie (mikroskopia optyczna) foli nanokompozyto-wych (5%, 2,5%wag.) z widocznymi aglomeratami nanocz¹stek mag-netycznych o anizotropowych kszta³tach. Pow. 200×.

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8-3

-2

-1

0

1

2

3

M(e

mu/g

)

!0H (T)

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

M(e

mu/g

)

!0H (T)

Rys. 5. Przyk³adowe pêtle histerezy w³aœciwoœci magnetycznych nano-kompozytów, otrzymanych przez wprowadzenie nanocz¹stki magne-tycznej do matrycy polimerowej (PSU).

Rys. 3. Schemat wytwarzania nanokompozytowych folii; PSU/nanocz¹staka magnetyczna.

polimerowej. Na tym etapie badañ nale¿y przyj¹æ, ¿e naj-prawdopodobniej nanocz¹stka magnetyczna, wprowa-dzana do matrycy z polisulfonu, zapewne tworzy ca³yszereg aglomeratów (widoczne na obrazie mikroskopo-wym), jednak¿e nie mo¿na wykluczyæ faktu, ¿e czêœæ mo-dyfikatora pozostaje nie zaglomerowana i zapewne onajest odpowiedzialna, w wiêkszym stopniu ni¿ aglomera-ty, za oddzia³ywanie z ³añcuchami polimeru, w nastêp-stwie czego obserwujemy wzrost sztywnoœci i wytrzyma-³oœci polimeru, modyfikowanego nanocz¹stkami magne-tycznymi.

Na rys. 5. zestawiono pêtle histerezy dla magnetycz-nych kompozytów polimerowych, otrzymanych na baziepolisulfonu, natomiast w tabeli 4, zestawiono œredniez wyników pomiarowych.

Tabela 4. W³aœciwoœci magnetyczne nanokompozytów polisul-fon / cz¹stka magnetyczna.

Rodzaj materia³uNanokompozyt

2,5% Fe3O4 5% Fe3O4

Magnetyzacja nasycenia (emu/g) 2,41±0,06 3,91±0,07

Koercja (mT) 21,58±0,12 21,73±0,25

Pozosta³oœæ magnetyczna(emu/g) 0,442±0,005 0,5217±0,0006

Jak widaæ z wyników, zamieszczonych w tabeli 4, po-limerowe kompozyty, bêd¹ce przedmiotem badañ, to ma-teria³y o w³aœciwoœciach magnetycznych, osi¹gaj¹ce mag-netyzacjê nasycenia przy niewielkich natê¿eniach polamagnetycznego (zakres natê¿enia pola bezpieczny z me-dycznego punktu widzenia).

Magnetyzacja nasycenia materia³ów kompozytowychzale¿y od iloœci zastosowanego modyfikatora. Koercja, wprzypadku obu analizowanych materia³ów, jest jednako-wa jednak¿e przesz³o dwa razy wy¿sza, od koercji same-go nanomodyfikatora (tab.1). Wyniki wskazuj¹, ¿e matry-ca polimerowa wyraŸnie wp³ywa na parametry magne-tyczne nanokompozytu polimerowego. Mo¿na za³o¿yæ,¿e oddzia³ywania najprawdopodobniej elektrostatyczne,pomiêdzy matryc¹ a nanocz¹stkami s¹ przyczyn¹ two-rzenia siê aglomeratów o anizotropowym kszta³cie, zaœoddzia³ywania w obrêbie aglomeratu (o wyd³u¿onychkszta³cie) wp³ywaj¹ na koercje, jak równie¿ mog¹ wp³y-waæ na magnetyzacje nasycenia zw³aszcza w przypadkuwy¿szych iloœci nanomodyfikatora.

Wprowadzenie do biozgodnych, biostabilnych poli-merów, cz¹stek magnetycznych o wymiarach poni¿ej100 nm, w iloœciach nie przekraczaj¹cych 5% wagowych,nie obni¿a ich w³aœciwoœci, istotnych z medycznego

punktu widzenia, a nadaje im nowe, mog¹ce znacz¹coposzerzyæ zakres ich stosowania w medycynie.

Praca wspó³finansowana z grantu NCN nr:UMO-2011/01/B/ST5/06424, oraz grantu MNiSW nr:N N507 234240

Literatura

1. Hussain F., Hojjati M., Okamoto M., Gorga E.R., Poly-mer-matrix Nanocomposites, Processing, Manufacturing, andApplication: An Overview, Journal of Composite Materials,2006, 40, 1511.

2. Paul D.R., Robeson L.M., Polymer nanotechnology: Nanocom-posites, Polymer, 49, 2008, 4, 3187–320.

3. Gacitua W.E., Ballerini A., Zhang J., Polymer nanocomposite:synthetic and natural fillers, Ciencia y tecnología, 2005,7159-7178.

4. Nguyen Duc Nghia, Ngo Trinh Tung, Study on synthesis andanticorrosion properties of polymer nanocomposites based on su-per paramagnetic Fe2O3 ·NiO nanoparticle and polyaniline, Syn-thetic Metals 2009, 15, 831–834.

5. Aarti S. et al. Electrical and magnetic properties of chitosan-mag-netite nanocomposites, Physica B, 2010, 405, 2078-2082.

6. Aviles M.O, Ebner A.D., Ritter J.A., Implant assisted-magneticdrug targeting: comparison of in vitro experiments with theory,Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2008, 320,2704–2713

7. Mangual J.O., at all. Biodegradable nanocomposite magnetitestent for implant-assisted magnetic drug targeting, Journal ofMagnetism and Magnetic Materials, 2010, 322, 3094-3100.

8. Chena H., et al. Analysis of magnetic drug carrier particle cap-ture by a magnetizable intravascular stent: Parametric study withsingle wire correlation; Journal of Magnetism and MagneticMaterials, 2004, 284, 181–194.

9. Zhou L.L., et al. Synthesis and characterization of multi-functio-nal hybrid magnetite nanoparticles with biodegradability, super-paramagnetism, and fluorescence. Materials Letters 2009, 63,1567–70.

10. Okassa L.L., et al. Optimization of iron oxide nanoparticles en-capsulation within poly(D,L-lactide-co-glycolide) sub-micronparticles; European Journal of Pharmaceutics and Biophar-maceutics, 2007, 67, 31–38.

11. Zhou L., L. et al; Synthesis, characterization, and controllabledrug release of pH-sensitive hybrid magnetic nanoparticles. Jour-nal of Magnetism and Magnetic Materials, 2009, 321,799–804.

12. Wójcik M., Nowicka K., et al. Preliminary study on polyacrylo-nitrile-based fibers modified with magnetite nanoparticles for bio-materials engineering, Engineering of Biomaterials 2006,58-60, 246-248.



I. OSICA, K. SZL¥ZAK, T. KAP£AN, M. CIERECH, K. WRÓBEL, E. MIERZWIÑSKA-NASTALSKA, J. J.BUCKI, W. ŒWIÊSZKOWSKIIzabela OSICA1, Karol SZL¥ZAK1, Tymoteusz KAP£AN1, Mariusz CIERECH2, Kamila WRÓBEL2,El¿bieta MIERZWIÑSKA-NASTALSKA2, Janusz J. BUCKI1, Wojciech ŒWIÊSZKOWSKI1

1 Wydzia³ In¿ynierii Materia³owej Politechniki Warszawskiej2 Katedra Protetyki Stomatologicznej Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego

Badanie porowatoœci i nasi¹kliwoœci wybranych tworzyw akrylowych

stosowanych w protetyce stomatologicznej w wykonawstwie p³yt protez

Streszczenie. W pracy porównano nasi¹kliwoœæ i porowatoœæ wybranych tworzyw akrylowych stosowanych w wy-konawstwie p³yt ruchomych protez zêbowych. W badaniach wykorzystano próbki szeœciu szeroko dostêpnych narynku polskim tworzyw akrylowych. Materia³y wytworzono trzema ró¿nymi metodami polimeryzacji w zale¿noœciod typu tworzywa. Nasi¹kliwoœæ tworzyw oznaczono na podstawie normy PN-EN ISO62. Porowatoœæ okreœlonoprzy u¿yciu rentgenowskiej tomografii komputerowej (Computed Tomography – CT). Powierzchniê tworzyw przedi po polerowaniu poddano obserwacjom mikroskopowym przy u¿yciu skaningowego mikroskopu elektronowego(Scanning Electron Microscope – SEM). Przeprowadzone badania wykaza³y ró¿nicê w nasi¹kliwoœci wytworzo-nych materia³ów. Tworzywa charakteryzuj¹ siê niewielk¹ porowatoœci¹ lub ca³kowitym jej brakiem. Wykazano, i¿polerowanie znacz¹co wp³ywa na nasi¹kliwoœæ materia³ów oraz zmniejsza rozwiniêcie powierzchni.S³owa kluczowe: tworzywa akrylowe, nasi¹kliwoœæ, porowatoœæ

INVESTIGATION OF POROSITY AND ABSORBABILITY OF ACRYLIC RESINS APPLIED IN DENTALPROSTHODONTICS IN ORDER TO PERFORM BASES OF DENTURESSummary. In this study porosity and absorbability of acrylic resins were compared. These polymeric materials areused in dental prosthodontics in order to perform bases of dentures. Six types of popular acrylic resins were exami-ned.Samples were produced using three different methods of polymerization, corresponding to resin type. Absorba-bility of acrylic resins was examined according to PN-EN ISO62 standard. Porosityof acrylic resins was examinedusing Computed Tomography (CT). Surface of acrylic samples was observed on Scanning Electron Microscope(SEM) before and after polishing. Results show that there is a difference in absorbability of acrylic resins. Samplesare characterized by low porosity or even lack of porosity. It was demonstrated, that polishing affect perceptibly onabsorbability and significantly decreases surface area.Key words: acrylic resins, absorbability, porosity

1. Wstêp

Pocz¹tki produkcji tworzyw akrylowych na potrzebystomatologii siêgaj¹ lat 40. XX wieku. Od tego czasu zna-cz¹co rozwinê³a siê technologia ich przetwórstwa, meto-dy polimeryzacji, oraz obróbek wykoñczeniowych, a tak-¿e receptury. Umo¿liwi³o to zwiêkszenie trwa³oœci i bio-zgodnoœci elementów protetycznych na bazie ¿ywicakrylowych.

Poliakrylany (tworzywa akrylowe) to termoplastycz-ne tworzywa polimerowe, cechuj¹ce siê wieloma wadamitakim jak: niska wytrzyma³oœæ zmêczeniowa, znacznakurczliwoœæ i porowatoœæ. Jednak ze wzglêdu na ich sze-rok¹ dostêpnoœæ, ³atwoœæ formowania, odpornoœæ nadzia³anie kwasów organicznych, ³atwoœæ barwienia orazczyszczenia, s¹ jednym z najczêœciej stosowanych mate-ria³ów w protetyce stomatologicznej [1]. Jako, ¿e wytwa-rza siê z nich czynne mechanicznie czêœci protez, podda-wane s¹ cyklicznym obci¹¿eniom nawet pó³ miliona razyrocznie [2], dlatego istotna jest poprawa wytrzyma³oœcizmêczeniowej i odpornoœci na z³amanie. Jednoczeœnie, zewzglêdu na kontakt tworzywa akrylowego b³on¹ œluzo-w¹ i specyficzne warunki panuj¹ce w jamie ustnej, zasad-ne wydaje siê poprawienie jego w³aœciwoœci wp³ywa-j¹cych na akumulacjê mikroorganizmów wchodz¹cychw sk³ad p³ytki protez.

Akrylany ³atwo polimeryzuj¹ pod wp³ywem promie-niowania, tlenu, wody lub ciep³a. Zwykle stosuje siêsk³adniki w postaci proszkowej i p³ynnej, co wp³ywa nazmniejszenie skurczu polimeryzacyjnego materia³u. Pro-szek to mieszanina homo i kopolimerów metakrylanu,inicjatora polimeryzacji oraz pigmentu, zaœ p³ynnymisk³adnikami s¹ monomery metakrylowe, barwniki i sta-bilizatory. Po zmieszaniu tworzywo przyjmuje konsys-tencjê ciasta, nastêpnie ulega polimeryzacji w temperatu-rze 60 – 100°C. Proces ten powinien przebiegaæ przy okre-œlonym ciœnieniu i temperaturze, tak aby zapobiec two-rzeniu porów.

Na w³aœciwoœci mechaniczne oraz nasi¹kliwoœæ two-rzywa akrylowego znacz¹cy wp³yw ma porowatoœæ. Porygeneruj¹ wewnêtrzne pola naprê¿eñ zwiêkszaj¹ce wra¿li-woœæ na wypaczenia, u³atwiaj¹c inicjacjê i propagacjêpêkniêæ zmêczeniowych [3]. Obecnoœæ porów zale¿y nietylko od parametrów procesu, ale tak¿e od sk³adu two-rzywa akrylowego, ze wzglêdu na zró¿nicowan¹ prê¿-noœæ par substratów reakcji polimeryzacji [4]. Biozgod-noœæ materia³u kontroluje siê przez zmianê profilu chro-powatoœci i sk³adu chemicznego. Optymalna chropowa-toœæ wystêpuje dla Ra< 0,2 µm, powy¿ej tej wartoœcizwiêksza siê adhezja bakterii wystêpuj¹cych w jamie ust-nej oraz tendencja do tworzenia siê p³ytki. Okazuje siê, ¿ena chropowatoœæ wp³ywa ju¿ sama metoda polimeryza-


32 I. OSICA, K. SZL¥ZAK, T. KAP£AN, M. CIERECH, K. WRÓBEL, E. MIERZWIÑSKA-NASTALSKA, J. J. BUCKI, W. ŒWIÊSZKOWSKI

cji. Ni¿sz¹ chropowatoœæ uzyskuje siê metod¹ termicznejpolimeryzacji, zaœ wiêksz¹ metod¹ autopolimeryzacji [5].

2. Czêœæ doœwiadczalna

Cel pracy

Celem pracy by³o porównanie nasi¹kliwoœci i poro-watoœci wybranych tworzyw akrylowych stosowanychw wykonawstwie p³yt protez oraz ocena powierzchnitworzywa.

2.1. Materia³y

W badaniach wykorzystano próbki szeœciu szerokodostêpnych na rynku polskim tworzyw akrylowych. Jed-nym z g³ównych kryteriów jakim kierowano siê przy ichwyborze by³o zró¿nicowanie sposobu ich polimeryzacji,co mo¿e mieæ znacz¹cy wp³yw na w³aœciwoœci tworzywa.Wœród nich znalaz³y siê: materia³ polimeryzowany na go-r¹co pod ciœnieniem – SR Ivocap High Impact firmy IvoclarVivadent, materia³y polimeryzowane na gor¹co: Super-acryl Plus firmy Spofa Dental, SR Triplex Hot firmy IvoclarVivadent, Vertex Rapid Simplified firmy Vertex, materia³polimeryzowany na zimno ProBase Cold firmy IvoclarVivadent oraz samo polimer Duracryl Plus firmy SpofaDental.

SR Ivocap High Impact jest tworzywem przeznaczo-nym do wykonawstwa p³yt protez. Dostarczanyjest wpostaci kapsu³ ze starannie dobran¹ przez producentaproporcj¹ proszku i p³ynu mieszanych automatycznie wCap Vibratorze, co zapewniæ ma lepsz¹ homogennoœætworzywa, a tak¿e zminimalizowaæ iloœæ monomeruresztkowego. Materia³ polimeryzowany jest na gor¹cow k¹pieli wodnej pod zwiêkszonym ciœnieniem siêga-j¹cym 6 barów, które utrzymywane jest tak¿e w procesiech³odzenia. Ma to zminimalizowaæ skurcz polimeryzacyj-ny tworzywa i zapewniæ optymalne przyleganie protezydo pod³o¿a protetycznego. Tworzywo spolimeryzowanew ten sposób cechuje siê wzglêdnie wysok¹ odpornoœci¹na pêkniêcia oraz ³atwoœci¹ w obróbce w celu osi¹gniêciawysokiego po³ysku.

Badane materia³y polimeryzowane na gor¹co s¹ po-wszechnie stosowane, zgodnie z zaleceniami producenta,do wykonywania protez p³ytowych, napraw czy podœcie-leñ. Materia³y polimeryzowane chemicznie wykorzysty-wane s¹ przy wykonywaniu napraw, podœcieleñ orazkrótkookresowych uzupe³nieñ natychmiastowych. Wy-j¹tkiem od tej regu³y jest materia³ polimeryzowany nazimno, gdzie zgodnie z wytycznymi producenta zewzglêdu na wysok¹ jakoœæ polecany jest tak¿e do wyko-nywania p³yt protez d³ugoczasowych.

2.2. Metodyka badañ

Oznaczenie nasi¹kliwoœci przeprowadzono zgodniez norm¹ PN-EN ISO 62 „Tworzywa sztuczne. Oznaczanienasi¹kliwoœci wodnej”. Nasi¹kliwoœæ wagowa, zwana te¿ch³onnoœci¹ wody, definiowana jest jako stosunek masy

wody poch³oniêtej przez próbkê do masy tej próbki w sta-nie suchym i wyra¿ana w procentach wagowych [6]. Dobadañ u¿yto próbki o wymiarach 20×20 mm i gruboœci2 mm. Przed oznaczaniem nasi¹kliwoœci próbki suszonow temperaturze 50±2°C w suszarce pró¿niowej w ci¹gu24±1 h, po czym och³adzano je w eksykatorze w tempera-turze 23 ± 2°C w obecnoœci sit molekularnych jako œrodkasusz¹cego. Po och³odzeniu próbki wa¿ono z dok³adnoœ-ci¹ 1 mg, przy u¿yciu elektronicznej wagi firmy Radwag.Nastêpnie w celu inkubacji, umieszczono po 6 próbek (3wypolerowane i 3 niewypolerowane), ka¿dego z materia-³ów w wodzie destylowanej, o temperaturze pokojowej23 ± 2°C, tak aby nie styka³y siê ze sob¹ ani ze œciankaminaczynia na miêkkiej powierzchni (sta³y w pionie). Po-miary masy odbywa³y siê po up³ywie 2, 4 i 12 tygodni,przy czym próbki by³y wstêpnie osuszane bibu³¹ i po1 minucie wa¿one z dok³adnoœci¹ 1 mg. Na podstawieotrzymanych wyników, obliczono nasi¹kliwoœæ (n) mate-ria³ów w procentach wagowych wg wzoru:

nm m

mwag�

�2 1

1

100% [% .]

gdzie:m1 – masa wyjœciowa próbki;m2 – masa próbki po wyjêciu z wody.Badania morfologii powierzchni próbek dokonano

przy pomocy skaningowego mikroskopu elektronowegoTM3000 firmy HITACHI. Istot¹ mikroskopii skaningowejjest skanowanie powierzchni próbki nanometrow¹ wi¹z-k¹ elektronów uformowan¹ przez uk³ad elektrooptycznymikroskopu. Uzyskany obraz SEM cechuje bardzo du¿ag³êbia ostroœci, dziêki czemu mo¿liwa jest dok³adna ana-liza topografii powierzchni poddawanych obserwacjipreparatów [7]. Powierzchnia próbek przed badaniemzosta³a pokryta z³otem z palladem przy u¿yciu napylarkitypu SC7640 High Resolution Sputter Coater, firmy Pola-ron. Napiêcie przyspieszaj¹ce wynosi³o 15kV. W badaniuoceniono obserwowano ró¿nicê w topografii powierzchnibadanych próbek wypolerowanych i niewypolerowa-nych. Oceniono jakoœæ wykonania obróbki polerowania,badano tak¿e uszkodzenia warstwy wierzchniej.

W kolejnym badaniu przeprowadzono rentgenowsk¹tomografiê komputerow¹ (Computed Tomography –CT), która jest jedn¹ z g³ównych technik badañ nienisz-cz¹cych, umo¿liwiaj¹c¹ badanie szerokiej grupy materia-³ów, m.in. materia³ów polimerowych. Rentgenowska to-mografia komputerowa pozwoli³a na otrzymanie p³askie-go oraz przestrzennego obrazu wnêtrza analizowanychobiektów. Badanie to umo¿liwi³o równie¿ obliczenie po-rowatoœci oraz ocenê wewnêtrznych struktur wytworzo-nych materia³ów. Badanie poleg³o na wielokrotnym prze-œwietleniu badanego obiektu odpowiednio uformowan¹wi¹zk¹ promieni rentgenowskich. Wi¹zka przechodz¹caprzez próbkê ulega³a os³abieniu, a jej koñcowe natê¿eniemierzone by³o przez detektor. Os³abienie wi¹zki (poch³a-nianie promieniowania) w drodze do detektora, zale¿yod rodzaju substancji, przez któr¹ ono przechodzi. Mo¿li-woœæ odtworzenia poch³aniania promieniowania przezkonkretny punkt w próbce wynika z faktu, ¿e tomografzbiera wyniki wielu takich sondowañ, wykonanych


Badanie porowatoœci i nasi¹kliwoœci wybranych tworzyw akrylowych stosowanych w protetyce stomatologicznej w wykonawstwie p³yt protez 33

przez wi¹zki biegn¹ce w wielu kierunkach i przecinaj¹cesiê wielokrotnie w ró¿nych punktach wnêtrza próbki.Poprzez analizê sygna³u dla wielu takich projekcji wyko-nanych przy ró¿nym k¹cie orientacji próbki, mo¿na by³ouzyskaæ informacjê o stopniu poch³aniania promieniowa-nia w poszczególnych fragmentach badanej próbki. Poanalizie komputerowej uzyskano obraz tomograficzny,na którym obiekty nie przes³aniaj¹ siê nawzajem, pozwo-li³o to na dok³adne obrazowanie wnêtrza badanych pró-bek [8].

Rentgenowska tomografia komputerowa pozwoli-³a na otrzymanie p³askiego oraz przestrzennego obra-zu wnêtrza analizowanych obiektów. Badanie to umo-¿liwi³o równie¿ obliczenie porowatoœci oraz ocenêwewnêtrznych struktur wytworzonych materia³ów.Badanie przeprowadzono na urz¹dzeniu SkyScan 1172przy napiêciu 40 kV miêdzy katod¹ i anod¹ lampyrentgenowskiej (wolframowej), natê¿eniu pr¹du 250µA, z krokiem rotacji wokó³ próbki 0,5° z czasem na-œwietlania 30 ms. Rozmiar pixela (rozdzielczoœæ) wy-nosi³a 4,9 µm. Czas pomiaru dla jednej próbki wynosi³oko³o jednej godziny. Badanie przeprowadzono dlapróbek o wymiarach a×b×h = 1×5×10 mm.

3. Wyniki badañ

Badania nasi¹kliwoœci wykaza³y, i¿ zdolnoœæ two-rzyw akrylowych do absorbcji wody silnie zale¿y od me-tody ich wytwarzania (rys.1). Najwiêksz¹ nasi¹kliwoœci¹odznacza siê samopolimer (Duracryl Plus). Jego nasi¹kli-woœæ po dwunastu tygodniach inkubacji wynosi³a1,70%wag. Najmniejsz¹ nasi¹kliwoœci¹ równ¹ 1,02%wag.(12 tyg.) uzyskano dla tworzywa polimeryzowanego nagor¹co i pod ciœnieniem (SR Ivocap High Impact). Poœred-nie wartoœci nasi¹kliwoœci uzyskano dla materia³ów poli-meryzowanych na gor¹co w warunkach ciœnienia atmo-sferycznego.

W pocz¹tkowym okresie inkubacji (2 tyg.) absorpcjawody by³a najwiêksza, nastêpnie uleg³a stabilizacji. Spa-dek nasi¹kliwoœci mo¿e byæ wynikiem wyp³ukiwaniaz próbek pozosta³oœci po formie gipsowej. Pocz¹tkoworesztki gipsu ch³on¹ wodê i pêczniej¹, przy czym nadalstanowi¹ integraln¹ czêœæ próbki. Jednak podczas d³ugie-go okresu le¿akowania zanieczyszczenia ulegaj¹ ca³kowi-temu rozpuszczeniu w wodzie.



Rys. 1. Wyniki badañ nasi¹kliwoœci wypolerowanych próbek tworzywakrylowych po 2, 4 i 12 tyg. inkubacji w wodzie

Rys. 2. Wyniki badañ nasi¹kliwoœci tworzyw akrylowych po 12 tyg. inkubacji w wodzie dla próbek wypolerowanych i niewypolerowanych


Badanie porowatoœci i nasi¹kliwoœci wybranych tworzyw akrylowych stosowanych w protetyce stomatologicznej w wykonawstwie p³yt protez 35

Rys. 4. Obrazy SEM powierzchni próbek materia³u Pro Base Cold nie-wypolerowanej (a) i wypolerowanej (b). Pow. 300×

Rys. 3. Obrazy SEM powierzchni próbek materia³u SR Ivocap High Im-pact niewypolerowanej (a) i wypolerowanej (b). Pow. 300×

Rys. 5. Obraz tomograficzny protezy p³ytowej wykonanej z SR Ivocap High Impact (a) i jej model 3D (b)

Nasi¹kliwoœæ wypolerowanych próbek tworzywakrylowych by³a znacznie mniejsza od nasi¹kliwoœciuzyskanej dla próbek niewypolerowanych. Ró¿nica taby³a najbardziej widoczna dla próbek materia³u VertexRapid Simplified i wynosi³a prawie 30%. Obróbka pole-rowania zmniejsza stopieñ rozwiniêcia powierzchnip³yt (wyg³adza powierzchniê), co wskazuje na zale¿-noœæ nasi¹kliwoœci próbek materia³ów od chropowa-toœci ich powierzchni (rys. 3). Brak ró¿nicy w nasi¹kli-woœci dla próbek materia³u ProBase Cold wynika zmniej dok³adnie wykonanego polerowania ich po-wierzchni (rys. 4).

Obserwacje mikroskopowe wykaza³y, i¿ powierzch-nie p³yt niewypolerownych cechuj¹ siê znaczn¹ chropo-watoœci¹ (rys. 3a i 4a). Rozwiniêta powierzchnia powodu-je nie tylko zwiêkszenie absorpcji wody, ale równie¿stwarza warunki sprzyjaj¹ce namna¿aniu siê bakterii.

Na rysunku 5 przedstawiono powsta³e w wyniku ba-dañ tomograficznych, dwuwymiarowe obrazy wnêtrzapróbki materia³u SR Ivocap High Impact (a) oraz model 3Dtej próbki (b).

Wyznaczona porowatoœæ dla SR Ivocap High Impactwynios³a 0,01%. Dla pozosta³ych badanych materia³ówwartoœæ ta tak¿e nie przekroczy³a 0,01%. Dlatego na ¿ad-nej z próbek tworzyw akrylowych nie wykryto znacznejporowatoœci zamkniêtej, która objawia³aby siê czarnymiobszarami w objêtoœci próbki (rys. 5a). Zatem mo¿nastwierdziæ, ¿e protezy p³ytowe poddane badaniu by³ypraktycznie lite w ca³ej objêtoœci. Wykonano tak¿e model3D na którym uwidoczniono jedynie nieliczne ubytkiprzypowierzchniowe (wywo³ane wycinaniem próbki dobadañ), widoczne jako jaœniejsze obszary na krawêdziachi bokach œcian (rys. 5b).

4. WNIOSKI

Nasi¹kliwoœæ tworzyw akrylowych jest silnie zale¿naod metody ich wytwarzania. Materia³y stosowane w wy-konawstwie protez d³ugoczasowych powinny byæ wy-twarzane w procesie polimeryzacji na gor¹co lub polime-ryzacji na gor¹co pod ciœnieniem. Obróbka polerowaniapowierzchni p³yt protez znaczenie zmniejsza sk³onnoœæmateria³u do absorpcji wody. Porowatoœæ wszystkichbadanych próbek materia³ów jest pomijalnie ma³a.

Literatura1. Szlezyngier W.: Tworzywa Sztuczne tom 3, Rzeszów, 1999.2. Fr¹czak B. i inni: Wp³yw czasu polimeryzacji na w³aœciwoœ-

ci fizokochemiczne tworzywa akrylowego Vertex R. S.,Roczniki Pomorskiej Akademii Medycznej w Szczecinie,2009 55, 60–64

3. Leda H.: Materia³y In¿ynierskie w zastosowaniach biome-dycznych, Wydawnictwo Politechniki Poznañskiej, Poznañ2011

4. Compagnoni M.A. and Barbosa D.B.: The effect of polymeri-zation cycles on porosity of microwave-processed, The Jour-nal of prosthetic dentistry, 2004, Vol. 91, No. 3

5. Kuhar M. and Funduk N.: Effects of polishing techniques onthe surface roughness of acrylic denture base, The Journal ofprosthetic dentistry, 2005, Vol. 93, No. 1

6. Broniewski T., Kapko J., P³aczek W., Thomalla J.: Metody ba-dañ i ocena w³aœciwoœci tworzyw sztucznych, WN-T, War-szawa 2000

7. Barbacki A. (red.): Mikroskopia elektronowa, WPP, Poznañ2007

8. Tadeusiewicz R., In¿ynieria Biomedyczna, Wyd. AGH, Kra-ków 2008



Andrzej PUSZ, Ma³gorzata SZYMICZEKAndrzej PUSZ, Ma³gorzata SZYMICZEKPolitechnika Œl¹ska, Gliwice

Ocena wp³ywu wybranych parametrów procesu wtryskiwania próbek

z poliamidu na pneumatycznej wtryskarce t³okowej na w³asnoœci

wytrzyma³oœciowe

Streszczenie. W technice protetycznej do wykonywania elementów protez stomatologicznych wykorzystywane s¹proste wtryskarki t³okowe. Mo¿liwe s¹ zmiany niektórych parametrów w procesie wtryskiwania, dziêki czemu mo¿-liwa jest optymalizacja procesu pod k¹tem w³asnoœci wytrzyma³oœciowych wypraski. Podawane przez producentóww³asnoœci tworzyw wykorzystywanych do celów protetyki uzyskane zosta³y na kszta³tkach wytworzonych nawtryskarkach œlimakowych zgodnie z wymaganiami normy. W³asnoœci te mog¹ ró¿niæ siê w sposób istotny od tychotrzymanych na wtryskarce t³okowej. W artykule zaprezentowano wyniki badañ wytrzyma³oœciowych próbek z Po-liamidu 6 wtryskiwanych na wtryskarce t³okowej wykorzystywanej w protetyce stomatologicznej. W procesiewtryskiwania zmieniano temperaturê i ciœnienie. Wykazano wp³yw za³o¿onych parametrów na w³asnoœci wytrzy-ma³oœciowe próbek.

ASSESSMENT OF THE SELECTED PARAMETERS CHARACTERIZING THE MOULDING PROCESS OFPOLYAMIDE ON PNEUMATIC PISTON INJECTIONS ON STRENGHT PROPERTIESSummary. In the prosthetic technique, simple injection pistons are applied for making parts of dental prosthesis.Changes of some parameters throughout the injection process are possibile, thanks to which the optimization of theprocess with reference to mechanical properties of compacts is also possible. The properties of materials used for pur-poses of prosthetic quoted by manufacturers, were received on the moulders made with the use of screw injectionmolding machines in compliance with the required standards. These properties might vary significantly from thosereceived on injection piston. In the article, we present the results of the strength tests of Poliamid 6 samples injectedon a injection piston applied in the dental prosthetic. During the injection process the temperature and pressurewere subjected to changes. The impact of assumed parameters on the strength properties of the samples was proved.

1. Wstêp

Wtryskarki o t³okowym uk³adzie uplastycznianiai napêdzie pneumatycznym wykorzystywane s¹ w prote-tyce stomatologiczne do przetwarzania poliamidu i poli-acetalu. Protezy wykonane z wspomnianych tworzyw s¹wykorzystywane przede wszystkim u pacjentów o wra¿-liwym podniebieniu, poniewa¿ wywieraj¹ równomiernynacisk na wyrostek zêbodo³owy, przez co s¹ ³atwiejszew adaptacji i powoduj¹ mniej podra¿nieñ. Elastycznoœæsprawia, ¿e w wykonanych uzupe³nieniach jest zupe³nieinny rozk³ad si³ podczas procesu ¿ucia ni¿ w protezachakrylowych. Poliacetal i poliamid s¹ materia³ami hipo-alergicznymi, pozwalaj¹cymi wyeliminowaæ koniecznoœæchirurgicznego przygotowania przed protetycznego lubograniczyæ jego zakres. Charakteryzuj¹ siê du¿¹ estetyk¹uzupe³nieñ mog¹ s³u¿yæ do podœcielania protez wykona-nych z innych materia³ów. Poliamid jest g³ownie stosowa-ny do protez czêœciowych, chocia¿ wykonuje siê z niegoprotezy ca³kowite, szyny, utrzymywacze przestrzeni, atak¿e ochraniacze na zêby dla sportowców. Problememjest utrzymanie higieny jamy ustnej, gdy¿ materia³ tench³onie wodê, co prowadzi do zmian w³asnoœci u¿ytko-wych i ograniczonego czasu u¿ytkowania. W zwi¹zku zczym stosowane s¹ specjalne myjki ultradŸwiêkowe doczyszczenia protez [1-10].

Prowadzone badania i analizy [1-10] oparte by³y napróbkach wykonywanych na wtryskarkach o œlimako-

wym uk³adzie uplastyczniania i napêdzie hydraulicz-nym. W protetyce stomatologicznej wykorzystywane s¹wtryskarki o napêdzie pneumatycznym i t³okowym uk³a-dzie uplastyczniania. W zwi¹zku z czym, warunki uplas-tyczniania istotnie odbiegaj¹ od konwencjonalnych. Bio-r¹c pod uwagê fakt, i¿ w³aœciwoœci wyprasek zale¿¹ odparametrów procesu wtryskiwania, w pracy podjêto pró-bê oceny wp³ywu wybranych parametrów procesu naw³asnoœci u¿ytkowe wypraski [11]. W tym celu przysto-sowano dostêpn¹ wtryskarkê pneumatyczn¹ o t³okowymuk³adzie uplastyczniania i wyposa¿ono j¹ w formê dowykonywania próbek wiose³kowych wg normy PN-ENISO 3167:1998 [12].

W ramach pracy dokonano oceny mo¿liwoœci zasto-sowania poliamidu konstrukcyjnego do procesu wtryski-wania realizowanego na protetycznej wtryskarce pneu-matycznej o t³okowym uk³adzie uplastyczniania. Ocenydokonano w oparciu o analizê wp³ywu temperatury i ciœ-nienia wtryskiwania na w³asnoœci wytrzyma³oœciowePoliamidu 6.

2. Praca w³asna


Próbki wykonano z Poliamidu 6 o w³asnoœciach zesta-wionych w tabeli 2.1. na protetycznej wtryskarce t³okowejo napêdzie pneumatycznym „J-200 Evolution”, przedsta-


Ocena wp³ywu wybranych parametrów procesu wtryskiwania próbek z poliamidu na pneumatycznej wtryskarce t³okowej na w³asnoœci wytrzyma³oœciowe 37

wionej na rys. 2.1. Jest to wtryskarka programowalna (7programów). Program realizacji procesu dobierany jest wzale¿noœci od przetwarzanego materia³u (poliacetal, poli-amid) oraz wymagañ stawianych gotowym protezom.

Wtryskarki protetyczne posiadaj¹ wbudowany uk³adch³odz¹cy, co ma du¿y wp³yw na uzyskanie wypraskio jak najlepszych w³aœciwoœciach. Uk³ad sterowania pro-cesem wtryskiwania pozwala na ustalenie wymaganejwartoœci ciœnienia, temperatury oraz czasu wtryskiwania.Wtryskarka ta daje mo¿liwoœæ ustalenia parametrów pro-cesu – ciœnienie do 0.6 MPa, temperatura do 300°C.

Tab. 2.1. W³asnoœci Poliamidu 6

W³asnoœci Poliamid 6

Gêstoœæ [g/cm3] 1,13

Temperatura topnienia [°C] 220

Ch³onnoœæ wilgoci [%] 2,5 – 2,8

Trwa³a temperatura u¿ytkowania [°C] 100

Temperatura przetwórstwa [°C] 230 – 280

Temperatura formy[°C] 75 – 90

Skurcz przetwórczy [%] 1,5 – 2,5

Modu³ rozci¹gania [MPa] 3000

Wyd³u¿enie przy granicy plastycznoœci [%] 100

Naprê¿enie przy granicy plastycznoœci [MPa] 90

W badaniach zmieniano ciœnienie od 0.3 do 0.6 MPa,temperaturê od 230 do 280°C. Badania realizowano wgplanu statycznego zdeterminowanego wieloczynnikowe-go (tabela 2.2.). W ramach pracy zaprojektowano i wyko-nano formê do próbek wiose³kowych w oparciu o normêPN-EN ISO 294-1 (rys. 2.2a) [13]. Ze wzglêdu na ograni-czenia jakie wynikaj¹ z konstrukcji wtryskarki dentys-tycznej „J-200 Evolution”, forma wtryskowa zosta³a za-projektowana dla próbek wiose³kowych typu 2 (rys. 2.2b)wed³ug normy PN-EN ISO 3167: 1998. Wysokoœæ czêœciroboczej wynosi 3 mm, a gruboœæ 2,5 mm. Objêtoœæ próbkiwynosi 1061,92 mm3, tak ma³a objêtoœæ pozwoli³a na za-projektowanie formy dwugniazdowej.

Próbki zosta³y wykonane dla dwóch czynników ba-danych TT – temperatury tworzywa oraz PW – ciœnieniawtryskiwania. Pozosta³e dwa parametry td – czas dociskuoraz vw – prêdkoœæ wtrysku zosta³y ustawione w wartoœ-ciach œrednich.

Tabela 2.2. Plan dwuwartoœciowy dla wykonywanych próbek

Lp.

Czynniki badane

Kod Wartoœci

x1 x2 Pw [bar] TT [°C] td vw

1. -1 -1 3,44 237,32 105 0,5

2. +1 -1 5,56 237,32 105 0,5

3. -1 +1 3,44 272,68 105 0,5

4. +1 +1 5,56 272,68 105 0,5

5. 0 0 4,5 255 105 0,5

6. +� = +1 0 5,56 255 105 0,5

7. –� = –1 0 3,44 255 105 0,5

8. 0 +� = +1 4,5 272,68 105 0,5

9. 0 - � = -1 4,5 237,32 105 0,5

Oceny wp³ywu temperatury i ciœnienia na w³asnoœciwytrzyma³oœciowe dokonano w oparciu o normê PN-ENISO 527 [14]. Badania próbek przeprowadzono na maszy-nie wytrzyma³oœciowej Zwick/Roell typ Z020.

W ramach badañ okreœlono modu³ sprê¿ystoœci (Et),wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie (�M), oraz wyd³u¿enie dozerwaniu �M.

2.2. Wyniki badañ

Na rysunkach kolejnych rysunkach przedstawionowykresy zale¿noœci:

— modu³u sprê¿ystoœci (rys. 2.3),— wytrzyma³oœci na rozci¹ganie (rys. 2.4),— wyd³u¿enia do zerwania (rys. 2.5)

od temperatury i ciœnienia wtryskiwania.


38 Andrzej PUSZ, Ma³gorzata SZYMICZEK

Rys. 2.1. Protetyczna wtryskarka t³okowa o napêdzie pneumatycznym.„J-200 Evolution”

a)

b)

Rys. 2.2. Forma wtryskowa (a), kszta³tka do badañ (b)

3. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych badañ wytrzyma-³oœciowych próbek Poliamidu 6 wykonanych w procesiewtryskiwania wg ustalonego planu mo¿na sformu³owaænastêpuj¹ce wnioski:

1. Istnieje mo¿liwoœæ realizacji procesu wtryskiwa-nia na protetycznej wtryskarce pneumatycznej o t³oko-wym uk³adzie uplastyczniania poliamidu przeznaczo-nego do wtryskiwania na maszynach przemys³owych,jednak¿e obserwuje siê znaczne ró¿nice we w³asnoœ-ciach w porównaniu z danymi katalogowymi. Naj-wiêksze rozbie¿noœci zaobserwowano dla wyd³u¿eniaprzy wytrzyma³oœci na rozci¹ganie oraz naprê¿eniaprzy granicy plastycznoœci (mniejsze o ok. 50%). Ró¿-nice te wynikaj¹ z w³asnoœci poliamidu konstrukcyjne-go a stosowanego w protetyce.

2. Przeprowadzone badania pozwoli³y ustaliæ dla Po-liamidu 6 najlepsze parametry procesu wtryskiwania nawtryskarce protetycznej „J-200 Evolution”:

— TT – temperatura tworzywa: 237°C,— PW – ciœnienie wtrysku: 4,5 bar.3. Dok³adna analiza i optymalizacja procesu realizo-

wanego na protetycznej wtryskarce pneumatycznej o t³o-kowym uk³adzie uplastyczniania powinna byæ przepro-wadzona na materia³ach specjalnie dedykowanych takimaplikacjom.

4. Uzyskane dane mog¹ byæ wykorzystane do obli-czeñ wytrzyma³oœciowych elementów protez przy zada-nych warunkach obci¹¿enia dla przebadanego tworzywa.

Bibliografia

1. Pusz A., Szymiczek M., Michalik K.: Simplified model of theprosthesis of the dental maxilla. Proceedings of III interna-tional conference on modern achievements of science andeducation. Israel 2009. s. 55-58.

2. Pusz A., Szymiczek M., Michalik K.: Model stomatologicz-nej protezy osadczej z kompozytu poliamidowo-szklanego.Czasopismo Techniczne – Technical Transactions 1-M/2009,Zeszyt 3, Rok 106. 2009. s. 255-258.

3. Pusz A., Szymiczek M., Michalik K.: The ageing process ofpolyamide – glass applied in dentistry. IV InternationalConference “Modern achievements of science and educa-tion” Budva 2010. pp. 228 – 230.

4. Pusz A., Szymiczek M., Michalik K.: Ageing process in-fluence on mechanical properties of polyamide – glass com-posites applied in dentistry. Journal of Achievements inMaterials and Manufacturing Engineering. Vol 38(1). 2010.pp. 49-55.

5. Pusz A., Szymiczek M.: Ocena wp³ywu temperatury starze-nia na ch³onnoœæ poliamidu wzmocnionego w³óknem szkla-nym stosowanego na protezy stomatologiczne. Praca zbio-rowa pod red. J. Koszkula i E. Boci¹gi „Materia³y polimero-we” 2010. s. 103 – 110.

6. Pusz A., Michalik K., Szymiczek M.: Makrostruktura z³o-mów zmêczeniowych w PE-HD. Polimery i KompozytyKonstrukcyjne. Praca zbiorowa pod red. G. Wróbla. Wy-dawnictwo Logos Press. Cieszyn 2011. str. 395-401.


Ocena wp³ywu wybranych parametrów procesu wtryskiwania próbek z poliamidu na pneumatycznej wtryskarce t³okowej na w³asnoœci wytrzyma³oœciowe 39

Rys. 2.3. Zale¿noœæ modu³u sprê¿ystoœci przy rozci¹ganiu Et od tempe-ratury tworzywa Tt i ciœnienia wtrysku PW

Rys. 2.4. Zale¿noœæ wytrzyma³oœci na rozci¹ganie �M od temperaturytworzywa TT i ciœnienia wtrysku PW

Rys. 2.5. Zale¿noœæ wyd³u¿enia przy zerwaniu �M od temperatury two-rzywa TT i ciœnienia wtrysku PW

7. Pusz A., Szymiczek M., Michalik K.: Topography and thestructure of the surface of polyamide – glass composites af-ter the ageing process, Journal of Achievements in Materialsand Manufacturing Engineering, Vol. 44 Issue 1, January2011, page 42-49.

8. Pusz A., Szymiczek M. Michalik K.: Structure of the surfaceof polyamide – glass composites after ageing in the environ-ment artificial saliva, Proceedings of International Seminaron Science and Education, April 16-23, 2011 Rome, Italy,pages 67-70.

9. Pusz A., Szymiczek M., Michalik K.: Struktura prze³omówPE-HD po badaniach zmêczeniowych. Proceedings of the17th International Scientific Conference CAM3S’2011.

10. Bartczyszyn M., Jaczewski M., Tomalik I.: Protezy ruchomenylonowe – alternatyw¹ dla protez akrylowych w leczeniuprotetycznym, Mag. Stomatol. 2007:17(9):38-42.

11. H. Zawistowski, S. Ziêba: „Ustawianie procesu wtrysku”,Plastech Warszawa 2003 r.

12. PN-EN ISO 3167 – Tworzywa sztuczne. Uniwersalnekszta³tki do badañ.

13. PN-EN ISO 294-1 – Tworzywa sztuczne – Wtryskiwaniekszta³tek do badañ z tworzyw termoplastycznych.

14. PN-EN ISO 527 – Tworzywa sztuczne. Oznaczenie w³asnoœ-ci mechanicznych przy statystycznym rozci¹ganiu.


40 Andrzej PUSZ, Ma³gorzata SZYMICZEK

Maciej ROJEK, Gabriel WRÓBEL, Rudolf BAGSIK, Ma³gorzata SZYMICZEKMaciej ROJEK, Gabriel WRÓBEL, Rudolf BAGSIK, Ma³gorzata SZYMICZEK*Politechnika Œl¹ska, Zak³ad Przetwórstwa Materia³ów Metalowych i Polimerowych* e-mail: [email protected]

Wp³yw stopnia filtracji na w³asnoœci wytrzyma³oœciowe trójwarstwowej folii

z PET

Streszczenie. W ramach pracy scharakteryzowano proces filtracji materia³ów polimerowych. Przedstawiono wadyi zalety procesu filtracji, który jest wykorzystywany przy recyklingu termoplastycznych materia³ów polimerowych.Omówiono proces recyklingu surowcowego politereftalanu etylenu (PET). W ramach badañ przygotowano próbki zfolii wytworzonej na wyt³aczarce z trzema zestawami sit filtracyjnych. Zadaniem sit jest oczyszczenie roztopionegomateria³u. Po przeprowadzeniu filtracji, zosta³y pobrane próbki folii odpowiadaj¹ce poszczególnym zestawom sit.Próbki poddano badaniom w³asnoœci wytrzyma³oœciowych.

THE IMPACT OF THE DEGREE OF FILTRATION ON THE STRENGTH PROPERTIES OF THREE-LAYERPET FILMSummary. Within the paper the filtration process of the polymer materials is characterized. The pros and cons of thefiltration process, which is applied during the recycling of thermoplastic polymer materials are discussed. Presentedis the process of the recycling of polyethylene terephthalate (PET).Within the frame of the research the samples offilm produced with the use of extruder with three sets of filtration sieves are prepared. The role of the sieves is thepurification of the melted material. After the completion of the filtration, the samples of the film are taken. They arecorresponding to the individual sets of nets, which were subjected to the examination of the strength properties.

1. WSTÊP

Problemem, który w sposób istotny warunkuje podwzglêdem spo³eczno-ekonomicznym zastosowanie ma-teria³ów polimerowych w dzisiejszym œwiecie jest jednakich utylizacja [1]. Materia³y polimerowe, dziêki swoimzaletom s¹ szeroko stosowane od folii opakowaniowych,po skomplikowane uk³ady konstrukcyjne [2 – 7]. Zewzglêdu na du¿¹ iloœæ odpadów, a tak¿e ich niezwykled³ugi czas rozk³adu naturalnego wprowadzane s¹ tech-nologie recyklingu, obejmuj¹ce szybsz¹ degradacjê lubprzystosowanie do ich ponownego wykorzystania jakosurowiec wtórny [1,2,7].

Wykorzystywanie recyklatów (materia³ów zawraca-nych do ponownego przetwórstwa) z materia³ów polime-rowych wymaga stosowania odpowiedniego systemu fil-tracji, którego celem jest wyeliminowanie wszelkiego ro-dzaju zanieczyszczeñ [1,2,9]. Uplastyczniony materia³polimerowy zawiera zanieczyszczenia ró¿nej wielkoœci.Do g³ównych zanieczyszczeñ zalicza siê wtr¹cenia me-chaniczne, oderwane i przypalone resztki materia³u znaj-duj¹ce siê pomiêdzy cylindrem a œlimakiem, produktykorozji i inne. Najwiêcej zanieczyszczeñ mo¿na znaleŸæjednak w regranulatach oraz dodatkach do tworzyw ta-kich jak: barwniki, pigmenty i w³ókna lub w samym ma-teriale np. nie do koñca spolimeryzowane tworzywo, nie-roztopione granulaty czy ³atwo deformowalne ¿ele. Nale-¿y d¹¿yæ do wyeliminowania zanieczyszczeñ poniewa¿maj¹ one niekorzystny wp³yw na jakoœæ wyrobów koñco-wych [8]. W zale¿noœci od zastosowania dodatek recykla-tu mo¿e np. zmniejszyæ przepuszczalnoœæ i jakoœæ foliiczy wytrzyma³oœæ elektryczn¹ w os³onach kablowych.Recyklat przyspiesza proces starzenia, zmienia kolormateria³u polimerowego oraz wp³ywa niekorzystnie na

zu¿ycie czêœci takich jak: dysze, pompy tworzywa i inne.Jednym z wa¿nych aspektów recyklingu jest odpowied-nie przygotowanie recyklatu m.in. przez sortowania,oczyszczenie, a w etapie koñcowym filtracjê uplastycz-nionego materia³u.

Filtracja polega na oczyszczeniu polimeru w stanieplastycznym lub jego roztworze z mechanicznych niepo-¿¹danych cz¹steczek za pomoc¹ materia³u filtracyjnego,którym mog¹ byæ w³ókna, piasek (kwarc), tkane siatkimetalowe, proszki spiekane lub membrany. Ze wzglêduna wymagania techniczne stawiane wyrobom wyt³acza-nym, zanieczyszczenia w regranulacie nale¿y odseparo-waæ za pomoc¹ siatek filtracyjnych wykonanych ze stalinierdzewnej. Wybór siatki filtracyjnej ma istotny wp³ywna jakoœæ wyrobu. Przy wyborze nale¿y zwróciæ szcze-góln¹ uwagê na zakres stosowania, dok³adnoœæ filtracji,warunki procesu produkcji (temperatura, ciœnienie), wy-magania chemiczne i mechaniczne stawiane wyrobom[1,9].

W ramach pracy dokonano oceny wp³ywu stopnia fil-tracji na w³asnoœci wytrzyma³oœciowe trójwarstwowejfolii z poli(tereftalanu etylenu) – PET, która mo¿e byæ wy-korzystywana na opakowania wytwarzane technologi¹termoformowania [3].

Recykling poli(tereftalanu etylenu) spowodowanyjest wielkoœci¹ produkcji, wyra¿an¹ w dziesi¹tkach tysiê-cy ton (od roku 2006 produkowanych jest w kraju oko³o500 mln sztuk opakowañ wykonanych z PET rocznie)oraz jego nisk¹ biodegradalnoœci¹. Koszty sk³adowaniaodpadów s¹ podstawowym czynnikiem przemawia-j¹cym za recyklingiem tego tworzywa.

Ze wzglêdu na równowagowy charakter syntezy istopniowy wzrost makrocz¹steczek mo¿liwy jest dla PETrecykling surowcowy [8,9,11]. Polega on na rozk³adzie


Wp³yw stopnia filtracji na w³asnoœci wytrzyma³oœciowe trójwarstwowej folii z PET 41

makrocz¹steczki w wyniku reakcji degradacji i depolime-ryzacji z przejœciem do surowców wyjœciowych lub dooligomerów. Produkty otrzymane w ten sposób mog¹zostaæ wykorzystane jako samodzielny surowiec lub do-mieszka do granulatu PET. Recykling surowcowy PETpolega na wykorzystaniu procesu hydrolizy, alkoholizylub glikolizy do otrzymania niskocz¹steczkowych zwi¹z-ków wyjœciowych, które s¹ nastêpnie wykorzystywanedo powtórnej syntezy PET. Alkoholiza przeprowadzanajest z udzia³em katalizatorów alkalicznych (tj. octansodu), w temperaturze 150 – 250°C w czasie ok. 4 godzin.Katalizatory kwaœne powoduj¹ zakoñczenie reakcji wczasie 10 – 35 min ju¿ w temperaturze 60 – 95°C. Rodzajkatalizatora ma mniejszy wp³yw na przebieg reakcji odu¿ytego dla niej ciœnienia. Do osi¹gniêcia wydajnoœci mo-nomerów 99% stosowane jest ciœnienie 20 – 70 atm i tem-peratura 160 – 240°C [8].

2. PRACA W£ASNA


Celem pracy by³a ocena wp³ywu stopnia filtracji naw³asnoœci wytrzyma³oœciowe trójwarstwowej folii wyt³a-czane z miêdzywarstw¹ z regranulatu z PET. Do ocenywp³ywu stopnia filtracji na w³asnoœci wytrzyma³oœciowezastosowano trzy zestawy sit o ró¿nej gêstoœci odpowied-nio 56 µm, 63 µm i 75 µm. Wykonane przy ich zastosowa-niu folie zawiera³y 80%-wy udzia³ tworzywa pocho-dz¹cego z recyklatu i 20% czystego tworzywa PET (nazy-wanego w dalszej czêœci A-PET), u³o¿onego w ten spo-sób, ¿e warstwa zawieraj¹ca recyklat tworzy rdzeñ ca³ejfolii, natomiast udzia³ A-PET tworzy zewnêtrzne war-stwy gotowej folii – rys. 2.1.

Warstwy zewnêtrzne folii posiadaj¹ lepsze w³asnoœci,ze wzglêdu na udzia³ jedynie czystego politereftalanu ety-lenu. Ich zastosowanie spowodowane jest tak¿e wymoga-mi dyrektywy Unii Europejskiej 94/62/WE, wg której two-rzywa na opakowania maj¹ce stycznoœæ z produktami spo-¿ywczymi nie mog¹ pochodziæ z recyklingu. Zastosowaniewarstwy recyklatu pozwala na znaczn¹ minimalizacjêkosztów produkcji, a tak¿e na ograniczenie zanieczyszczeñœrodowiska. Surowiec potrzebny do wykonania recyklatupozyskiwany jest g³ównie z u¿ywanych butelek, folii spo-¿ywczych, zakrêtek i opakowañ, w wyniku segregacjiprzez zajmuj¹ce siê tym przedsiêbiorstwa.

Badaniom poddano próbki, w kszta³cie prostok¹tao szerokoœci 15 mm (wg normy PN-EN ISO 527-3 [12]szerokoœæ próbek powinna mieœciæ siê w zakresie od10 do 25 mm), d³ugoœci nie mniejszej ni¿ 150 mm. Gru-boœæ okreœlono dla trzech punktów po³o¿onych wmiejscach zamocowania w uchwytach i na œrodku roz-ci¹ganej czêœci próbki (rys. 2.2), co pozwoli³o na wyz-naczenie œredniego rozk³adu gruboœci. Œrednia gru-boœæ trójwarstwowej folii z A-PET wynosi³a 0,3 mm(zgodnie z norm¹ PN-EN ISO 527-3 [12] nie powinna

ona przekraczaæ 1 mm). Wykonano 10 próbek repre-zentuj¹cych ka¿dy z badanych materia³ów (zgodnie znorm¹ PN-EN ISO 527 [11] wartoœæ ta nie powinna byæmniejsza ni¿ 5 sztuk). W celu sprawdzenia anizotropiimateria³u badania przeprowadzono na próbkach wy-cinanych wzd³u¿nie i prostopadle do kierunku wyt³a-czania folii.

Oceny w³asnoœci wytrzyma³oœciowych tak wykona-nych folii dokonano na podstawie próby rozci¹ganiaprzeprowadzonej na maszynie wytrzyma³oœciowejZwick/Roell wg normy PN-EN ISO 527 [11]. Prêdkoœærozci¹gania wynosi³a 100 [mm/min] i by³a sta³a przez ca³yczas pomiaru. Odleg³oœæ pomiêdzy uchwytami maszynywynosi³a 50 mm.

W wyniku przeprowadzonych badañ okreœlono nas-têpuj¹ce w³asnoœci wytrzyma³oœciowe:— modu³ sprê¿ystoœci (Et),— naprê¿enia przy osi¹gniêciu granicy plastycznoœci

(�Y),— wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie (�M),— wyd³u¿enie przy zniszczeniu (�tB).Wszystkie w³asnoœci okreœlono zarówno dla próbek wy-ciêtych z folii wzd³u¿ i prostopadle do kierunku wyt³a-czania.

2.2. Wyniki badañ

Na kolejnych rysunkach przedstawiono wykresy za-le¿noœci:— modu³ sprê¿ystoœci (Et) – rys. 2.3,— naprê¿enia przy osi¹gniêciu granicy plastycznoœci

(�Y) – rys. 2.4,— wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie (�M) – rys. 2.5,— wyd³u¿enie przy zniszczeniu (�tB) – rys. 2.6.Wszystkie te w³asnoœci okreœlono w w zale¿noœci odstopnia filtracji i kierunku wycinania próbek z badanychfolii (wzd³u¿ i prostopadle do kierunku wyt³aczania).


42 Maciej ROJEK, Gabriel WRÓBEL, Rudolf BAGSIK, Ma³gorzata SZYMICZEK

Rys. 2.1. Przekrój poprzeczny folii trójwarstwowej R-PET.

Rys. 2.2. Punkty pomiaru gruboœci próbki

Na wykresach przedstawionych na rys. 2.3 – 2.6 przezA-PET oznaczono próbkê odniesienia z czystego PEToraz przez R-PET z dodatkiem recyklatu.

Na rys. 2.3. obserwuje siê wyraŸnie wy¿szy modu³sprê¿ystoœci dla próbek wycinanych zgodnie z kierun-kiem wyt³aczania folii. Spoœród badanych grup próbeknajwiêksz¹ wartoœci¹ modu³u sprê¿ystoœci charakteryzu-je siê grupa A-PET. Nie przekracza ona jednak w zna-cz¹cy sposób modu³u sprê¿ystoœci wyznaczonego w gru-pie próbek folii z tworzywa poddanego filtracji na sitacho oczkach 63 µm (bêd¹cego zarazem najwy¿szym w gru-pie R-PET). Najni¿sz¹ wartoœæ modu³u sprê¿ystoœci po-siadaj¹ próbki filtrowane na sitach 75 µm. Dla próbek wy-cinanych prostopadle do kierunku wyt³aczania modu³sprê¿ystoœci jest o ok. 50 MPa ni¿szy od modu³u sprê¿ys-toœci próbek filtrowanych na siatce 63 µm, który jest naj-wy¿szy ze wszystkich analizowanych rodzajów folii.

Wykres przedstawiony na rys. 2.4. pozwala zaobser-wowaæ, i¿ folia wykonana z czystego A-PET osi¹ga grani-cê plastycznoœci przy najwy¿szych wartoœciach naprê-

¿eñ. Próbki z recyklatem filtrowane na najgêstszych si-tach osi¹gaj¹ granicê plastycznoœci przy najwy¿szychwartoœciach naprê¿eñ w grupie R-PET. W zestawieniunajgorzej prezentuj¹ siê w³asnoœci grupy o najni¿szymstopniu filtracji, wykazuj¹c ró¿nicê wartoœci granicy plas-tycznoœci 5,5 MPa w stosunku do czystego tworzywa. Do-datkowo mo¿na zaobserwowaæ, ¿e jest to jedyny przypa-dek, gdzie próbki wycinanie prostopadle do kierunkuwyt³aczania osi¹gaj¹ granicê plastycznoœci przy wy¿-szych wartoœciach naprê¿eñ.

Analizuj¹c wykres przedstawiony na rys. 2.5 mo¿nazauwa¿yæ, ¿e próbki wykonane z czystego A-PET wyka-zuj¹ zdecydowanie najwy¿sz¹, o ok. 10 MPa wiêksz¹ odinnych badanych grup, wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie. Dlapróbek wykonanych z R-PET, jest ona zbli¿ona, niezale¿-nie od gêstoœci siatek filtracyjnych. Wytrzyma³oœæ na roz-ci¹ganie dla ka¿dej z badanych grup jest porównywalnaniezale¿nie od kierunku wycinania próbek.

Próbki wykonane z A-PET wykazuj¹ znacznie wiêk-sze wyd³u¿enie ca³kowite (o ponad 150% d³ugoœci po-



Rys. 2.4. Porównanie naprê¿eñ na granicy plastycznoœci w zale¿noœci od stopnia filtracji i kierunku wyciêcia próbek

Rys. 2.3. Porównanie modu³u sprê¿ystoœci w zale¿noœci od stopnia filtracji i kierunku wyciêcia próbek

cz¹tkowej), ni¿ próbki wykonane z tworzywa R-PET (rys.2.6). Serie filtrowane osi¹gaj¹ porównywalne wartoœci,przy czym próbki wyciête z folii, w których zastosowanorecyklat filtrowany przez sita o gêstoœci oczek 56 µm i63 µm odznaczaj¹ siê wy¿szym wyd³u¿eniem w kierun-ku prostopad³ym do kierunku wyt³aczania folii. Próbkifiltrowane przez sita o gêstoœci 75 µm, charakteryzuj¹ siêwy¿szym wyd³u¿eniem dla próbek wycinanych zgodniez kierunkiem wyt³aczania. Grupa filtrowana na sitach ogêstoœci 63 µm, wykazuje najwiêksz¹ rozbie¿noœæ pomiê-dzy seriami: wycinan¹ zgodnie, wycinan¹ prostopadledo kierunku wyt³aczania, gdzie dla pierwszej z powy¿-szych, wartoœæ ta jest najni¿sza dla grup zawieraj¹cych re-cyklat, dla drugiej natomiast przewy¿sza ona pozosta³e.

Przeprowadzona analiza wyników badañ potwierdzazale¿noœæ okreœlonej w³asnoœci od kierunku wyt³aczaniatylko dla modu³u Young’a. Wartoœæ œrednia modu³u jestwy¿sza dla próbek wyciêtych wzd³u¿ ni¿ prostopadle dokierunku wyt³aczania. Jest to zwi¹zane ze struktur¹ ma-

teria³u. Nale¿y tu podkreœliæ, ¿e próbki wyciête wzd³u¿i prostopadle do kierunku wyt³aczania z czystego A-PETdla wszystkich wyznaczanych w³asnoœci wytrzyma³oœ-ciowych s¹ wy¿sze ni¿ próbki wyciête z R-PET o ró¿nymstopniu filtarcji. Natomiast w przypadku wyznaczonychnaprê¿eñ na granicy plastycznoœci, wytrzyma³oœci narozci¹ganie i wyd³u¿enia przy zniszczeniu brak jedno-znacznej zale¿noœci od kierunku wyt³aczania.

3. WNIOSKI

Na podstawie przeprowadzonych badañ mo¿na sfor-mu³owaæ nastêpuj¹ce wnioski:1. Wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie folii wykonanej z czys-

tego A-PET jest znacznie wiêksza od wytrzyma³oœcifolii wykonanych z recyklatu. Jest ona odpowiednio o25% wiêksza od wytrzyma³oœci materia³u filtrowane-go na sicie o oczku 75 µm i o 20% wiêksza od wytrzy-ma³oœci w pozosta³ych grupach. Gêstoœæ sit filtracyj-


44 Maciej ROJEK, Gabriel WRÓBEL, Rudolf BAGSIK, Ma³gorzata SZYMICZEK

Rys. 2.6. Porównanie wyd³u¿enia przy zniszczeniu w zale¿noœci od stopnia filtracji i kierunku wyciêcia próbek

Rys. 2.5. Porównanie wytrzyma³oœci na rozci¹ganie w zale¿noœci od stopnia filtracji i kierunku wyciêcia próbek

nych ma niewielki wp³yw na poprawienie tej w³as-noœci. Dla ka¿dej grupy folii wytrzyma³oœæ na roz-ci¹ganie ma podobn¹ wartoœæ dla prób wycinanychzgodnie z kierunkiem wyt³aczania, jak i poprzeczniedo niego.

2. Naprê¿enia na granicy plastycznoœci maj¹ najwiêksz¹wartoœæ dla czystego A-PET. Wartoœæ ta jest o 8%wiêksza ni¿ dla folii poddanej filtracji z u¿yciem siatkio najmniejszej gêstoœci, 7% od materia³u wykonanegoz u¿yciem sita o oczku 63 µm i o 6% wiêksza od trze-ciego z badanych materia³ów. Wraz ze zwiêkszeniemstopnia filtracji naprê¿enia te wzrastaj¹ w foliach wy-konanych z recyklatu.

3. Najwiêksze wyd³u¿enie przy zerwaniu osi¹ga folia zczystego politereftalanu etylenu, przy czym znacznieprzewy¿sza ono wyd³u¿enia innych folii. Jest a¿ o40% wiêksze od wyd³u¿enia przy zerwaniu w grupiefiltrowanej na siatce o gêstoœci 75 µm i o 38% wiêkszewyd³u¿enia próbek z grupy filtrowanej na siatceo najwiêkszej gêstoœci oczek. Najwy¿sz¹ wartoœæ wy-d³u¿enia z grup zawieraj¹cych recyklat charakteryzu-je próbki grupy filtrowanej na sicie 63 µm, przy czymjest ona o 30% mniejsza ni¿ dla czystego politereftala-nu etylenu.

4. Modu³ sprê¿ystoœci wszystkich folii zale¿ny jest wg³ównej mierze od orientacji kierunku badania. Wkierunku wyt³aczania folia wykazuje zdecydowaniewiêkszy modu³ sprê¿ystoœci ni¿ w kierunku po-przecznym. Dla materia³u poddanego filtracji na si-tach o gêstoœci 63 µm jest ona porównywalna z modu-³em sprê¿ystoœci materia³u porównawczego A-PET.Wzrost stopnia filtracji nie powoduje jednoznacznegozwiêkszenia wartoœci modu³u sprê¿ystoœci.

Bibliografia

[1] Morawiec J.: Wtórne zastosowanie polimerów. Referat wCentrum Badañ Molekularnych i MakromolekularnychPAN. £ódŸ 2001.

[2] Wróbel G., Bagsik R.: Systemy filtracji w recyklingu two-rzyw termoplastycznych. Mteria³y Konferencyjne VIIIUkraiñsko-Polskiej Konferencji M³odych Naukowców „Me-chanika i Informatyka”, Chmielnicki, Ukraina 2011. S.206-207.

[3] Wróbel G., Szymiczek M., Rojek M.: Ocena wp³ywu wybra-nych parametrów termoformowania na rozk³ad gruboœciœcianki wyrobu. Przetwórstwo Tworzyw 6(150)/2012. S.699-702.

[4] Bursa J., Rydarowski H., Szymiczek M., Sygut M.: Ocenawybranych w³asnoœci cieplnych i mechanicznych polietyle-nu nape³nionego bentonitem z 80% zawartoœci¹ montmory-lonitu. Polimery i kompozyty konstrukcyjne. WydawnictwoPolitechniki Œl¹skiej. Gliwice 2008. pp. 29 -35.

[5] Wróbel G., Szymiczek M., Stawarz M.: W³asnoœci tribolo-giczne wybranych kompozytów z osnow¹ polimerow¹.Przetwórstwo Tworzyw 3(141). 2011 pp. 230-233.

[6] Wróbel G., Bortel K., Rojek M., Chmielnicki B.: Wybranew³aœciwoœci mieszanin recyklatów PE. Polimery i Kompo-zyty Konstrukcyjne, Wydawnictwo Logos Press. Cieszyn2011. s.46-553.

[7] Rojek M., Szymiczek M., Suchoñ £., Wróbel G.: Mechanicalproperties of polyamide matrix composites filled with tita-nates modified-coal. Journal of Achievements in Materialsand Manufacturing Engineering Vol 46(1). 2011. pp. 25-32.

[8] Æwiek-Ludwicka K.: Politereftalan etylenu (PET) – aspektyzdrowotne i zastosowanie do pakowania ¿ywnoœci. Pañ-stwowy Zak³ad Higieny Nr 2/2003.

[9] Packaging Materials. 1. Polyethylene Terephtalate (PET) forFood Packaging Applications. ILSI Europe Report Series.Brussell 2000.

[10] Strona internetowa – www.bagsik.net[11] B³êdzki A.K.: Recykling tworzyw sztucznych. Politechnika

Szczeciñska. Szczecin 2002.[12] PN-EN ISO 527 – Tworzywa sztuczne. Oznaczenie w³asnoœ-

ci mechanicznych przy statystycznym rozci¹ganiu.[13] PN-EN ISO 527-3:1998: Tworzywa sztuczne – Oznaczanie

w³aœciwoœci mechanicznych przy statycznym rozci¹ganiu –Warunki badañ folii i p³yt.



Józef STABIK, Monika CHOMIAKJózef STABIK, Monika CHOMIAKPolitechnika Œl¹ska w GliwicachInstytut Materia³ów In¿ynierskich i BiomedycznychE-mail: [email protected]

Struktura gradientowego kompozytu epoksydowego z nape³niaczem wêglowym

Streszczenie. Artyku³ zawiera przegl¹d technik wykonania polimerowych materia³ów gradientowych. Przedsta-wiono mikroskopowe badania struktury kompozytów oraz pokazano ich zalety i ograniczenia. W artykule omówio-no zagadnienia przygotowania powierzchni próbek polimerowego materia³u gradientowego do badañ mikroskopo-wych. Nastêpnie przedstawiono rezultaty badañ struktury materia³ów gradientowych o osnowie polimerowej na-pe³nionej wêglem kamiennym. Do wykonania kompozytów wykorzystano ¿ywicê epoksydow¹, jako materia³ osno-wy oraz dwa rodzaje wêgla kamiennego o ró¿nej granulacji i w³asnoœciach. Kompozyty wytworzono stosuj¹c meto-dê odlewnia grawitacyjnego i odœrodkowego.

THE STRUCTURE OF GRADED EPOXY COMPOSITE FILLED WITH HARD COALSummary. In the introduction article provides an overview of manufacture techniques of graded polymer materials.Microscopic examination techniques of composites structure are presented and discussed are their advantages andlimitations. The article discusses the issues of surface preparation of polymeric graded materials specimens for mic-roscopic examination. Next the paper presents the results of a study of the structure of polymeric graded materialswith hard coal filler. For the production of composites material were used epoxy resin as the matrix and the two typesof hard coal with different grain size and properties. The composites were prepared using the gravitational and cen-trifugal casting methods.

1. Wprowadzenie

W literaturze naukowej dotycz¹cej tematyki materia-³ów gradientowych dominuj¹ prace zwi¹zane z kompo-zytami o osnowie metalowej lub ceramicznej, rzadziej ba-dane s¹ materia³y o osnowie polimerowej. Choæ roœniezainteresowanie t¹ grup¹ materia³ów jest to nadal ma³opoznany obszar wiedzy. Dotychczas powsta³o niewielepublikacji w jêzyku polskim dotycz¹cych tej klasy mate-ria³ów. Szczególnie ma³o poznany jest problem kszta³to-wania w³asnoœci polimerowych materia³ów gradiento-wych, co przyczyni³o siê do podjêcia przez Zak³ad Prze-twórstwa Materia³ów Metalowych i Polimerowych badañw tym zakresie. Szczególn¹ uwagê skupiono na kszta³to-waniu w³asnoœci elektrycznych i magnetycznych kompo-zytów gradientowych wytwarzanych konwencjonalnymimetodami [1-6].

W literaturze przedmiotu opisano wiele metod wy-twarzania polimerowych materia³ów gradientowych,pozwalaj¹cych kszta³towaæ w³asnoœci tych materia³ów wzamierzony, zmienny na przekroju sposób [7-8]. Wybórmetody wytwarzania oraz jej parametry technologicznezale¿ny jest od stawianych wymagañ dotycz¹cychkszta³tu, wymiarów b¹dŸ te¿ wspomnianych w³asnoœcioraz przeznaczenia gotowych wyrobów. Metody te mo¿-na podzieliæ na: konwencjonalne (odlewanie, prasowa-nie, wyt³aczanie, laminowanie), zwi¹zane z procesamipolimeryzacji (polimeryzacja i kopolimeryzacja plazmo-wa, polimeryzacja frontalna, polimeryzacja „in situ”)oraz metody wytwarzania powierzchniowych i pow³oko-wych struktur gradientowych (wy³adowania koronowe,spiekanie laserowe, rozpuszczanie dyfuzyjne itp.). Wpracy do wytworzenia polimerowych kompozytów gra-dientowych wykorzystano metody odlewania odœrodko-

wego i grawitacyjnego, które to zosta³y szczegó³owoomówione we wczeœniejszych publikacjach autorów[1-6].

Struktura materia³ów, w tym kompozytów polimero-wych, jest bardzo interesuj¹cym i szerokim zagadnie-niem. Poznanie morfologii takich materia³ów, umiejêt-noœæ powi¹zania ich budowy z w³aœciwoœciami pozwalana lepsze rozpoznanie procesów materia³owych i jedno-czeœnie doskonalsze projektowanie zarówno narzêdzi doprzetwórstwa, jak i wytworów z materia³ów polimero-wych i kompozytów na ich osnowie, w tym kompozytówgradientowych. Techniki mikroskopii pozwalaj¹ na ocenêstruktury i niejednorodnoœci materia³u. Badania mikro-skopowe z wykorzystaniem mikroskopii œwietlnej pole-gaj¹ najczêœciej na pobraniu próbki z badanego wyrobu,wyszlifowaniu i wypolerowaniu wybranej powierzchnitj. wykonaniu tzw. zg³adu, który po ewentualnym wytra-wieniu poddaje siê obserwacji mikroskopowej. Celem ba-dañ na mikroskopie œwietlnym jest najczêœciej okreœleniestruktury materia³ów oraz wad niewidocznych okiemnieuzbrojonym. Pozwalaj¹ one na rozró¿nienie sk³adni-ków strukturalnych i okreœlenie ich morfologii, iloœci, wy-miarów i rozmieszczenia [9-13].

Mikroskop optyczny umo¿liwia obserwacjê bardzoma³ych obiektów jednak, podobnie jak inne urz¹dzenia,ma pewne ograniczenia. Jednym z ograniczeñ mikrosko-pii œwietlnej s¹ zjawiska dyfrakcji i interferencji powodu-j¹ce, ¿e z zachowaniem ostroœci obrazu zobaczyæ mo¿natylko obiekty o rozmiarach wielokrotnie wiêkszych ni¿d³ugoœæ stosowanej fali. Obiekty mniejsze ni¿ 1/2 d³ugoœcifali nie s¹ w ogóle widoczne. Obiekty o wielkoœci rzêdud³ugoœci fali pojawiaj¹ siê w obrazie mikroskopowym, alew formie zniekszta³conej: otoczone barwnymi obwódka-mi, zwielokrotnionymi krawêdziami itp. Dlatego te¿ na-


46 Józef STABIK, Monika CHOMIAK

wet najlepsze mikroskopy optyczne pracuj¹ce w zakresieœwiat³a widzialnego osi¹gaj¹ maksymalne powiêkszeniarzêdu 1500 razy. Wiêksze powiêkszenia mo¿na uzyski-waæ z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej orazmikroskopii si³ atomowych. Równie¿ mikroskopia konfo-kalna, w której wykorzystuje siê œwiat³o lasera, daje do-datkowe mo¿liwoœci. Istotn¹ cech¹ mikroskopii konfokal-nej jest wyeliminowanie obrazów pochodz¹cych spozap³aszczyzny ogniskowania. Uzyskany w efekcie obrazwarstwicowy charakteryzuje siê s³abszym t³em i ostrzej-szymi konturami. Pozwala to stosowaæ wiêksze powiêk-szenia i u³atwia interpretacjê uzyskanych obrazów. Do-datkow¹ zalet¹ mikroskopii konfokalnej jest mo¿liwoœæuzyskania obrazów warstwicowych dla kolejnych prze-krojów obiektu poprzez zmianê po³o¿enia p³aszczyznyogniskowania. Zestaw takich obrazów warstwicowychpozwala odtworzyæ trójwymiarowy obraz obiektu wrazz jego budow¹ wewnêtrzn¹. W mikroskopach optycz-nych oœwietlany jest ca³y obserwowany obiekt i tworzonyjednoczeœnie ca³y obraz tego obiektu. W mikroskopiekonfokalnym wi¹zka lasera skupiana jest na pojedyn-czym punkcie obserwowanego obiektu [14]. Ze wzglêduna trudnoœæ w przygotowaniu próbek do badañ na mi-kroskopie elektronowym ten sposób obserwacji zosta³odrzucony. Mikroskop si³a atomowych natomiast pozwa-la na uzyskanie obrazu powierzchni ze zdolnoœci¹ roz-dzielcz¹ rzêdu wymiarów pojedynczego atomu dziêkiwykorzystaniu si³ oddzia³ywañ miêdzyatomowych, nazasadzie przemiatania ostrza nad lub pod powierzchni¹próbki. AFM daje te¿ mo¿liwoœæ przeprowadzenia po-miarów nie tylko na materia³ach przewodz¹cych pr¹delektryczny, ale równie¿ na izolatorach Pomiary mikro-skopem AFM mo¿na przeprowadzaæ w ró¿nych warun-kach otoczenia (natomiast pomiar mikroskopem elektro-nowym wymaga wysokiej pró¿ni), nawet w trakcie trwa-nia reakcji chemicznych, a sama próbka nie wymagaspecjalistycznego przygotowania. Pomiary przeprowa-dzone mikroskopem si³ atomowych mog¹ dostarczyæ in-formacji o takich wielkoœciach jak: chropowatoœæ po-wierzchni, si³y tarcia wystêpuj¹ce pomiêdzy ostrzem apowierzchni¹ próbki, si³ach adhezji, lepkoœci, mikrotwar-doœci. Mikroskop AFM dokonuje równie¿ pomiarów namateria³ach biologicznych [15].

2. Czêœæ doœwiadczalna

Celem prowadzonych badañ by³o sprawdzenie mo¿-liwoœci wykorzystania technologii odlewania odœrodko-wego do wytworzenia kompozytów z promieniowymgradientem zawartoœci nape³niaczy. Powsta³y materia³powinien charakteryzowaæ siê zmiennymi w³asnoœciachelektrycznymi na przekroju. Opracowano metodykêprzygotowania powierzchni próbek pobranych z wytwo-rzonych materia³ów gradientowych do badañ mikrosko-powych, a nastêpnie okreœlano ich strukturê na podsta-wie badañ mikroskopowych i analizy komputerowejuzyskanych obrazów. Zakres prac obejmowa³: wytworze-nie kompozytów, przeprowadzenie prób szlifowaniai polerowania próbek ró¿nymi metodami, wybranie naj-

lepszej metody przygotowania próbek na podstawie wy-branych kryteriów, badanie struktury na powierzchnipróbek z wykorzystaniem mikroskopu œwietlnego orazanalizê otrzymanych obrazów mikroskopowych za po-moc¹ programu komputerowego.

2.1. Materia³y

Do wykonania kompozytów gradientowych, jako os-nowê wykorzystano ¿ywicê epoksydow¹ EPIDIAN 6oraz utwardzacz aminowy Z-1 produkcji firmy Zak³adyChemiczne „Organika Sarzyna” S.A., natomiast, jako na-pe³niacz zastosowano dwa rodzaje sproszkowanego wêg-la kamiennego – wêgiel orto-koksowy typ 35 z KWK „Zo-fiówka” oraz antracyt typ 42 wydobyty w KuŸnieckimZag³êbiu Wêglowym (KUZBAS). Nape³niacze ró¿ni³y siêstopniem uwêglenia, stopniem rozdrobnienia oraz gês-toœci¹ (Tab. 1).

Tabela 1. Charakterystyka proszków wêgla kamiennego

Proszek Wielkoœæziaren* [µm]

Udzia³ g³ównegosk³adnika**, C [%]

Gêstoœæ***

[g/cm3]

Antracyt

d10% = 20,12

d50% = 132,64

d90% = 358,36

90,0 1,37

Wêgielorto-koksowy

typ 35

d10% = 2,92

d50% = 17,93

d90% = 64,25

71,5 1,40

(*) Analiza wielkoœci ziarna obu rodzajów wêgla zosta³a prze-prowadzona w Instytucie In¿ynierii Chemicznej Polskiej Akade-mii Nauk (PAN), przy wykorzystaniu urz¹dzenia MASTER-SIZER 2000 firmy Malvern Instruments Ltd.(**) Oznaczenie zawartoœci pierwiastka wêgla w obu rodzajachnape³niacza zosta³o przeprowadzone metod¹ instrumentaln¹ naautomatycznym analizatorze firmy Perkin Elmer 2400 Series IICHNS/O na Wydziale Chemii w Katedrze Chemii, TechnologiiNieorganicznej i Paliw Politechniki Œl¹skiej(***) Oznaczenia gêstoœci w³aœciwej obu rodzajów wêgla zosta³ywykonane w Instytucie Nawozów Sztucznych Oddziale ChemiiNieorganicznej „IChN” w Gliwicach, wed³ug PN-92/C-04504.

Przygotowano kompozycje o zawartoœci objêtoœcio-wej cz¹stek grafitu w zakresie od 3 do 12%. Próbki do ba-dañ zosta³y wytworzone metod¹ odlewania odœrodkowe-go. Na podstawie prostych obliczeñ si³y odœrodkowej us-talono zakres prêdkoœci obrotowej formy. Przedstawion¹w pracy seriê próbek wykonano przy ró¿nych prêdkoœ-ciach obrotowych w zakresie 535,3 – 617,7 obr/min. Wew-nêtrzn¹ powierzchniê formy przed odlaniem kompozycjipokrywano past¹ antyadhezyjn¹. Przygotowane mie-szanki wlewano do formy, któr¹ nastêpnie zamocowanona urz¹dzeniu do odlewania. Stanowisko do odlewaniaopisano szczegó³owo we wczeœniejszych publikacjachautora [4,16]. W procesie odlewania odœrodkowegostwierdzono, ¿e czas pomiêdzy wymieszaniem a odla-niem kompozycji do formy nie powinien byæ d³u¿szy ni¿20 minut, gdy¿ po tym czasie lepkoœæ kompozycji


Struktura gradientowego kompozytu epoksydowego z nape³niaczem wêglowym 47

gwa³townie roœnie. W wyniku prób ustalono minimalnyczas wirowania formy, zapewniaj¹cy wstêpne utwardze-nie kompozycji, który wynosi³ dwie godziny.


Przeprowadzono obserwacjê na mikroskopie œwietl-nym MEF4A firmy Leica próbek nietrawionych w celuokreœlenia rodzajów, liczby i roz³o¿enia ró¿nych wtr¹ceñniemetalicznych, wykrycia pêcherzy gazowych, mikro-

pêkniêæ, a w szczególnoœci okreœlenia kszta³tu i wielkoœcioraz rozmieszczenia cz¹stek wêgla kamiennego. Dokona-no oceny mikrostruktury otrzymanych próbek z uwz-glêdnieniem warunków wytwarzania.

Przeprowadzono szereg prób maj¹cych na celu opra-cowanie procedury przygotowania próbek do badañ, abymo¿liwa by³a ich obserwacja mikroskopowa. Zmienianometodykê i warunki inkludowania i polerowania próbekoraz rodzaje i granulacjê materia³ów œciernych. Ostatecz-nie próbki do badania rozk³adu ziaren zosta³y przygoto-wane w nastêpuj¹cy sposób:— wyciêto pierœcieñ o gr. 10 mm ze œrodka próbek, a nas-

têpnie pociêcie go na fragmenty o szerokoœci ok.10 mm (Rys.1a)

— inkludowanie wykonano na prasce do inkludowaniaSimplimet 1000 firmy Buehler (Rys. 1b),

— szlifowanie i polerowanie przeprowadzono na poler-ce Saphir 320E firmy ATM,

— nastêpnie wykonano zdjêcia przy powiêkszeniu 50× i100× na mikroskopie œwietlnym (Rys.2) z wykorzysta-niem komputerowego systemu analizy obrazu ImagePro Plus v4.5.Zdjêcia wykonywano w wielu punktach o ró¿nym po-

³o¿eniu w kierunku promieniowym przekroju poprzecz-nego próbki. Kolejne zdjêcia wykonywano tak, aby po-³¹czone przedstawia³y obraz struktury przekroju po-przecznego próbki. Zdjêcia panoramiczne przekroju ba-danych próbek wykonano przy wykorzystaniu progra-

mu Panorama Maker 6 (Rys. 3). Na rysunku 4 przedsta-wiono przyk³adowy wygl¹d ekranu podczas analizy ob-razu w programie Image Pro Plus v4.5.

3. Wyniki badañ

Po po³¹czeniu zdjêæ struktury materia³u wykonanychna mikroskopie optycznym w ró¿nych po³o¿eniach pro-mieniowych, uzyskano panoramiczny obraz próbki w kie-runku promieniowym. Uzyskane obrazy dla próbek o za-wartoœci wêgla kamiennego od 3 do 12%obj. przedstawio-no na rysunkach 5, 7, 9, 11, 13, 15. Natomiast wykresy za-le¿noœci udzia³u procentowego nape³niacza badanego



a) b)

Rys. 1. Przygotowanie próbek do szlifowania i polerowania: a) wycinanie, b) inkludowanie

Rys. 2. Badania na mikroskopie optycznym przygotowanych próbek

materia³u

Rys. 3. Przyk³adowy obraz ekranu w czasie tworzenia panoramy

w programie Panorama Maker 6

przekroju próbki od odleg³oœci od krawêdzi próbki, któreprzedstawiono na rysunkach 6, 8, 10, 12, 14, 16 przygoto-wano na podstawie analizy w programie Image Pro Plusv4.5. Jako udzia³ procentowy nape³niacza okreœlano liczbêziaren proszku zlokalizowanych w danym obszarze prze-kroju próbki. Ró¿nice w rozk³adzie nape³niacza widoczne

na rysunku 17 wynikaj¹ z ró¿nej wielkoœci ziaren wêglaantracytowego i wêgla orto-koksowego. Natomiast na ry-sunkach 18 i 19 przedstawiono porównanie zale¿noœciudzia³u procentowego nape³niacza od odleg³oœci od kra-wêdzie próbkach o 7,5%obj. zawartoœci wêgla, odlewanychprzy ró¿nej prêdkoœci obrotowej.



Rys. 4. Przyk³adowy wygl¹d ekranu w czasie analizy obrazu w programie Imag Pro Plus v4.5

0,5 mm

Rys. 5. Struktura próbki zawieraj¹cej 3%obj. antracytu

Rys. 6. Zale¿noœæ udzia³u procentowego nape³niacza od odleg³oœci od krawêdzi próbki o 3%obj. zawartoœci pocz¹tkowej antracytu w kompozycie od-

lewanym odœrodkowo z prêdkoœci¹ 576,5 obr/min

0,5 mm

Rys. 7. Struktura próbki zawieraj¹cej 3% obj. wêgla orto-koksowego

Na rysunkach 5 i 7 przedstawiono zdjêcia strukturypróbek o 3%obj. zawartoœci pocz¹tkowej antracytu i wêg-la orto-koksowego oraz na rysunkach 6 i 8 wykresyprzeprowadzonej analizy jakoœciowej wykonanych zdjêæ.Zarówno na zdjêciach jak te¿ na wykresach widoczna jestznaczna koncentracja nape³niacza przy zewnêtrznej po-wierzchni próbki, co jest zgodne z przewidywaniami teo-rii ruchu cz¹stek w oœrodku lepkim. Jednak¿e istotne jest,¿e analizuj¹c rozk³ad zawartoœci nape³niaczy na przekro-

ju próbek, w ka¿dym przypadku mo¿na stwierdziæ p³yn-n¹ zmianê zawartoœci wêgla kamiennego w osnowie, coœwiadczy o wystêpowaniu struktury gradientowej.

Na rysunkach 9 i 11 oraz na wykresach (rys. 10, 12)widoczne jest, ¿e gradient zawartoœci wêgla zlokalizowa-ny przy powierzchni zewnêtrznej tzn. sk³ad mieszankizmienia siê gwa³townie przechodz¹c od warstwy bogatejw sk³adnik A (wêgiel kamienny) do warstwy zawieraj¹cejjedynie sk³adnik B (¿ywica epoksydowa). Mo¿na zauwa-



Rys. 8. Zale¿noœæ udzia³u procentowego nape³niacza od odleg³oœci od krawêdzi próbki o 3%obj. zawartoœci pocz¹tkowej wêgla orto-koksowego, odle-

wanej odœrodkowo z prêdkoœci¹ 576,5 obr/min

0,5 mm

Rys. 9. Struktura próbki zawieraj¹cej 7,5%obj. antracytu

Odleg³oœæ od krawêdzi próbki [mm]

Ud

zia³

nape

³nia

cza

[%]

Rys. 10. Zale¿noœæ udzia³u procentowego nape³niacza od odleg³oœci od krawêdzi próbki o 7,5%obj. zawartoœci pocz¹tkowej antracytu, odlewanej

odœrodkowo z prêdkoœci¹ 617,7 obr/min

0,5 mm

Rys. 11. Struktura próbki zawieraj¹cej 7,5%obj. wêgla orto-koksowego

¿yæ równie¿, ¿e przy tej samej zawartoœci pocz¹tkowej na-pe³niacza oraz przy tej samej prêdkoœci odlewania na-pe³niacz o wiêkszym rozdrobnieniu (wêgiel orto-kokso-wy) sedymentuje wolniej ni¿ proszek wêgla o wiêkszymziarnie (antracyt). Jest to równie¿ zgodne z równaniemStokesa, opisuj¹cego ruch cz¹stek sta³ych w oœrodku lep-kim.

Analizuj¹c przekrój próbki cylindrycznej (Rys. 13÷16)widoczna jest wiêksza koncentracja proszku po stronie

zewnêtrznej œrednicy i gradientowa zmiana zawartoœcinape³niacza po stronie wewnêtrznej œrednicy co odpo-wiada niejednorodnej strukturze kompozytu.

Przeanalizowano tak¿e zmiany procentowe zawartoœ-ci nape³niacza wêglowego na ca³ym przekroju próbek,odlewanych przy ró¿nej prêdkoœci obrotowej (Rys. 18,19), oraz z dwoma ró¿nymi rodzajami nape³niacza wêg-lowego (Rys. 17). Przeprowadzona analiza pokazuje ¿eproszek antracytu sedymentuje szybciej w mieszaninie




Ud

zia³

nape

³nia

cza

[%]

Rys. 12. Zale¿noœæ udzia³u procentowego nape³niacza od odleg³oœci od krawêdzi próbki o 7,5%obj. zawartoœci pocz¹tkowej wêgla ortokoksowego,

odlewanej odœrodkowo z prêdkoœci¹ 617,7 obr/min

0,5 mm

Rys. 13. Struktura próbki zawieraj¹cej 12% obj. antracytu

Rys. 14. Zale¿noœæ udzia³u procentowego nape³niacza od odleg³oœci od krawêdzi próbki o 12%obj. zawartoœci pocz¹tkowej antracytu, odlewanej

odœrodkowo z prêdkoœci¹ 576,5 obr/min

0,5 mm

Rys. 15. Struktura próbki zawieraj¹cej 12% obj. wêgla ortokoksowego

tworz¹c zlokalizowany przy powierzchni zewnêtrznejgradient w porównaniu do drugiego rodzaju nape³nia-cza. Wynika to zarówno z wiêkszej œrednicy ziaren, jak i

wiêkszej gêstoœci antracytu. Analiza rozk³adu zawartoœciziaren (Rys. 17) wskazuje, ¿e uzyskano materia³ ze zmien-n¹ zawartoœci¹ nape³niaczy na przekroju. Czym bli¿ej

zewnêtrznej powierzchni próbek tym zawartoœæ cz¹stekwêgla kamiennego jest wiêksza. Analizuj¹c wp³yw prêd-koœci obrotowej na strukturê materia³u kompozytowegozauwa¿ono, ¿e w przypadku 7,5%obj. pocz¹tkowej za-wartoœci zarówno antracytu jak i wêgla orto-koksowego(Rys. 18, 19) zwiêkszenie prêdkoœci obrotowej odlewaniama wp³yw na gêstoœæ upakowania warstwy.



Rys. 16. Zale¿noœæ udzia³u procentowego nape³niacza od odleg³oœci od krawêdzi próbki o 12%obj. zawartoœci pocz¹tkowej wêgla ortokoksowego,

odlewanej odœrodkowo z prêdkoœci¹ 576,5 obr/min


Ud

zia³

nape

³nia

cza

[%]

Rys. 17. Porównanie zale¿noœci udzia³u procentowego dwóch nape³niaczy od odleg³oœci od krawêdzi próbek o 12%obj. zawartoœci nape³niacza, odle-

wanych przy prêdkoœci 576,5 obr/min

Rys. 18. Porównanie zale¿noœci udzia³u procentowego nape³niacza od

odleg³oœci od krawêdzi próbek o 7,5%obj. zawartoœci antracytu, odlewa-

nych przy ró¿nych prêdkoœciach obrotowych

Rys. 19. Porównanie zale¿noœci udzia³u procentowego nape³niacza od

odleg³oœci od krawêdzi próbek o 7,5%obj. zawartoœci wêgla ortokokso-

wego, odlewanych przy ró¿nej prêdkoœci obrotowej

4. Podsumowanie

Badania mikroskopowe przekrojów próbek potwier-dzi³y mo¿liwoœæ uzyskania materia³u z promieniowymgradientem zawartoœci nape³niaczy. Obecnie prowadzo-ne s¹ szczegó³owe analizy rozk³adu nape³niaczy na prze-kroju próbek. Ich wyniki zostan¹ przedstawione w nas-têpnych publikacjach.

Dotychczasowe badania pozwoli³y na wyci¹gniêcienastêpuj¹cych wniosków:

1. Poprzez odlewanie odœrodkowe ¿ywicy epoksydo-wej nape³nionej sproszkowanym wêglem kamiennymotrzymano materia³ kompozytowy o strukturze gradien-towej. Struktura ta powsta³a poprzez nierównomierneroz³o¿enie w osnowie epoksydowej cz¹stek proszku wêg-la kamiennego, bêd¹ce rezultatem oddzia³ywania si³yodœrodkowej.

2. Badania rozk³adu ziaren wykaza³y zró¿nicowanyrozk³ad ziaren proszku wêgla kamiennego na przekrojupoprzecznym próbek w zale¿noœci od rodzaju nape³nia-cza i warunków odlewania.

3. W przypadku nape³niacza o mniejszych ziarnach(wêgiel orto-koksowy) o jego rozk³adzie w znacznymstopniu decyduje prêdkoœæ obrotowa odlewania, w przy-padku nape³niacza o wiêkszych ziarnach (antracyt) prêd-koœæ obrotowa odlewania ma mniejsze znaczenie.

4. Badania wykaza³y, ¿e przy przyjêtym czasie wiro-wania niemal ca³a procentowa zawartoœæ wêgla kamien-nego by³a zlokalizowana w zewnêtrznej warstwie próbkio gruboœci ok. 0,4 mm.

Literatura:

1. Stabik J., Szczepanik M., Dybowska A., Suchoñ £., Electrical

properties of polymeric gradient materials based on epoxy resin fil-

led with hard coal, Journal of Achievements in Materials andManufacturing Engineering 38/1(2010), s. 56-63.

2. Stabik J., Wróbel G., Dybowska A., Pluszczyñski J., Szczepa-nik M., Suchoñ £., Indukcja magnetyczna kompozytów polime-

rowych nape³nionych proszkiem ferrytu strontu, Monografia„Polimery i kompozyty konstrukcyjne” (2010), s. 370-375.

3. Stabik J., Szczepanik M., Dybowska A., Suchoñ £., Surface

resistivity of tubular polymeric gradient materials, Materia³y

konferencyjne „Proceedings of VIII International Conferen-ce on the improvement of the quality, reability and longusage of technical systems and technological processes”Egypt (2009), s. 54-57.

4. Stabik J., Szczepanik M., Opornoœæ powierzchniowa kompozy-

tów epoksydowo wêglowych odlewanych odœrodkowo, Monogra-fia „Polimery i kompozyty konstrukcyjne” (2010), s.385-392.

5. Stabik J., Chomiak M., Influence of anthracite coal on surface re-

sistivity of polymeric composites, Materia³y konferencyjne„Machine-Building and Technosphere of the XXI Century”Sevastopol, Ukraine (2011), T. 4, s.179-183.

6. Stabik J., Chomiak M., Influence of casting velocity on surface

resistivity of epoxy-hard coal graded composites, Archives ofMaterials Science and Engineering (2011) Vol 47(1), s. 48-56.

7. Wen B., Wu G., Yu J., A flat polymeric gradient material: prepa-

ration, structure and property, Polymer 45 (2004), 3359–3365.8. B. Kieback, A. Neubrand, H. Riedel, Processing techniques for

functionally graded materials, Materials Science and Enginee-ring A362 (2003) 81-105.

9. Stabik J., Chomiak M., Suchoñ £., Metodyka przygotowania

próbek polimerowego materia³u gradientowego do badañ mikro-

skopowych, Przetwórstwo Tworzyw 4/148 (2012), s. 356-360.10. Sikora R., Tworzywa wielkocz¹steczkowe. Rodzaje, w³aœci-

woœci i struktura. Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin 1991.11. Broniewski T., Kapko J., P³aczek W., Thomala J., Metody ba-

dañ i ocena w³aœciwoœci tworzyw sztucznych. PWN, War-szawa 2000.

12. Przygocki W., Metody fizyczne badañ polimerów. PWN,Warszawa 1998.

13. Szumer A., Ciszewski A., Radomski T., Badania w³asnoœcii mikrostruktury materia³ów. Oficyna Wydawnicza P.W.Warszawa 2000.

14. Barbacki A., Mikroskopia elektronowa, Wyd. PolitechnikiPoznañskiej, Poznañ 2005.

15. Eaton P., West P., Atomic Force Microscopy, OUP Oxford,2010.

16. Szczepanik M., Stabik J., Otrzymywanie polimerowych mate-

ria³ów gradientowych z osnow¹ epoksydow¹ i wzmocnieniem w

postaci wêgla, Monografia „Polimery i kompozyty konstruk-cyjne” (2009), s. 139-148.



Z.A. STOTSKO, T.O. STEFANOVYCHZ.A. STOTSKO*, T.O. STEFANOVYCHDepartment of Electronic Machine Building,Lviv Polytechnic National University,Bandery str. 12, Lviv, 79013, Ukraine* Corresponding author; e-mail: [email protected]

Modelling of abrasive blasting technological modes for curvilinear surfaces of

machine parts

Summary. An expression for determining the glancing impact angle for a point on the curvilinear surface of ma-chine part for abrasive blasting is obtained. It allows to estimate the distribution of kinetic energy of working me-dium all along the treated surface and, therefore, the surface quality parameters.Key words: modeling of technical systems and processes, surface engineering, finishing, machine parts, abrasiveblasting, curvilinear surface, glancing impact angle.

1. Introduction

Field-performance data of machine parts formed byfinish machining essentially depend on the state and pro-perties of the surface and subsurface layers of material.The correct methods of finishing and treatment modes ofthese methods ensure the design requirements of the ma-chined parts and has a decisive influence on their qualityand attractive appearance.

Abrasive blasting is one of the methods that can be ap-plied to the machine parts for finishing treatment. Thismethod provides matte surface, removes visible signs oftreating by previous instrument (scratches, wire-edges),increases fatigue strength and wear resistance of the ma-chine parts and in consequence influences forming comp-ression stress on subsurface layers.

New promising application for abrasive blasting canbe endoprosthesis manufacturing, that is rapidly develo-ped at present. Using methods of the abrasive blasting forendoprosthesis fastening parts can allow to receive caver-nous surface that can provide the best adhesion of cementwith metal base and, consequently, better fixation of theprosthesis to the bone.

Approaches to theoretical description and experi-mental investigations of wet abrasive blasting havebeen developed in [1]. A mathematical model, whichallows to estimate the approximate linear removingmaterial from the technological modes, has been pro-posed. Feasibility of treating screened and unscreenedsurfaces for different kinds of materials has been in-vestigated. Simulation of the contact interaction be-tween a single abrasive particle and a surface has beenconducted [1]. The existing theories for abrasive des-truction of solid bodies and technique of the technolo-gical modes estimation were summarized in [2]. A setof empirical curves for the evaluation of abrasive cut-ting effectiveness, quality of treated surfaces, the app-roximate cost of processing were given. The methodsof intensifying abrasive impact were considered. Espe-cially abrasive blasting was analyzed. Comparativecharacteristics of thermal abrasive blasting and sand-

blasting is presented in [3]. It is ascertained the influ-ence of technological modes on residual compressivestresses and roughness of treated surfaces. To describerelation between the technological modes of abrasiveblasting and quality characteristics of the surfaces (thedepth of hardened layer, the change of surface micro-hardness) and to take into account the physical andmechanical properties of treated surfaces, design ofabrasive blasting nozzle, the characteristics of workingmedium (material, dimensions), shape of the surface,interaction between an abrasive jet and the surface,mathematical models were developed in [4]. The me-thod of calculating the geometrical and technologicalparameters of batch-operation pneumatic abrasiveblasting plant, equipped with feeding hopper for abra-sive particles, was proposed.

As a rule, theoretical study of abrasive blasting byscientists from abroad are based on finite element method[5÷8]. Experimental studies are usually related to the in-fluence of treatment on physical and mechanical proper-ties of different groups of metals and alloys. Also abrasiveblasting is often used in combination with laser treatment[9, 10].

As it follows from the literature review, a promisingway for theoretical study of abrasive blasting is the ma-thematical modeling of curvilinear surface treatment. Itneeds to single out and to descript analytically differentshapes of the surfaces, such as spherical convex and con-cave surfaces, cylindrical convex and concave surfaces,elliptic and hyperbolic paraboloids. In different combina-tions these shapes can form a wide range of curvilinearsurfaces. Further geometrical parameters of an abrasiveparticle trace on the curvilinear surface should be des-cript analytically and distribution of kinetic energy willbe obtained. It will allow to predict the quality characte-ristics (residual compressive stress distribution, micro-hardness, depth of hardened layer) of the curvilinear trea-ted surfaces.

The aim of the paper is obtaining analytic dependencesfor assessment of the glancing impact angle to a point in thecurvilinear surface of machine part for abrasive blasting.


54 Z.A. STOTSKO, T.O. STEFANOVYCH

2. Description of the approach and achieved results ofown researches

A glancing impact angle of a jet is an important para-meter of abrasive blasting, because it determines the na-ture of the abrasive particles contact with the machine’spart surface, the energy distribution of the jet at the pointof contact, and hence determines the type of deformation

processed material and thus affects the physical and me-chanical parameters of the machine’s part surface.

The glancing impact angle of a jet to a specified pointof the curvilinear surface M will be called an angle a be-tween the flight trajectory of the abrasive particle (a beamthat goes from the jet pole Oc and passing through the gi-ven point M) and a tangent MB to the curve that describesthe surface in the selected section (Fig. 1).

Using geometric consideration (Fig. 1) and take intoaccount that MB is a tangent to the curve z = f(x) andhence

tgdz

dxb =

we obtain the glancing impact angle

ap

= + --2

arctgdz

dxarctg

x

L z(1)

where x, z is coordinates of the point M: z = f(x) is an equa-tion of the curve, i.e. a line formed by a curvilinear surfacesection on a plane OcOM and the jet longitudinal sectionXOZ.

Using the equation (1), we can determine the glancingimpact angle a of the jet to any point on the curvilinearsurface.

Now we concern ourselves with the limiting cases ofthe machine’s part surface shape and its position relativeto abrasive blasting nozzle (Fig. 2)

For the case of treating a horizontal plane (Fig. 2, a)tgb = dz/dx and the glancing impact angle is equal:

ap

= --2

arctgx

L zFor the case of treating a vertical plane (Fig. 2, b) tgb =

dz/dx = ¥ and we deal with processing a glancing jet. Theimpact angle is equal in such case:

a p= --

arctgx

L zNow we consider the case for which the cross section

of a curved surface is a circle of radius R (Fig. 3, a). This istrue, if the surface has cylindrical or spherical shape.

Consider equation of the circle x2 + z2 = R2 and substi-tute its in (1) we obtain expression that allow to calculatethe glancing impact angle a for cylindrical or sphericalshape of the surface:

ap

= +-

--

- -2 2 2 2 2arctg

x

R xarctg

x

L R x(2)


Modelling of abrasive blasting technological modes for curvilinear surfaces of machine parts 55

Fig. 1. Diagram for assessment of a glancing impact angle in a point on

a curvilinear surface

Fig. 2. Diagram for assessment of the glancing impact angle a) for an

impacting jet; b) for a glancing jet

For the limiting case presented in Fig. 3, b, if the beamOcM is tangent to the circle, and take into consideration

that x RL L R= -2 2 we obtain with equation (2) that the

glancing impact angle a must be equal to zero.Simulate changing the glancing impact angle for cy-

lindrical or spherical surface of the machine’s part. Forexample, if the distance from the jet pole to the point oforigin is equal to 350 mm and the radius of the surface is150 mm, diagram of changing the glancing impact angleis shown in Fig. 4.

The presented method allows to simulate changes theglancing impact angle for freeform surface, given the app-ropriate function (Fig. 5).

3. Conclusions

The basic analytical expression obtained in the paperallows to calculate the value of one of the most importanttechnological parameters of abrasive blasting that is theglancing impact angle of the abrasive jet to a specifiedpoint of the machine’s part curvilinear surface. It is an ab-rasive blasting parameter from which microrelief, physi-cal and mechanical properties of the surface layers de-pend essentially.

Using the proposed approach it can be modeled chan-ging the glancing impact angle for the different shapes ofthe machine’s part surfaces and thus changing technologi-cal modes of abrasive blasting. The obtained dependencecan be used as a mathematical basis for optimization ofthe process and development of computer-aided systemsthat will allow to control abrasive blasting treatment.


56 Z.A. STOTSKO, T.O. STEFANOVYCH

Fig. 3. Diagram for assessment of the glancing impact angle for the

cross section of cylindrical or spherical shape a) general case; b) limiting

case

Fig. 4. Diagram of changing the glancing impact angle for cylindrical

or spherical surface (L = 350 mm, R = 150 mm)

Fig. 5. Diagram of changing the glancing impact angle for freeform sur-

face: a) shape of the curve; b) the glancing impact angle: 1 — f(x) =

0.01x2; 2 — f(x) = 0.0016x3; 3 — f(x) = 0.0016x3 + 0.01x2 for L = 200

mm

References

1. Provolotskiy A. E. Wet abrasive blasting treatment of machi-ne parts / A. E. Provolotskiy. – Kiev: Technics. – 1989. – 177 p.(in Russian)

2. Salenko O. F. Efficient wet abrasive cutting / O. F. Salenko, V.B. Strutynsky, M. V. Zagirnyak: Monograph. – Kremenchuk:KSPU, 2005. – 488 p. (in Ukrainian)

3. Zin I. Surface strengthening as a preparating tanks beforeapplying protective coatings / I. Zin, M. Student, B. Zathey //Lviv State Agrarian University Bulletin of Agricultural En-gineering Research. – 2005. – No.9. – P. 288–298. (in Ukrai-nian)

4. Stotsko Z. A Investigations on the machine parts treatmentby non-bound blast particles / Z. A. Stotsko, T. O. Stefano-vych // Journal of Achievements in Materials and Manufac-turing Engineering, the organ of the World academy of Ma-terials and Manufacturing Engineering. – Gliwice, Poland. –December, 2011. – No.49 (2). – P. 440–459.

5. Gao Y. K. Improvement of fatigue property in 7050-T7451aluminum alloy by laser peening and shot peening / Y. K.Gao // Materials Science and Engineering A. – 2011. –No.528. -P. 3823–3828.

6. Zhou Wang XRD investigation of microstructure strengthe-ning mechanism of shot peening on laser hardened 17-4PH /Zhou Wang, Weizhi Luan, Junjie Huang, Chuanhai Jiang //Materials Science and Engineering A. – 2011. – No.528. – P.6417–6425.

7. Taehyung Kima A simple but effective FE model with plas-tic shot for evaluation of peening residual stress and its ex-perimental validation / Taehyung Kima, Hyungyil Leeb,Hong Chul Hyunb, Sunghwan Jungc // Materials Scienceand Engineering A. – 2011. – No.528. -P. 5946–5954.

8. Jinxiang Liua Prediction of residual stress relaxations inshot-peened specimens and its application for the rotor discassessment / Jinxiang Liua, Huang Yuan // Materials Scienceand Engineering A. – 2010. – No.527. – P. 6690–6698.

9. Meguid S. A. Three-dimensional dynamic finite elementanalysis of shot-peening induced residual stresses / S. A.Meguid, G. Shagal, J. C. Stranart, J. Daly // Theory, Methodsand Applications, Elsevier Science, Finite Elements in Ana-lysis and Design. – 1999. – No.31 (3). – P. 179-191.

10. AI-Obaid Y. F. Shot peening mechanics: experimental andtheoretical analysis / Y. F. AI-Obaid // Mechanics of Mate-rials. – 1995. – No.19. – P. 251-260.


Modelling of abrasive blasting technological modes for curvilinear surfaces of machine parts 57

£ukasz WIERZBICKI£ukasz WIERZBICKIPolitechnika Œl¹skaInstytut Materia³ów In¿ynierskich i Biomedycznych

Defektoskopia ultradŸwiêkowa polietylenu

Streszczenie. W pracy przedstawiono wyniki badañ wykrywalnoœci defektów w próbkach polietylenowych z wyko-rzystaniem metody ultradŸwiêkowej. W badaniach wykorzystano polietylen wysokiej gêstoœci, z którego wykonanopróbki, wprowadzaj¹c do nich wady w postaci otworów przelotowych. Czêœæ defektów o ró¿nej wielkoœci zosta³aumieszczona w tej samej odleg³oœci od powierzchni badania. Pozosta³e defekty, których œrednice s¹ równe, rozmiesz-czono równomiernie w przekroju próbki. W ten sposób przygotowane próbki poddano badaniom na defektoskopieultradŸwiêkowym i porównano wyniki.

ULTRASONIC FLAW DETECTION OF POLYETHYLENESummary. This paper presents the results of the detection of defects in polyethylene samples using ultrasonic me-thods. For investigation purposes used high density polyethylene, from where samples have been made with holeshape defects. Some part of defects which have a different size have been situated in the same distance from testingsurface. The rest of defects, which have identical diameters, have been situated uniformly in the intersection of sam-ple. Samples prepared in this way have been investigated on the ultrasonic defectoscope and the results have beencompared.

1. WSTÊP

Badania nieniszcz¹ce s¹ zespo³em procedur badaw-czych umo¿liwiaj¹cym uzyskanie informacji o wadach,niezgodnoœciach, stanie fizycznym i w³aœciwoœciach ma-teria³ów obiektów badanych bez spowodowania zmianyich cech u¿ytkowych [1]. W badaniach nieniszcz¹cych is-totn¹ rolê odgrywa ocena uzyskanego wyniku badania.St¹d staje siê konieczne odniesienie wyników do próbekwzorcowych.

Jednym z wa¿niejszych dzia³ów badañ nienisz-cz¹cych jest defektoskopia – zespó³ metod s³u¿¹cych dookreœlenia po³o¿enia, kszta³tu, wielkoœci anomalii struk-tury. Przyczyn¹ tych¿e anomalii s¹: pêkniêcia, pustki iobce wtr¹cenia w materiale.

Analizuj¹c obraz defektoskopowy nale¿y zwróciæuwagê na kszta³t, wielkoœæ i charakter anomalii. Defektyo ostrych kszta³tach zazwyczaj s¹ przyczyn¹ koncentracjinaprê¿êñ w materiale i mog¹ zarodkowaæ zniszczeniawyrobu. Nieci¹g³oœci w postaci sferycznych pustek, s¹najmniej niebezpieczne. W zale¿noœci od obiektu, nie-ci¹g³oœci mog¹ byæ w ró¿ny sposób usytuowane [2,3].Przy obci¹¿eniach zmiennych nale¿y zwracaæ szczególn¹uwagê na nieci¹g³oœci powierzchniowe, gdy¿ stanowi¹one ogniska pêkniêæ zmêczeniowych.

Defektoskopia ultradŸwiêkowa jest jedn¹ z najbar-dziej znanych metod nieniszcz¹cego okreœlenia wielkoœcii po³o¿enia wad w materia³ach. Najbardziej popularn¹technik¹ detekcji jest metoda echa. W metodzie tej wyko-rzystuje siê g³owicê, która pocz¹tkowo stanowi nadajnikimpulsów, a nastêpnie odgrywa rolê odbiornika. Sygna³wysy³any przez g³owicê do materia³u ulega odbiciu odprzeciwleg³ej powierzchni lub/i od defektu, wraca do g³o-wicy.

Ilustracjê przedstawiaj¹c¹ zasadê prowadzenia badañprzy wykorzystaniu metody echa przedstawia rysunek 1.Na rysunku, u góry przedstawiono g³owicê, która wpro-

wadza do obiektu pod³u¿n¹ falê ultradŸwiêkow¹, nato-miast poni¿ej przedstawiono obraz wyœwietlany na ekra-nie defektoskopu.

Kiedy g³owica znajduje siê w po³o¿eniu 1, na ekraniedefektoskopu widoczne jest echo dna obiektu. Je¿eli g³o-wica znajduje siê w po³o¿eniu 2 i jeœli nieci¹g³oœæ nieprzys³ania ca³kowicie wi¹zki fal ultradŸwiêkowych, naekranie defektoskopu obserwuje siê zarówno echo nie-ci¹g³oœci jak i echo dna obiektu.

Wykryte nieci¹g³oœci maj¹ ró¿ny wp³yw na dalszeu¿ytkowanie obiektu – mog¹ dyskwalifikowaæ obiekt, alemog¹ byæ przyczynkiem do naprawy lub w uzasadnio-nych przypadkach nie wp³ywaæ na dalsz¹ eksploatacjeobiektu.

Badania ultradŸwiêkowe nie s¹ tak popularne w diag-nostyce materia³ów polimerowych, jak to zachodzi wprzypadku materia³ów metalowych. Jednak¿e w przy-padku materia³ów polimerowych fale ultradŸwiêkowe


58 £ukasz WIERZBICKI

0 1 2 3 6 9754 10

1

2

8

IN

Rys. 1. Nieci¹g³oœæ obiektu, przebieg pod³u¿nej fali ultradŸwiêkowej

i sygna³y obserwowane na ekranie defektoskopu przy wykorzystaniu

metody echa [3]

stosowane s¹ jako wyk³adnik stanu degradacji materia³u[4,5,6]. Natomiast stosunkowo ma³o jest publikacji [7,8,9]traktuj¹cych o mo¿liwoœci wykorzystania metod ultra-dŸwiêkowych w odniesieniu do tradycyjnej defektosko-pii materia³ów polimerowych. Taka sytuacja by³a przy-czynkiem do napisania tego artyku³u.

2. BADANIA

2.1. Materia³ badawczy

P³ytê z polietylenu wysokiej gêstoœci, przeciêto napile ramowej i poddano frezowaniu na frezarce uniwer-salnej. Z materia³u otrzymano cztery próbki w kszta³cieprostopad³oœcianu o wymiarach 23,5 × 35 × 150 mm, poczym, przy u¿yciu wiertarki sto³owej, wprowadzono donich defekty w postaci otworów o œrednicy zmieniaj¹cejsiê od 10 do 2 mm, rozmieszczonych jak pokazano na ry-sunku 2. W trzech próbkach, otwory o tak zró¿nicowanej

œrednicy umieszczono na jednakowej g³êbokoœci, wyno-sz¹cej 3 mm, po to, aby mo¿liwe by³o zbadanie, jak ichwielkoœæ wp³ywa na wykrywalnoœæ defektów. Czwartapróbka posiada wy³¹cznie otwory o œrednicy 5 mm, usy-tuowane w przekroju próbki tak, by ich odleg³oœæ od po-wierzchni, po której porusza siê g³owica ultradŸwiêko-wa, wzrasta³a. Taka lokalizacja nieci¹g³oœci umo¿liwiasprawdzenie, w jaki sposób zró¿nicowanie g³êbokoœcizalegania wad wp³ywa na otrzymane wskazania.

2.2. Badania wykrywalnoœci defektów ultradŸwiêkow¹metod¹ echa

W badaniach pos³u¿ono siê ultradŸwiêkowym defek-toskopem cyfrowym UMT – 17 firmy ULTRAMET, komu-nikuj¹cym siê z komputerem standardu PC za poœrednic-twem ³¹cza USB. Defektoskop jest wyposa¿ony w specja-

listyczne oprogramowanie umo¿liwiaj¹ce ustalanie para-metrów badania, a tak¿e przebiegu fali ultradŸwiêkowej.Program obs³ugi defektoskopu umo¿liwia prowadzeniepomiarów automatycznych oraz pomiarów manualnych(kursorowych).

Pomiary automatyczne dokonywane s¹ w obszarzemonitorów pomiarowych M1 i M2. Wykorzystano je dowyznaczenia maksymalnej amplitudy badanych sygna-³ów oraz okreœlenia odleg³oœci, na jakiej je uzyskano.

Zdolnoœæ do wykrywania makroskopowych defek-tów wykazano stosuj¹c g³owicê typu 2LDL13 firmy UNI-PAN, o nastêpuj¹cych parametrach:— czêstotliwoœæ drgañ w³asnych przetwornika: 2 MHz,— rodzaj wzbudzanych fal: pod³u¿ne,— œrednica przetwornika: 13 mm,— rodzaj g³owicy: dwuprzetwornikowa.G³owicy tej u¿yto ze wzglêdu na stosunkowo niewielkiezak³ócenia w³asne, w porównaniu do innych testowa-nych g³owic oraz jej uniwersalnoœæ, gdy¿ g³owica emitu-j¹ca fale ultradŸwiêkowe z czêstotliwoœci¹ 2 MHz umo-¿liwia zarówno badanie stali, jak i materia³ów polimero-wych, co stanowi tak¿e u³atwienie w przeprowadzeniubadañ porównawczych.

2.3. Badania polietylenu

Po odpowiednim wyskalowaniu defektoskopu zosta³uzyskany wyraŸny obraz odbicia od dna próbki, o czymœwiadczy odleg³oœæ, w której pojawi³ siê refleks, wyno-sz¹ca 24 mm (rys. 3). Pomiar gruboœci próbki by³ obarczo-ny b³êdem ±0,5mm, czego dowiod³y badania na kolej-nych próbkach. U¿yty defektoskop potrafi zobrazowaæpojedyncze odbicie od dna próbki. Fala propaguj¹ca wbadanym polietylenie ulega stosunkowo szybkiemu wy-gaszeniu. Prêdkoœæ jej wnikania do materia³u wynosi³a2450 m/s.

G³owicê ultradŸwiêkow¹ przesuwano stopniowoz obszaru litego materia³u w stronê wady o œrednicy10 mm. Odleg³oœæ (na osi x) 4,75 mm, na jakiej uzyskanodrugi refleks (rys 4), odpowiada g³êbokoœci zaleganiawady, jednak nie jest to centralne po³o¿enie g³owicy nadnieci¹g³oœci¹, gdy¿ przesuwaj¹c j¹ dalej amplituda reflek-su wzrasta, co jest charakterystyczne przy zwiêkszaj¹cejsiê dok³adnoœci usytuowania przetwornika nad wad¹.Nasuwa siê wiêc stwierdzenie, ¿e fala ultradŸwiêkowauleg³a odbiciu od krawêdzi przeszkody, a poniewa¿ maona kszta³t cylindryczny, wskazanie pojawi³o siê na g³ê-bokoœci wiêkszej ni¿ 3 mm. Wartoœæ ta, jest najwiêksz¹odleg³oœci¹ pomiêdzy otworem sztucznej wady a po-wierzchni¹ próbki.

W celu uzyskania wyraŸnego obrazu odbicia fali oddefektu, zwiêkszono wartoœæ wzmocnienia do 72,40 dB,przy niezmienionej wartoœci podciêcia -49,46 %. Przy takdu¿ym stopniu wzmocnienia, refleks powsta³y po odbi-ciu od dna próbki zosta³ przesuniêty w lewo, w kierunkumniejszej odleg³oœci od dna, równej 23,36 mm. Odleg³oœæta zwiêksza siê do 23,63 mm, kiedy wi¹zka fal napotykana swej drodze wadê. Wynika to prawdopodobnie z po-wodu przes³oniêcia przez otwór fal padaj¹cych prosto-


Defektoskopia ultradŸwiêkowa polietylenu 59

Rys. 2. Wymiary otworów i sposób ich rozmieszczenia w próbkach.

padle do dna badanego materia³u. Przesuwaj¹c g³owicêpo powierzchni nad otworem, w stronê powierzchnimateria³u litego, nastêpuje stopniowy zanik piku pocho-dz¹cego od wady i pojawienie siê refleksu, utworzonegow wyniku odbicia od dna próbki.

Odczyt z defektoskopu by³ bardzo podobny dla pozo-sta³ych otworów, sztucznych wad, o ró¿nej wielkoœci,umieszczonych w odleg³oœci 3 mm od powierzchni prób-ki badawczej. Wraz ze zmniejszaniem siê ich œrednicy,mala³a amplituda sygna³u otrzymanego po odbiciu odwady. Jednak przy œrednicach wad mniejszych ni¿ 4 mmzauwa¿ano dwa piki w tym jeden pojawiaj¹cy siê w od-leg³oœci odpowiadaj¹cej gruboœci próbki. Przy central-nym ustawieniu g³owicy ultradŸwiêkowej nad tymi sto-sunkowo niewielkimi defektami, wi¹zka fal nie uleg³aca³kowitemu przes³oniêciu przez nieci¹g³oœci. Znacznajej czêœæ odbija³a siê od dna próbki. Ju¿ przy ustawieniu

przetwornika bezpoœrednio nad otworem o œrednicy 4mm pojawia³ siê drugi pik, co ilustruje rys. 5.

Dla otworów o œrednicy 5 mm, usytuowanych w ró¿-nej odleg³oœci od powierzchni badania, otrzymano nastê-puj¹ce wyniki: otwór umieszczony najbli¿ej powierzchni,w odleg³oœci 2,5 mm, da³ refleks o najmniejszej amplitu-dzie. Przy wiêkszych odleg³oœciach wady od powierzch-ni, po której przemieszczano g³owicê, zaobserwowanowzrost amplituda pochodz¹cej od echa wady – co zosta³oprzedstawione na rys. 6 i 7 dla otworów po³o¿onych nag³êbokoœciach odpowiednio 2,5 mm i 5,5 mm.

Efekt ten mo¿e byæ spowodowany obecnoœci¹ wadyblisko powierzchni badania. Wada zalegaj¹ca na g³êbo-koœci 2,50 mm przypuszczalnie jest wykrywana w zakre-sie pola bliskiego g³owicy ultradŸwiêkowej. Mog¹ o tymœwiadczyæ zalecenia dotycz¹ce u¿ywania g³owicy2LDL13 do wykrywania wad zalegaj¹cych w stali, w od-



Rys. 4. Drugi refleks ukazuj¹cy siê na g³êbokoœci 4,75 mm (po lewej) w chwili napotkania przez g³owicê przeszkody w postaci otworu o œrednicy

10 mm.

Rys. 5. Ilustracja odbicia fali od otworu 4 mm, w odleg³oœci 3,31 mm i pojawiaj¹cy siê po prawej stronie zaznaczony refleks od dna próbki w odleg³oœ-

ci ok. 25,00 mm, przy centralnym ustawieniu g³owicy nad nieci¹g³oœci¹

Rys. 3. Obraz odbicia od dna próbki polietylenowej w odleg³oœci 24,08 mm, przy wzmocnieniu 59,20 dB i podciêciu -49,46 %

leg³oœci od 5 do 200 mm od powierzchni materia³u [10].W polu bliskim najwiêksze znaczenia uzyskuj¹ zjawiskainterferencji wynikaj¹ce z ró¿nicy faz miêdzy falami do-cieraj¹cymi do danego punktu wady [11], co mo¿e byæpowodem stosunkowo ma³ej amplitudy echa wady wtym przypadku.

Pozosta³e obrazy powsta³e po odbiciu wi¹zki fal oddefektów po³o¿onych na g³êbokoœci odpowiednio 10,8mm i 16,6 mm zosta³y wykonane ze zwiêkszon¹ wartoœ-ci¹ podciêcia do -67,35 %. Gdyby nie zmieniono wartoœcitego parametru, szczyty impulsów nie by³yby widoczne,gdy¿ znajdowa³yby siê poza obszarem okna sygna³o-wego.

Przemieszczaj¹c g³owicê nad otwory umieszczone co-raz bli¿ej dna próbki, wykonano zobrazowania przy usta-wieniu g³owicy czêœciowo nad wad¹ i czêœciowo nad ma-teria³em litym, po to by uzyskaæ widok dwóch refleksówjednoczeœnie. Dziêki temu wyraŸnie widoczne jest, ¿e

piki mniejsze, pochodz¹ce od defektów, zbli¿aj¹ siê do re-fleksu powsta³ego po odbiciu od dna materia³u (rys. 8).

3. PODSUMOWANIE

Metoda ultradŸwiêkowa jest skutecznym narzê-dziem wykrywanie defektów w polietylenie. Zarównozró¿nicowane po³o¿enie, jak i ró¿na wielkoœæ wprowa-dzonych defektów, nie wp³ywa³y na mo¿liwoœæ ichwykrycia w materiale. Nale¿y zaznaczyæ tutaj, ¿e z po-wodu ograniczenia wynikaj¹cego z niewielkich gaba-rytów próbek, ró¿nice w g³êbokoœci usytuowania wad,nie by³y zbyt du¿e i trudne jest okreœlenie maksymal-nej g³êbokoœci zalegania nieci¹g³oœci, na jakiej mo¿li-we by³oby ich wykrycie. W trakcie badañ zarejestro-wano nawet najmniejsze defekty, rzêdu 2 mm. Dok³ad-noœæ z jak¹ wykrywano po³o¿enie wad waha³a siê wgranicach kilku dziesi¹tych milimetra.


Defektoskopia ultradŸwiêkowa polietylenu 61

Rys. 6. Obraz przedstawiaj¹cy odbicie fali ultradŸwiêkowej od wady zalegaj¹cej na g³êbokoœci 2,50 mm od powierzchni badania.

Rys. 7. Obraz przedstawiaj¹cy odbicie fali ultradŸwiêkowej od wady zalegaj¹cej na g³êbokoœci 5,50 mm od powierzchni badania.

Rys. 8. Obraz refleksu powsta³ego od otworu po³o¿onego na g³êbokoœci 16,60 mm od pow. badania, oraz refleksu utworzonego po odbiciu od dna

próbki w odleg³oœci 23,72 mm

Literatura

[1] Tabor A., Zaj¹c A., R¹czka M.: „Zarz¹dzanie jakoœci¹. TomIII. Metody oceny jakoœci w materia³oznawstwie”, Wydaw-nictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 1999.

[2] Dobosiewicz J.: „Badania diagnostyczne urz¹dzeñ ciepl-no-mechanicznych w energetyce. Czêœæ I. Zagadnieniaogólne. Turbiny i generatory”, Biuro Gamma, Warszawa1998.

[3] Lewiñska-Romicka A.: „Badania nieniszcz¹ce: podstawydefektoskopii”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, War-szawa 2001.

[4] Wróbel G., Wierzbicki £.: „Ultrasonic methods in diagnos-tics of polyethylene”, Archives of Materials Science andEngineering 28 (7), 413-416

[5] Wróbel G., Wierzbicki £.: “Ultrasonic methods in diagnos-tics of glass-polyester composites”, Journal of Achieve-ments in Materials and Manufacturing Engineering 20,203-206

[6] Szymocha P., Wróbel G., Wierzbicki £.: „Wp³yw czasu sta-rzenia na wybrane w³asnoœci mechaniczne i akustycznePMMA”, Polimery i Kompozyty Konstrukcyjne 2006,167-170

[7] Raišutis R., Voleišis A., Ka�ys R.: „Application of thethrough transmission ultrasonic technique for estimation ofthe phase velocity dispersion in plastic materials”, ULTRA-GARSAS (ULTRASOUND), Vol.63, No.3, 2008. 15-18

[8] Babiak W., Wierzbicki £. Stabik J.: „Defektoskopia ultra-dŸwiêkowa laminatu bawe³niano-fenolowego”, Polimery ikompozyty konstrukcyjne 2008, 173-182

[9] Wierzbicki £., Stabik J., Wróbel G., Szczepanik M., ”Efficien-cy of two non-destructive testing methods to detect defectsin polymeric materials”, Journal of Achievements in Mate-rials and Manufacturing Engineering 38 (2010), 163-170

[10] http://strony.aster.pl/uniprounipan/[11] Œliwiñski A. UltradŸwiêki i ich zastosowania. Wydawnic-

twa Naukowo-Techniczne. Warszawa 2001.



Gabriel WRÓBELGabriel WRÓBELPolitechnika Œl¹ska w Gliwicach,Wydzia³ Mechaniczny Technologiczny

Problemy ciêcia materia³ów polimerowych na ploterach tn¹cych

Streszczenie. W pracy przedstawiono problematykê wykorzystania technologii ciêcia materia³ów polimerowychz wykorzystaniem ploterów tn¹cych. Zwrócono uwagê na specyfikê technologii wynikaj¹c¹ z ciêtych materia³ów.Wskazano na uwarunkowania materia³owe niezbêdne do uwzglêdnienia w doborze urz¹dzeñ i narzêdzi tn¹cych,a tak¿e projektowaniu procesu technologicznego.

PROBLEMS OF POLYMER MATERIALS CUTING ON CUTTING PLOTTERSSummary. In the paper the some problems of aplication of cut technology of polymer materials with utilization ofcutting plotters was presented. Attention on specificity of technology consequential to cut materials was payed.Essential for take into consideration on material conditionality in selection of machines and cutting instruments, aswell as of technological process project design have been indicated.

1. WSTÊP

Plotery to klasa komputerowych urz¹dzeñ peryferyj-nych, których podstawow¹ funkcj¹ jest przetworzeniecyfrowego modelu struktury powierzchniowej na obiektmaterialny [1 – 4]. Odwzorowanie odbywa siê z regu³y zwirtualnej przestrzeni geometrycznej cyfrowych danychkomputerowych do przestrzeni fizycznej narzêdzi odw-zorowuj¹cych formy modelowe w obiekty materialne.Cyfrowy model struktury tworzony jest za pomoc¹ syste-mu CAD/CAM. Bazê przestrzeni fizycznej stanowi z re-gu³y p³aska powierzchnia sto³u – w przypadku ploterap³askiego, lub powierzchnia walcowa – w przypadkuplotera bêbnowego.

Odwzorowanie dokonuje siê w czasie, ma zatem cha-rakter procesu, którego realizacja mo¿liwa jest dziêkiuk³adowi napêdów oraz prowadnic wyznaczaj¹cychstopnie swobody g³owicy wykonuj¹cej trwa³y zapis pro-cesu w materiale obiektu obrabianego [5, 6].

Najwczeœniejsze i do chwili obecnej szeroko rozwija-ne zastosowania tej zasady komputerowego wspomaga-nia procesu produkcyjnego pochodz¹ z szeroko rozumia-nej dziedziny poligrafii, której ró¿norodne techniki s³u¿¹tworzeniu zapisu obrazu na wybranym pod³o¿u. Rodzajwykorzystywanych œrodków pisz¹cych sta³ siê podstaw¹

podzia³u ploterów na atramentowe, solwentowe (techni-ka druku z u¿yciem plotera atramentowego, w którymklasyczne tusze w których rozpuszczalnikiem jest woda,zast¹piono tuszami solwentowymi na bazie rozpuszczal-ników organicznych – cykloheksanol), kreœl¹ce, laserowe.Wprowadzenie techniki laserowej umo¿liwi³o druk zna-ków powierzchniowych na powierzchni ró¿nego rodzajumateria³ów poligraficznych ale i innych materia³ów kons-trukcyjnych i obiektów u¿ytkowych. Powierzchniowametoda zapisu tekstu czy obrazu wykorzystywana wtechnice ploterowej wykorzystuje równie¿ technologiêgrawerowania.

Wspó³rzêdnoœciowa zasada lokalizacji zapisu zamie-nia odwzorowanie cyfrowego projektu materialnego pro-duktu w proces realizowany w czasie z okreœlon¹ prêd-koœci¹ i w okreœlonej zasad¹ programow¹ kolejnoœci. Na-rzêdzie zapisu to pisak, ale równie¿ rysik czy g³owica la-serowa. Ruch narzêdzia wzglêdem noœnika zapisu reali-zowany jest za pomoc¹ w³aœciwego dla danego typu plo-tera mechanizmu z odpowiedni¹ do liczby wspó³rzêd-nych napêdów (co najmniej dwa do zapisu w obszarzeprzestrzeni 2-wymiarowej), przy czym ruch w kierunkuwybranych wspó³rzêdnych mo¿e wykonywaæ narzêdzielub materia³.


Problemy ciêcia materia³ów polimerowych na ploterach tn¹cych 63

Rys. 1. Ploter drukuj¹cy w technice barwnej atramentowej [7].

Rys. 2. Ploter graweruj¹cy w technice laserowej [7].

Ta zasada szybko zosta³a przeniesiona na szersz¹ kla-sê urz¹dzeñ typu CNC (Computerized Numerical Con-trol) s³u¿¹cym do obróbki mechanicznej ubytkowej – fre-zowanie, wiercenie, szlifowanie lub ciêcia – narzêdziemtn¹cym, g³owic¹ laserow¹, strumieniem wodnym i in-nych.

Na rys. 1 – 6 pokazano przyk³adowe rozwi¹zania kon-strukcyjne ploterów ró¿ni¹cych siê przeznaczeniem b¹dŸzasad¹ realizacji funkcji obróbkowej.

Specjaln¹ grupê ploterów stanowi¹ wykorzystywanew krojowniach materia³ów tekstylnych z przeznaczeniemdo ciêcia materia³ów obiciowych, tapicerskich czy odzie-¿owych.

2. PLOTERY TN¥CEW ZASTOSOWANIUDOMATERIA£ÓW POLIMEROWYCH

Jest wiele materia³ów polimerowych, które w zastoso-waniach u¿ytkowych wymagaj¹ wykorzystania techno-logii ciêcia. W przypadku gdy postaci¹ materia³u jest ar-kusz, p³yta, tkanina lub inna forma p³aska to ciêcie mo¿ebyæ wykonane z wykorzystaniem plotera.

Wybór technologii uzale¿niony jest od w³asnoœci me-chanicznych materia³u, gruboœci ciêtej warstwy, tego, czyciêcie wykonywane jest na wskroœ, czy ma tylko charak-ter naciêcia itd.

Uniwersalnoœæ ploterów tn¹cych umo¿liwia dobórwarunków i narzêdzi do ka¿dego z zespo³ów okolicznoœ-ci i wymagañ technologicznych. Z równym powodze-niem zatem mo¿na dokonywaæ wykrojów elementówkonstrukcyjnych z cienkich p³yt na osnowie tworzywapolimerowego (np. laminowanych), nacinania folii wprodukcji etykiet czy liternictwa, krojenia miêkkich mate-ria³ów jak styropian, produkcji uszczelek wreszcie wy-krojów materia³ów do produkcji odzie¿y czy tapicer-skich. Technologia ta znajduje szczególne uzasadnienie wprodukcji krótkoseryjnej daj¹c mo¿liwoœæ ³atwej zmianycech geometrycznych wykrojów oraz adaptacji parame-trów technologicznych procesu do zmiennych cech mate-

ria³u. Wspóln¹ okolicznoœci¹ wystêpuj¹c¹ w procesie ciê-cia materia³ów, szczególnie technik¹ no¿a tradycyjnego,jak te¿ frezowania oraz innych technik 3D obróbki mate-


64 Gabriel WRÓBEL

Rys. 3. Ploter bramowy z frezuj¹cy z ruchomym sto³em [7].

Rys. 4. Bramowy frezuj¹cy ploter CNC [7].

Rys. 5. Szybkotn¹cy ploter z g³owic¹ tn¹co-biguj¹c¹ do materia³ów usz-

czelniaj¹cych [7].

ria³u jest wystêpowanie znacz¹cych sk³adowych si³ o kie-runku stycznym do p³aszczyzny sto³u plotera. Powodujeto koniecznoœæ mocowania obrabianego materia³u, gdy¿si³y tarcia, szczególnie w warunkach nieznacznych si³ do-cisku materia³u do sto³u pochodz¹cych od narzêdzia, niewystarczaj¹ do unieruchomienia materia³u. Powszechniestosowanym rozwi¹zaniem jest zasada pró¿niowego mo-cowania materia³u. Specjalna konstrukcja sto³u ploteraumo¿liwia odprowadzenie powietrza spod u³o¿onego nastole materia³u powoduj¹c powstanie podciœnienia, którew warunkach zewnêtrznego ciœnienia atmosferycznegoumo¿liwia wytworzenie si³y docisku roz³o¿onej na po-wierzchni ciêtego materia³u. Z t¹ zasad¹ mocowaniawi¹¿¹ siê jednak pewne szczególne problemy zwi¹zaneze specyfik¹ ciêtego materia³u. W szczególnoœci efektyw-noœæ tej zasady mocowania materia³u zale¿y od dwóchokolicznoœci:— przepuszczalnoœci powietrza ciêtego materia³u,— liczby ciêtych warstw (wysokoœci u³o¿onego stosu).W przypadku dobrej przepuszczalnoœci ciêtego materia-³u, a taka sytuacja ma miejsce w odniesieniu do wiêkszoœ-ci materia³ów tekstylnych, odprowadzenie powietrza ka-na³ami umieszczonymi w stole plotera prowadzi³oby doprzep³ywu powietrza przez warstwê krojonego materia-³u obni¿aj¹c podciœnienie i zmniejszaj¹c si³ê docisku dosto³u. Gdy ciêty jest stos wielu warstw materia³u górnewarstwy by³yby najs³abiej dociskane, a przez to nara¿onena przemieszczenia w warunkach dzia³aj¹cych si³tn¹cych (rys. 7).

Stosuje siê prosty sposób zapobiegaj¹cy takiemu zja-wisku. Stos warstw materia³u przepuszczalnego nakrywasiê nieprzepuszczaln¹ foli¹, na któr¹ wywierany naciskotaczaj¹cej atmosfery w warunkach podciœnienia wytwo-

rzonego przez uk³ad pompy i kana³ów pró¿niowychprzenoszony jest na materia³ wyrównuj¹c naciski miê-dzywarstwowe i zapewniaj¹c stabilnoœæ stosu podczaskrojenia (rys.8).

3. WIELOWARSTWOWE CIÊCIE MATERIA£ÓWTRUDNO PRZEPUSZCZALNYCH

W celu zapewnienia dok³adnoœci u³o¿enia stosowanes¹ urz¹dzenia zwane lagowarkami (rys. 9).

Ciêcie wielowarstwowe materia³ów trudno przepusz-czalnych prowadzone jest z zastosowaniem folii nieprze-



Rys. 6. G³owica laserowa plotera tn¹cego [7].

Rys. 7. Rozk³ad docisku wielowarstwowo u³o¿onego materia³ w warun-

kach mocowania pró¿niowego.

Rys. 8. Wielowarstwowo u³o¿ony materia³ dociœniêty pró¿niowo pod

foli¹ (a); rozk³ad nacisku pomiêdzy warstwami materia³u (b).

Rys. 9. Lagowarka rozk³adaj¹ca wielowarstwowo ciêty materia³ na za-

danej powierzchni.

puszczalnej umo¿liwiaj¹cej przeniesienie pe³nego docis-ku wynikaj¹cego z ró¿nicy ciœnienia atmosferycznegooraz podciœnienia w strefie pod foli¹ – tzw. „ciœnieniapró¿ni”. Problemem jest rozszczelnienie komory utwo-rzonej przez foliê wskutek rozciêcia folii wraz z materia-³em (rys.10).

W strefie naciêcia nastêpuje przep³yw powietrza dokomory pró¿niowej z czym zwi¹zany jest gwa³townyspadek docisku warstw materia³u trudno przepuszczal-nego. Mo¿liwe sposoby zapewnienia dostatecznej dlaskutecznego przebiegu operacji ciêcia si³y docisku opie-raj¹ siê na:— wspomaganiu docisku w strefie no¿a za pomoc¹ do-

datkowej dyszy ss¹cej i stopki dociskaj¹cej,— wprowadzenia roletowego uk³adu uszczelniania na-

ciêæ,— wprowadzenia sektorowego pola roboczego o usz-

czelnionych granicach podzia³u.Pierwsze rozwi¹zanie jest trudne do realizacji w uk³a-

dzie ruchomego no¿a. Zastosowanie rolety pozwala wprzypadku pracy na stole o znacznych wymiarach przy-s³anianie strefy z naciêciami dostatecznie odleg³ej od stre-fy ciêcia. Takie wspomaganie charakteryzuje siê nie-znaczn¹ bezw³adnoœci¹ (opóŸnieniem osi¹gania popraw-nej si³y docisku).

Zastosowanie sektorowego pola roboczego, umo¿li-wiaj¹cego niezale¿ne zachowanie warunków dociskuwielowarstwowego materia³u nawet dla niewielkiej prze-puszczalnoœci. W stole o sztywnym blacie ze sta³ym uk³a-dem otworów oraz kana³ów ss¹cych podzia³ na sektoryjest mo¿liwy z wykorzystaniem uszczelek wprowadza-nych do kana³ów oraz zatyczek dysz. Rozwi¹zanie takiejednak nie jest elastyczne i wymaga indywidualnego za-projektowania i przygotowania do ka¿dego zadania.

Inne trudnoœci z poprawnym przebiegiem procesuciêcia wi¹¿¹ siê z jakoœci¹ i stanem narzêdzia tn¹cego.Wzrost prêdkoœci ciêcia zwi¹zany jest z szybszym têpie-niem no¿a oraz wy¿sz¹ temperatur¹ pracy. Nadmiernywzrost temperatury no¿a prowadzi do zaburzenia proce-su ciêcia. Proces ciêcia charakteryzuje siê takimi parame-trami jak prêdkoœæ ruchu narzêdzia i si³a œcinania. Ta dru-ga wielkoœæ zale¿y od rodzaju ciêtego materia³u oraz gru-boœci ciêtego pliku. W³ókna poliestrowe przyk³adowonale¿¹ do wytrzyma³ych i wymagaj¹ znacznej si³y ciêcia.W warunkach dostatecznie grubej warstwy ciêtej wyni-

kowa si³a ciêcia w po³¹czeniu z prêdkoœci¹ ruchu narzê-dzia okreœla konieczn¹ moc napêdu, która jest jednoczeœ-nie strumieniem ciep³a wyzwalanego w strefie ciêcia.Przek³ada siê to na temperaturê narzêdzia, która przekra-czaj¹c graniczn¹ temperaturê miêknienia w³ókien poli-merowych (ok. 250 °C) powoduje wzrost si³y tn¹cej i dal-szy wzrost temperatury. Efektem jest topienie w³ókien,sklejanie z konsekwencjami dla poprawnoœci procesu ciê-cia. W przypadku np. bawe³ny graniczne warunki mog¹siê wi¹zaæ z samozap³onem materia³u, ale to nastêpujedopiero w temperaturze ok. 460 °C. Wiod¹cy producencicutterów stosuj¹ dla zapewnienia poprawnoœci procesusystemy ch³odzenia no¿y. W warunkach ciêcia tkanin zw³óknem polimerowym koniecznoœæ utrzymania tempe-ratury narzêdzia poni¿ej wywo³uj¹cej uplastycznieniew³ókien i ich sklejanie, szczególnie w warunkach brakusystemu ch³odz¹cego, znacznie ogranicza obszar mo¿li-wych prêdkoœci narzêdzia i liczby ciêtych warstw. Braklub nieefektywny system czyszczenia i ostrzenia no¿a sy-tuacjê tê jeszcze znacz¹co pogarsza. Stosowane systemyczyszczenia i ostrzenia no¿a zapewniaj¹ regeneracjê os-trza podczas ciêcia w cyklach kilkusekundowych.

Precyzyjne krojenie wielowarstwowego materia³u na-potyka na jeszcze jedna trudnoœæ. Krzywoliniowe prowa-dzenie no¿a o d³ugoœci ostrza od kilkudziesiêciu do po-nad 100 mm w warstwie materia³u o podobnej gruboœcipowoduje odkszta³cenie (ugiêcie) no¿a, szczególnie wstrefach znacznej krzywizny toru. Aby zapobiec b³êdomwykroju stosowane s¹ g³owice z aktywn¹ korekt¹ po³o¿e-nia k¹towego uchwytu no¿a.

4. BADANIA W£ASNE

Mo¿liwoœæ ciêcia wielowarstwowego s³abo przepusz-czalnej tkaniny poliestrowej przetestowano na ploterzetn¹cym wyposa¿onym w powierzchniowo przepuszczal-ny blat z równomiernym rozk³adem podciœnienia. Orygi-nalnoœæ rozwi¹zania polega na zastosowaniu pokryciaszczotkowego sto³u (rys.11) o równomiernej przepusz-czalnoœci na ca³ej roboczej powierzchni sto³u. Kana³ydoprowadzone s¹ do rynnowo uformowanych komór,u³o¿onych poprzecznie do osi wzd³u¿nej sto³u, która jed-noczeœnie okreœla kierunek mo¿liwego przemieszczeniauk³adu komór. Ruch ten wykorzystywany jest w faziepodawania do i wyprowadzania materia³u z roboczejstrefy ciêcia. W komorach rynnowych posadowione s¹modu³y szczotkowego pokrycia. Zainstalowany roletowymechanizm ods³aniania strefy ciêcia zapewniaj¹c szczel-noœæ pokrycia pozosta³ej powierzchni materia³u, w tymprzede wszystkim powierzchni z wykonanymi wczeœniejnaciêciami. Przeprowadzone próby (rys.12) wykaza³yefektywnoœæ takiego rozwi¹zania równie¿ w procesie ciê-cia materia³u trudno przepuszczalnego. Szczotkowy cha-rakter pod³o¿a eliminuje koniecznoœæ precyzyjnego usta-wienia granic ruchu no¿a, stosowania dodatkowych pod-k³adów pozwalaj¹c unikn¹æ niedociêæ dolnych warstwmateria³u.

Dla porównania na rys.12 pokazano wyniki prób ciê-cia tego samego materia³u na stole sztywnym, bez sekto-


66 Gabriel WRÓBEL

Rys. 10. Rozk³ad wzajemnego nacisku warstw materia³u w pobli¿u

naciêcia folii

rowego podzia³u pola mocowania pró¿niowego, z orto-gonaln¹ siatk¹ kana³ów odsysania powietrza. Pomimozastosowanych prowizorycznych pokryæ roletowych na-ciêtej strefy, nieefektywnego rozmieszczenia wykrojóworaz kilkukrotnie mniejszej prêdkoœci no¿a próba ciêcia25 warstw zakoñczy³a siê niepowodzeniem – wyst¹pi³yniedociêcia wywo³ane przemieszczeniem materia³u, a ka-wa³ki folii na wykrojonych elementach wykazywa³y brakpodciœnienia, a zatem i brak docisku wierzchnich warstwmateria³u.

5. WNIOSKI I UWAGI

Ciêcie wielowarstwowe materia³ów polimerowych,które czêsto charakteryzuj¹ siê s³ab¹ przepuszczalnoœci¹powietrza, wymaga zastosowania specjalnych uk³adówmocowania pró¿niowego umo¿liwiaj¹cych szybkie i do-k³adne krojenie. Zapewnienie opisanych podstawowychwarunków efektywnoœci ciêcia, w warunkach produkcjiseryjnej, wymaga zmierzenia siê równie¿ z innymi prob-lemami technologicznymi, których rozwi¹zaniu s³u¿¹dodatkowe funkcje uk³adu ciêcia i sterowania jak:

— funkcje ch³odzenia, czyszczenia, ostrzenia no¿a,— funkcja podnoszenia tkaniny w strefie ciêcia,— funkcja uwzglêdnienia raportu (zgodnoœci wzoru)

ciêtego materia³u,— funkcja analizy kierunku w³ókien,— funkcja nestingu.W przypadku skrajnie ma³ej przepuszczalnoœci lub jejbraku zasada mocowania pró¿niowego wielu warstw niejest skuteczna.

Bibliografia

1. http://www.agfa-polska.pl/node/3612. http://allcomp.pl/strony/plotery/3. http://www.agraf.com.pl/4. http://www.kimla.pl/5. INSTRUKCJA OBS£UGI PLOTERÓW TN¥CYCH SUM-

MACUTTM. http://www.pjs-studio.net.pl/ftp/instruk-cja_SummaCut_pl.pdf

6. DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA Plotertn¹cy BPT 1740. POLCOM Czêstochowa, 2010

7. http://www.google.pl/



Rys. 11. Wynik próby ciêcia 80-ciu warstw tkaniny poliestrowej na sto-

le z przepuszczalnym wy³o¿eniem szczotkowym (a). Widoczny modu³

pod³o¿a (b).

Rys. 12. Wyniki prób ciêcia trudno przepuszczalnego materia³u polies-

trowego na stole sztywnym (a), pokazany uk³ad kana³ów pró¿niowych

sto³u (b).

Zbigniew BARTCZAK, Andrzej GA£ÊSKI, Marek KOWALCZUKZbigniew BARTCZAKa, Andrzej GA£ÊSKIa, Marek KOWALCZUKb

a Centrum Badañ Molekularnych i Makromolekularnych Polskiej Akademii Nauk,Sienkiewicza 112, 90-363 £ódŸ, [email protected] Centrum Materia³ów Polimerowych i Wêglowych PAN, M. Sklodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze

a Centre of Molecular and Macromolecular Studies, Polish Academy of Sciences;Sienkiewicza 112, 90-363 Lodz, Poland; [email protected] Centre of Polymer and Carbon Materials, Polish Academy of Sciences;M. Sklodowska-Curie 34, 41-819 Zabrze, Poland

Morphology and properties of blends of polylactide with amorphous

poly(hydroxy butyrate)

Summary. Polylactide (PLA), a biodegradable polymer, produced from annually renewable natural resources, has aglass transition temperature in the range of 50-60°C. As a consequence, PLA is stiff and brittle at room tempera-ture. Significant engineering effort was made to improve PLA’s mechanical performance. This was attemptedmostly by blending of PLA with various substances which act as plasticizers and with other polymers. Blending ofPLA with other polymers, immiscible with PLA, can lead to significant improvement of drawability and impactstrength without any decrease of glass transition temperature. This is achieved by some modification of deformationmicromechanisms involved.

Morfologia i w³aœciwoœci mieszanin polilaktydu z amorficznym

poli(hydroksymaœlanem)

Streszczenie. Polilaktyd (PLA) jest polimerem produkowanym z surowców odnawialnych i biodegradowalnym.Charakteryzuje siê temperatur¹ zeszklenia w zakresie 50-60°C. Z tego powodu w temperaturze pokojowej jestsztywny i kruchy. Poprawie zachowañ mechanicznych PLA poœwiêcono wiele pracy i wysi³ku. Prace te poœwiêconeby³y g³ównie poprawie w³aœciwoœci mechanicznych przez mieszanie PLA z ró¿nymi substancjami dzia³aj¹cymi jakoplastyfikatory oraz z innymi polimerami. Mieszanie z innymi polimerami, niemieszalnymi z PLA, mo¿e prowadziædo znacz¹cej poprawy ci¹gliwoœci i udarnoœci bez znacz¹cego obni¿enia temperatury zeszklenia, a konsekwencjiprawie bez utraty sztywnoœci. Poprawa ta jest uzyskiwana dziêki modyfikacji mikromechanizmów zaanga¿owa-nych podczas deformacji materia³u.

W przedstawionym komunikacie przedstawiamywyniki naszych prac poswiêconych mieszaninom PLAz ataktycznym poli([R,S]-3-hydroksy maœlanem) (aPHB).Mieszaniny te s¹ w biodegradowalne podobnie jak czystyPLA i mog¹ byæ rozwa¿ane jako potencjalny materia³ dlaprzemys³u opakowañ, w tym opakowañ do produktówspo¿ywczych.

PLA (Mw=114k) i syntetyczny aPHB (Mn=100k) by³ymieszane w stanie stopionym za pomoc¹ wspó³bie¿nejwyt³aczarki dwuœlimakowej. Przygotowano w ten spo-sób mieszaniny PLA/aPHB zawieraj¹ce do 20%wag.aPHB. W kolejnym kroku przetwórstwa z otrzymanychmieszanin wykonano folie o gruboœci 0,3 mm technik¹prasowania lub wyt³aczania. W³aœciwoœci otrzymanychpróbkek mieszanin badano za pomoc¹ ró¿nych technik,m.in. DSC,TGA, WAXS, SEM, DMTA oraz testów mecha-nicznych podczas rozci¹gania.

Badania DSC oraz obserwacje mikroskopowe (SEM)poza³y, i¿ PLA I aPHB s¹ tylko czêœciowo mieszalne i two-rz¹ mieszaniny z wyraŸn¹ separacj¹ faz. Temperaturazeszklenia PLA w mieszaninach spada nieznacznie zewzrostem udzia³u wagowego aPHB. Obserwacje mikro-

skopowe pokaza³y sub-mikronowe wtr¹cenia aPHB roz-proszone w matrycy PLA. Granice miêdzyfazowe by³yrozmyte, co jest cech¹ charakterystyczn¹ u³adów o czêœ-ciowej mieszalnoœci. Czêœciowa mieszalnoœæ sk³adnikówprowadzi równie¿ do nieznacznej modyfikacji tempera-tur krystalizacji i topnienia kryszta³ów PLA w mieszani-nach.

Folie wyprodukowane z mieszanin orzez wyt³aczaniena ‘zimny walec’ okaza³y siê w pe³ni amorficzne i pozba-wione orientacji. Testy rozci¹gania w temperaturze poko-jowej wykaza³y niewielki spadek modu³u sprê¿ystoœcii naprê¿enia na granicy plastycznoœci mieszanin orazwzrost ich wyd³u¿enia do zerwania. Zmiany te by³yzwi¹zane z modyfikacj¹ przebiegu i mikromechanizmówdeformacji. Czysty PLA wykazuje zachowanie kruchei pêka ³atwo w wyniku propagacji rys naprê¿eniowychpodczas gdy w mieszaninach ³atwo kawituj¹ce wtr¹ceniaaPHB dzia³aj¹ jako inicjatory i jednoczeœnie terminatoryrys. Prowadzi to do podtrzymania deformacji plastycznejmateria³u do wiêkszych odkszta³ceñ (50% dla mieszaniny80:20). Wraz ze wzrostem ci¹gliwoœci przy niskich szyb-koœciach deformacji wzrasta równie¿ udarnoœæ, badana


68 Zbigniew BARTCZAK, Andrzej GA£ÊSKI, Marek KOWALCZUK

przy du¿ych szybkoœciach rozci¹gania. Udarnoœæ wzras-ta z ok. 50 kJ/m2 dla czystego PLA do ponad 80 kJ/m2 dlamieszaniny PLA/aPHB 80:20.

Podziêkowanie: Badania zosta³y sfinansowane czêœ-ciowo z funduszy rozwoju regionalnego Unii Europejs-kiej, grant nr POIG.01.03.01-00-018/08-00.

* * *

In this communication we present our study onblends of PLA with an atactic poly([R,S]-3-hydroxy buty-rate) (aPHB). These blends are biodegradable, similarly toplain PLA, and can be considered as a potential materialfor packaging, especially for food.

PLA (Mw=114k) and synthetic aPHB (Mn=100k)were melt-blended in a co-rotating double screw ex-truder. The compositions containing up to 20wt.% ofaPHB were prepared. In the next processing step thefoils approx. 0.3mm thick were extruded from the ob-tained blends. These materials were characterized byvarious techniques, including DSC,TGA, WAXS, SEM,DMTA and tensile tests.

As revealed by DSC and SEM microscopic observa-tions PLA and aPHB are only partially miscible and formphase-separated blends. Tg of the blend decreases slightlywith an increase of aPHB concentration. Microscopic

observation revealed sub-micron aPHB droplets with dif-fused interphases well dispersed in the PLA matrix. Par-tial miscibility results also in a slight modification of crys-tallization and melting temperatures of PLA crystals.

Foils produced from the blend by extrusion on a ‘chillroll’ appeared completely amorphous and nearly notoriented. Tensile test at room temperature revealed asmall decrease of the elastic modulus and the yield stress,while an increase of the ultimate strain with increasingcontent of aPHB. That change of tensile properties was re-lated with the change of the deformation behavior and itsmicromechanisms. Plain PLA appears brittle and fractu-res easily due to crazing, whereas in blends easily cavita-ting aPHB particles act as craze intiators while terminateother crazes. This leads to craze multiplication and conse-quently plastic deformation proceeds to higher strains,up to 50% for 80:20 blend. Along with improvement ofdrawability at low speed also the impact properties, pro-bed in tensile impact test, are improved. The impact resis-tance increases from about 50kJ/m2 in plain PLA to wellabove 80kJ/m2 for 80:20 PLA/aPHB blend.

Acknowledgement: This research project has been sup-ported by the European Union European Regional Develop-ment Fund, Contract No. POIG.01.03.01-00-018/08-00.


Morfologia i w³aœciwoœci mieszanin polilaktydu z amorficznym poli(hydroksymaœlanem) 69

Joanna BARTUSIK, Zbigniew BARTCZAKJoanna BARTUSIK, Zbigniew BARTCZAKCentrum Badañ Molekularnych i Makromolekularnych Polskiej Akademii Nauk w £odziCenter of Molecular and Macromolecular Studies, Polish Academy of Sciences, Lodz, Poland

Shear-induced crystallization of HDPE/CaCO3 blends

Summary. Semi-crystalline commodity polymers, such as HDPE, are widely used for production of many goods.Therefore, it is important to understand mechanisms responsible for their behavior in terms of processing includingextensive shear forces present at various processing conditions.

Krystalizacja folii HDPE/CaCO3 indukowana œcinaniem

Polimery czêœciowo krystaliczne znajduj¹ powszechne zastosowanie w przemyœle produkcyjnym, dlatego te¿ istot-ne jest zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za ich zachowanie w ró¿nych warunkach przetwórstwa.

W ostatnich latach kompozyty polietylenu o wysokiejgêstoœci (HDPE) modyfikowane cz¹stkami mineralnymi,takimi jak CaCO3, ze wzglêdu na ich lepsze w³aœciwoœcimechaniczne i cieplne w porównaniu do samego polime-ru odgrywaj¹ znacz¹c¹ rolê zarówno w dziedzinach prze-mys³owych jak i akademickich.

Postulowano, ¿e zwiêkszenie udarnoœæ czêœciowokrystalicznych polimerów zmodyfikowanych sztywnymicz¹stkami mineralnymi zachodzi na skutek mikroorien-tacji lamel polimeru matrycy przy granicy faz poli-mer–cz¹stka. Mikroorientacja lamel wynika ze zmiany ki-netyki krystalizacji w pobli¿u powierzchni miêdzyfazo-wej. Skutkiem takiej orientacji jest lokalne u³atwienie de-formacji plastycznej matrycy. Przy pewnej koncentracjiwtr¹ceñ obszary zorientowane stykaj¹ siê i ³¹cz¹. W re-zultacie próbka uzyskuje zdolnoœæ do ³atwej deformacjiplastycznej i rozpraszania znacznej czêœci energii uderze-nia. [1,2]. Meijer i wspó³pracownicy wysunêli inn¹ hipo-tezê. Zasugerowali oni, ¿e korzystna orientacja lamel pro-wadz¹ca do wzrostu udarnoœci mo¿e byæ jedynie wyni-kiem krystalizacji w obecnoœci silnych si³ œcinaj¹cych w li-gandach matrycy pomiêdzy wtr¹ceniami podczas formo-wania materia³u np. przez wtryskiwanie.

Niniejsza praca opisuje wp³yw warunków œcinania naproces krystalizacji stopu HDPE oraz HDPE modyfiko-wanego cz¹stkami mineralnymi (CaCO3) i ukazuje zmia-ny w morfologii i orientacji kryszta³ów polietylenu.

Kompozyty HDPE/CaCO3 przygotowano poprzezproces mieszania w mieszalniku typu Brabender®. Cien-kie próbki (ok. 150 µm) stopiono i zastosowano impulsœcinaj¹cy (v= 20s-1, czas impulsu 0-20 s). Nastêpnie mate-ria³ poddany zosta³ izotermicznej krystalizacji w tempe-raturze 126-128°C. Strukturê, morfologiê i w³aœciwoœcitermiczne otrzymanych próbek badano ró¿nymi techni-kami, w tym DSC, SEM, WAXS i SAXS.

Uzyskane wyniki wykaza³y, silny wp³yw zastosowa-nego œcinania stopu na jego krystalizacjê, morfologiê iw³aœciwoœci termiczne, zarówno w czystym HDPE jak i wHDPE modyfikowanym CaCO3. Zaobserwowano i¿ ma-teria³ poddany dzia³aniu si³ œcinaj¹cych krystalizuje szyb-ciej, ni¿ ten nie poddany dzia³aniu impulsu œcinaj¹cego.Dodatkowo mo¿na stwierdziæ, i¿ w przypadku materia³u

nie modyfikowanego cz¹stkami mineralnymi, stopieñorientacji kryszta³ów polimeru jest zwykle ni¿szy ni¿w kompozytach HDPE/CaCO3 przetwarzanych w tychsamych warunkach.

* * *

In recent years, high density polyethylene modifiedby mineral filler (CaCO3) have drawn increasing attentionin both industrial and academic fields because of its bettermechanical and thermal properties compared to the plainpolymer. It was postulated that toughness enhancementof semi-crystalline polymers which were modified withstiff mineral particles is related to the local orientation oflamellae near the matrix – particle interface [1,2]. Thatorientation is due to altered kinetics of crystallizationnear the interface, resulting in growth of lamellae orien-ted preferentially edge-on with respect to the interface. Ata certain concentration of a particulate modifier, theoriented layers around particles get into contact and forma continuous phase of the reduced plastic resistance. As aresult, the material is ready to extensive plastic deforma-tion within matrix ligaments between filler particles. Thisprocess can dissipate substantial amount of energy uponimpact and the material becomes very tough. Another ex-planation of the preferred local orientation of lamellae ob-served in filled systems was proposed by Meijer at al [3],who suggested that such a preferred orientation is a resultof crystallization in the matrix ligaments between fillerparticles under strong shear stresses which frequently arepresent during sample preparation.

The reported study deals with an influence of theshear applied to the molten HDPE and HDPE modifiedwith mineral filler (CaCO3) on the crystallization processand resulting morphology and orientation of PE crystals.

Samples of HDPE/CaCO3 blends were prepared bymelt-mixing in the Brabender® mixer. Thin samples weremelted and subjected to the shear pulse (shear rate up to20s-1, time of the pulse 0-20s) prior to isothermal crystalli-zation (126-128°C) in a microscopic shear stage. The struc-ture, morphology and thermal properties of obtainedsamples were studied with several techniques, includingDSC, SEM, WAXS and SAXS.


70 Joanna BARTUSIK, Zbigniew BARTCZAK

The obtained results demonstrated a deep influenceof the shear applied to the melt on crystallization process,morphology and properties of both plain HDPE andHDPE modified with CaCO3. The shear results in muchfaster crystallization than in static conditions and in signi-ficant orientation of the formed crystalline phase of PE.While the crystallization following shear pulse is faster infilled systems than in plain PE the degree of orientation ofpolymer crystals is usually lower in composites than inplain HDPE processed at the same conditions.

Literatura/References:

1. Bartczak Z., Argon A. S., Cohen R. E., Weinberg M., Polymer

40, 9, 19992. Muratoglu O., Argon A.S., Cohen R.E., Weinberg M., Poly-

mer 36, 921, 19953. Hwang W.R., Peters G.W.M., Hulsen M.A., Meijer H.E.H.

Macromolecules 39, 8389, 2006


Krystalizacja folii HDPE/CaCO3 indukowana œcinaniem 71

Jerzy MORAWIEC, Miros³aw PLUTA, Ewa PIÓRKOWSKA, Andrzej GA£ÊSKIJerzy MORAWIEC, Miros³aw PLUTA, Ewa PIÓRKOWSKA, Andrzej GA£ÊSKICentrum Badañ Molekularnych i Makromolekularnych Polskiej Akademii Nauk90-363 £ódŸ, ul. Sienkiewicza 112

Termoformowalne folie na opakowania z PLA modyfikowanego kopolimerami

blokowymi glikolów etylenowego i propylenowego

Streszczenie. Polilaktyd jest biodegradowalnym poliestrem, produkowanym z odnawialnych Ÿróde³. ZdolnoœæPLA do krystalizacji zale¿y od sk³adu stereochemicznego jednostek powtarzalnych i ich rozk³adu wzd³u¿ ³añcucha.Faza amorficzna PLA wykazuje temperaturê zeszklenia, Tg, w granicach 55-60°C. W temperaturze pokojowejamorficzny PLA jest wiêc sztywny i kruchy. Zastosowania PLA na opakowania wymagaj¹ materia³u o zwiêkszonejodpornoœci mechanicznej przy niewielkim tylko zmniejszeniu wytrzyma³oœci mechanicznej. W celu poprawy zdol-noœci PLA do plastycznej deformacji, i tym samym zwiêkszenia jego odpornoœci mechanicznej, stosuje siê mieszaniez innymi polimerami i plastyfikatorami. Blokowe kopolimery glikolu etylenowego i glikolu propylenowego o struk-turze PEG-b-PPG-b-PEG okaza³y siê skutecznymi plastyfikatorami PLA, tworz¹c strukturalnie mieszaninê czêœ-ciowo mieszaln¹ ale równie¿ z fazow¹ separacj¹, i s¹ w stanie poprawiæ mechaniczne w³aœciwoœci PLA.Opracowano proces modyfikacji PLA blokowymi kopolimerami PEG i PPG z wykorzystaniem wyt³aczarki dwuœli-makowej wspó³bie¿nej. Otrzymano granulaty materia³ów, w oparciu o kilka gatunków PLA, charakteryzuj¹cych siêznaczn¹ ci¹gliwoœci¹ do 100-200% wyd³u¿enia wzglêdnego i kilkukrotnie wiêksz¹ udarnoœci¹ na rozci¹ganie.Opracowano proces wyt³aczania folii p³askiej z tych materia³ów z przewidywanym zastosowaniem na opakowania.Przedstawiono wyniki badañ w³aœciwoœci otrzymanych folii, oraz dokonano prób termoformowania.

PACKAGING POLYLACTIDE FILMS MODIFIED WITH BLOCK COPOLYMERS OF ETHYLENE GLYCOLAND PROPYLENE GLYCOL FOR THERMOFORMINGSummary. Polylactide (PLA) is a biodegradable polyester, which can be produced from annually renewable resour-ces. Because of relatively high Tg of 55-60 °C, PLA is stiff and brittle at room conditions, which limits its applica-tions demanding high toughness and drawability. For improvement of drawability blending with other polymers isused. Block copolymers of ethylene glycol and propylene glycol (PEG-b-PPG-b-PEG) appear to be efficient modi-fiers for PLA, able to improve its mechanical performance [1]. Block copolymers are partially miscible with PLA butalso they undergo phase separation. Partial miscibility cuases slight decrease of glass transition and separated inclu-sion of copolymers induce easier plastic deformation of PLA significantly improving their properties. The presentstudy is focused on modification of PLA with block copolymers of ethylene glycol and propylene glycol with highermolar mass, which leads to blends with only partial miscibility and phase separation. The process of modification ofPLA with the use of twin screw corrotating extruder was elaborated. Several blends with various kinds of PLA wereobtained that can be deform to 100-200% and demonstrating several folds increase of tensile impact strength. A pro-cess of film extrusion of PLA blends with PEG and PPG copolymers was also elaborated. The mechanical propertiesof the films were characterized and several successful attempts of thermoforming were performed.


72 Jerzy MORAWIEC, Miros³aw PLUTA, Ewa PIÓRKOWSKA, Andrzej GA£ÊSKI


73

INSTYTUT IN¯YNIERII MATERIA£ÓW POLIMEROWYCH I BARWNIKÓWw TORUNIUODDZIA£ FARB I TWORZYWwGLIWICACH

8 – 10 paŸdziernika 2013 r.

Tematyka Konferencji:

Nowoœci w zakresie bazy surowcowej dla tworzyw

Osi¹gniêcia w zakresie przetwórstwa tworzyw i ich stosowaniaNowoczesne rozwi¹zania dotycz¹cemaszyn i oprzyrz¹dowaniaw przetwórstwie tworzywOchrona œrodowiska naturalnego, recykling, regulacje prawneZagadnienia badawcze i rozwojowe oraz kontrolno-pomiaroweTrendy rynkowe

250 euro

Tytu³ referatu lub plakatu wraz z jego skrótem oraz biografi¹ osoby prezentuj¹cej31.05.2013 r. tekst referatu

31 sierpnia 2013 r.

promocji wk³adki reklamowejplakatu stanowiska promocyjnego

zaprasza do udzia³u w X Miêdzynarodowej Konferencji

pt.

(POSTÊPY W TECHNOLOGII TWORZYW POLIMEROWYCH)

która odbêdzie siê w dniach

na terenie Centrum Wystawienniczego EXPO SILESIA w Sosnowcu, ul. Braci Mieroszewskich 124

— : materia³y polimerowe (¿ywice, mieszanki do

formowania, polimery biodegradowalne, nanopolimery), kompozyty i nanokompozyty polimerowe,

pigmenty i barwniki, koncentraty polimerowe, nape³niacze i dodatki wzmacniaj¹ce, œrodki pomocnicze i

modyfikatory

—

—

—

—

—

Jêzykiem konferencji bêdzie jêzyk angielski i polski z symultanicznym t³umaczeniem.

Op³ata konferencyjna dla osoby wyg³aszaj¹cej referat lub prezentuj¹cej plakat wynosi (brutto).

Wszystkie materia³y od osób prezentuj¹cych referaty i plakaty naukowe, tj.: skrót referatu lub plakatu (do

120 s³ów), biografia autora (do 50 s³ów), pe³ny tekst referatu lub plakatu (do 10 stron formatu A4),

powinny byæ dostarczone w jêzyku angielskim. Tytu³ referatu prosimy dostarczyæ w j. angielskim i polskim.

Czas prezentacji referatu wynosi ok. 30 minut (wraz z dyskusj¹).

powinny byæ

dostarczone w terminie do , natomiast (artyku³u, bêd¹cego przedmiotem

plakatu) do na adres podany poni¿ej.

Istnieje mo¿liwoœæ firmy w formie do materia³ów konferencyjnych,

lub przed sal¹ konferencyjn¹.

Instytut In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników

Oddzia³ Farb i Tworzyw

Anna PAJ¥K – Przewodnicz¹ca Komitetu Organizacyjnego

ul. Chorzowska 50A, 44-100 Gliwice

tel. bezp.: 32/ 231 9043; centrala: 32/ 2319041 i 42; Fax: 32/ 231 2674;

e-mail: [email protected]; www. impib.pl

ADVANCES IN PLASTICS TECHNOLOGY

Adam GNATOWSKI, Jakub WAWRZYNIAKAdam GNATOWSKI*, Jakub WAWRZYNIAK**Politechnika Czêstochowska, Zak³ad Przetwórstwa PolimerówAl. Armii Krajowej 19c, 42-200 CzêstochowaTel./fax. (+48) (34) 325 06 59* e-mail: [email protected]. pl** Autor otrzyma³ stypendium w ramach projektu DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz innowacyjnego Œl¹skawspó³finansowanego przez Uniê Europejsk¹ w ramach Europejskiego Funduszu Spo³ecznego

Wybrane w³aœciwoœci i struktura PA6 z dodatkiem glinokrzemianu

Streszczenie: W artykule omówiono wyniki badañ wybranych w³aœciwoœci mechanicznych, termicznych okreœlo-nych metod¹ DSC oraz badañ struktury za pomoc¹ mikroskopu optycznego w œwietle przechodz¹cym PA 6 z nano-nape³niaczem mineralnym. Badania przeprowadzono dla nanokompozytu poliamidu 6 z 1, 3 i 5% zawartoœci¹ na-nobentów. Do modyfikacji poliamidu 6 u¿yto nanobenty zbudowane z minera³ów grupy smektytu – g³ównie mont-morillonitu (glinokrzemian modyfikowany czwartorzêdow¹ sol¹ amoniow¹ z podstawnikami alkilowymi i alkilo-arylowymi) produkcji ZGM „ZÊBIEC” S.A. Nanokompozyt PA 6 z 1, 3, 5% zawartoœci¹ nanobentów wytworzonona przemys³owej linii produkcyjnej w firmie Polimarky w Rzeszowie. Próbki do badañ wytworzono metod¹ wtrys-kiwania na wtryskarce Krauss-Maffei o symbolu KM65-160 C1. Wyniki badañ metod¹ DSC wskazuj¹ na istotnywp³yw dodatku nanobentów na w³aœciwoœci termiczne poliamidu 6. W oparciu o analizê termogramów DSCstwierdzono, ¿e dodatek nanobentów powoduje zmiany zakresu topnienia fazy krystalicznej, temperatury pocz¹tkukrystalizacji oraz niewielkie zmiany temperatury w której krystalizacja zachodzi z maksymaln¹ szybkoœci¹. Wynikibadañ metod¹ DSC wskazuj¹ na spadek wartoœci entalpii topnienia dla nanokompozytów o zawartoœci nanobentów1, 3 i 5%, co wp³ywa na zmianê w³aœciwoœci u¿ytkowych nanokompozytów. Stwierdzono wzrost twardoœci bada-nych nanokompozytów oraz zmiany wartoœci udarnoœci. Zaobserwowano istotne zmiany struktury podczas badañnanokompozytów pod mikroskopem optycznym. Zarejestrowano mniejsze wymiary sferolitów w nanokompozycie,jak równie¿ u³o¿enie elementów strukturalnych w skupiska wzd³u¿ linii p³yniêcia materia³u polimerowego w gnieŸ-dzie formy przy wiêkszej zawartoœci nanobentów.S³owa kluczowe: nanokompozyty, w³aœciwoœci termiczne, twardoœæ, udarnoœæ, struktura, poliamid 6, nanobenty.

SELECTED PROPERTIES AND STRUCTURE OF THE PA6 WITH ALUMINOSILICATE ADDITIONAbstract: In this article the results of investigations of selected properties and structure of PA 6/aluminosilicatecomposite were presented. For this study the polyamide 6 Tarnamid trade name T-27 manufactured by Zak³adyAzotowe Tarnów has been used. In this work the modification of polyamide 6 uses nanobents constructed of smectitegroup minerals – mainly montmorillonite (aluminosilicate modified with quaternary ammonium salt with alkylsubstituents and alkylaryl) production ZGM „ZÊBIEC SA. Nanocomposites of polyamide 6 with 1, 3, 5% with ad-dition of nanobents at the Company POLIMARKY was performed with the use of extruders with multiple screw.The test specimens were prepared on the injection Krauss Maffei KM65 – 160C1 with screw diameter of 30 mm, anL / D = 23, with three zones a constant pitch throughout the length and clamping force of machine 650 kN. Investi-gations of melting enthalpy by means of DSC method as well as investigations of structure using optical microscopeand the mechanical properties have been conducted. DSC studies showed a reduction in the value of the melting en-thalpy with increasing content of nanofiller in the polymer material. The narrowing of the peak recorded on the DSCthermograms of nanocomposites and the greater percentage of the peak shift of nanofiller toward higher temperatu-res. An increase in the hardness of the studied nanocomposites, and changes to the impact strength. The structuralstudies of smaller size were observed spherulites in nanocomposite, as well as the arrangement of structural ele-ments in clusters along the line of flow of polymeric material in the mold cavity at a higher content of nanobents.Keywords: nanocomposites, thermal properties, hardness, impact strength, structure, polyamide 6, nanobents.

1. Wprowadzenie

W celu sporz¹dzania materia³ów polimerowych o ok-reœlonych w³aœciwoœciach mechanicznych i termicznychstosowane s¹ procesy mieszania polimerów z nape³nia-czami jak i nanonapelniaczami.

W wytwarzanych obecnie materia³ach polimerowychwzrasta iloœæ kompozytów z poliamidów. Jest to uzasad-nione licznymi zaletami metod ich wytwarzania, rozsze-rzonymi mo¿liwoœciami ich wykorzystania i warunkamieksploatacji. W³aœciwoœci wytworów z materia³ów poli-

merowych zale¿¹ od rodzaju zastosowanych nape³niaczyjak i czynników strukturalnych polimeru. Do czynnikówstrukturalnych zaliczamy: ciê¿ar cz¹steczkowy, budowêchemiczn¹ makrocz¹steczek, budowê fizyczn¹ ³añcucha,krystalicznoœæ, orientacjê molekularn¹. Natomiast wœródwarunków u¿ytkowych wyró¿niamy: temperaturê, czasobci¹¿enia, ciœnienie, rodzaj odkszta³ceñ itp. [1-3]. Nano-technologia stwarza szerokie mo¿liwoœci otrzymywaniamateria³ów w oparciu o naturalne minera³y o lepszychw³aœciwoœciach i du¿o wiêkszym spektrum stosowania.Nanokompozyty polimerowe definiowane s¹ jako kom-


74 Adam GNATOWSKI, Jakub WAWRZYNIAK

pozyty, w których wymiar przynajmniej jednego sk³adni-ka wyra¿ony jest w nanometrach i zawiera siê w prze-dziale 1-100 nm. Otrzymywane ju¿ nanomateria³y cha-rakteryzuj¹ siê ulepszonymi w³aœciwoœciami mechanicz-nymi, termicznymi i elektrycznymi [4-9]. Coraz wiêk-szym zainteresowaniem ciesz¹ siê naturalne krzemianywarstwowe (montmorylonit, smektyt), z powodzeniemstosowane jako nanonape³niacz do tworzyw termoplas-tycznych. Nanokompozyty polimerowe zawieraj¹ce od-powiednio zmodyfikowane tego typu nape³niacze wyka-zuj¹ du¿o lepsze w³aœciwoœci ni¿ mo¿liwe do uzyskaniaw przypadku zastosowania nape³niaczy tradycyjnych.Wprowadzenie mniejszej iloœci nanonape³niaczy pozwa-la uzyskaæ lepsze w³aœciwoœci, tj. wiêksz¹ sprê¿ystoœæ,mniejsz¹ palnoœæ, lepsze w³aœciwoœci barierowe, np.mniejsz¹ przepuszczalnoœæ par i gazów, lepsz¹ stabilnoœætermiczn¹ oraz elastycznoœæ i odpornoœæ na zmêczenie[4-9]. Mo¿liwoœæ otrzymania produktów o po¿¹danymzespole w³aœciwoœci stwarza nowe perspektywy aplika-cyjne. Celem niniejszej pracy jest analiza w³aœciwoœci ter-micznych, mechanicznych oraz struktury nanokompozy-tu poliamidu 6 z nanobentami.

2. Materia³y, aparatura i metodyka badañ

Do badañ u¿yto poliamid 6 o nazwie handlowej Tar-namid T-27 produkowany przez Zak³ady Azotowe Tar-nów. W pracy do modyfikacji poliamidu 6 u¿yto nano-benty zbudowane z minera³ów grupy smektytu – g³ów-nie montmorillonitu (glinokrzemian modyfikowanyczwartorzêdow¹ sol¹ amoniow¹ z podstawnikami alkilo-wymi i alkiloarylowymi) produkcji ZGM „ZÊBIEC” S.A.Nanokompozyty poliamidu 6 z 1, 3, 5% dodatkiem nano-bentów wykonano w Firmie POLIMARKY z u¿yciemwyt³aczarki wieloœlimakowej. Poliamid oraz nanokom-pozyty przed przetwórstwem metod¹ wtryskiwania su-szono w komorze cieplnej ZELMET kc-100/200 w tempe-raturze 80 °C przez 4h. Próbki do badañ wytworzono nawtryskarce Krauss Maffei KM65 – 160C1 ze œlimakiem oœrednicy 30 mm, stosunku L/D = 23, trzystrefowym o sta-³ym skoku na ca³ej d³ugoœci oraz si³¹ zamykania formy650 kN. Parametry procesu wtryskiwania, przy którychuzyskano optymalne wartoœci badanych w³aœciwoœciby³y nastêpuj¹ce: temperatura wtryskiwania 250 °C, ma-ksymalna dopuszczalna wartoœæ ciœnienia w uk³adzieuplastyczniaj¹cym 120 MPa, ciœnienie docisku 60 MPa,czas docisku 20 s, czas ch³odzenia 20 s, temperatura for-my 60 °C. Badania w³aœciwoœci termicznych metod¹ DSCnanokompozytu poliamidu 6 z nanobentami wykonanoz u¿yciem mikrokalorymetru skaningowego typu PC 200firmy Netzsch. Krzywe DSC rejestrowano podczas ogrze-wania próbek z szybkoœci¹ 10 °C/min w zakresie tempe-ratury od 50 do 270 °C. Preparaty do badañ DSC wycina-no prostopadle do kierunku p³yniêcia materia³u polime-rowego z próbek uzyskanych metod¹ wtryskiwania. Wcelu wyznaczenia entalpii topnienia wykorzystano opro-gramowanie urz¹dzenia PC 200 Netzsch. Program tenumo¿liwia³ badanie przebiegu topienia próbki oraz wyz-naczenie pola powierzchni miêdzy krzyw¹ termograficz-

n¹, a lini¹ podstawow¹ w zakresie wystêpowania reflek-su endotermicznego. Jako wzorzec stosowano ind, masapróbek zawiera³a siê w granicach od 7 do 10 mg. Próbkido badañ odwa¿ano wag¹ firmy SARTORIUS o dok³ad-noœci 0,01 mg, z wewnêtrzn¹ kalibracj¹ i zamkniêt¹ ko-mor¹ pomiarow¹. Przeprowadzono badania w³aœciwoœcimechanicznych wytworzonych próbek: twardoœci meto-d¹ wciskania kulki zgodnie z norm¹ PN-EN ISO 2039-1:2004 na twardoœciomierzu HPK 8411 oraz udarnoœci me-tod¹ Charpy zgodnie z norm¹ PN-EN ISO 179-1:2004.

Badania strukturalne przeprowadzono z wykorzysta-niem mikroskopu optycznego firmy Nikon Eclipse E 200.Próbki do badañ o gruboœci 10-16 µm wycinano mikroto-mem produkcji Thermo Electron Corporation.

3. Wyniki badañ i ich omówienie

Na rysunku 1 przedstawiono termogramy DSC poli-amidu 6 i nanokompozytu poliamidu 6 z nanobentamiprzy zmiennej zawartoœci nanonapelniacza. W tabeli 1zestawiono wielkoœci wyznaczone na podstawie zareje-strowanych krzywych termograficznych DSC. W przy-padku próbek z poliamidu 6 z dodatkiem nanobentówwartoœæ energii poch³oniêtej mala³a (rys. 1a-d). Zmianywartoœci entalpii topnienia oraz wartoœci temperatury po-cz¹tku i koñca przemiany krystalizacji zarejestrowanodla próbek nanokompozytów.

Tabela 1. Wyniki badañ metod¹ DSCTable 1. The results of DSC investigations

PróbkiEntalpiatopnie-nia, J/g

Zakrestemperatury

topnienia,°C

Temperaturatopnienia

– pik maxi-mum, °C

PA 6 65,27 193,1-243,4 223,4

PA 6 + 1% nanobentów 58,14 193,6-233,5 222,3

PA 6 + 3% nanobentów 53,67 197,7-237,6 223,2

PA 6 + 5% nanobentów 46,5 198,2-238,3 222,9

Z analizy termogramów DSC wynika zawê¿enie iprzesuniêcie piku w zakres ni¿szej temperatury dla nano-kompozytu o zawartoœci nanobentów 1% (rys. 1b, tab.1).Na skutek zwiêkszenia zawartoœci nanobentów w nano-kompozycie poliamidu 6 do 5% zarejestrowano zawê¿e-nie piku oraz przesuniêcie w kierunku wy¿szej tempera-tury (rys. 1b, c, tab. 1.). Dla nanokompozytu zarówno ozawartoœci 1 jak i 3 i 5% nanobentów zarejestrowanomniejsze wartoœci entalpii topnienia. Wystêpowanie natermogramach podwójnego piku topnienia w przypadkunanokompozytów mo¿e œwiadczyæ o bimodalnym upo-rz¹dkowaniu nanonape³niacza lub te¿ o przemianie za-chodz¹cej odrêbnie w osnowie PA 6 i nanobentach. Wyso-kotemperaturowy zawê¿ony zakres topnienia fazy krys-talicznej nanokompozytów PA 6 o zawartoœci 3 i 5% jest wtym przypadku prawdopodobnie zwi¹zany z wy¿szymstopniem uporz¹dkowania makrocz¹steczkowego, pro-wadz¹cym w konsekwencji do wiêkszej odpornoœci ciepl-nej tego polimeru.


Wybrane w³aœciwoœci i struktura PA6 z dodatkiem glinokrzemianu 75

Wyniki badañ udarnoœci i twardoœci przedstawionona rys 2 i 3.

Zarejestrowano istotne zmiany wartoœci udarnoœci zkarbem. Z rysunku 2 wynika, ¿e wprowadzenie nanoben-tów do poliamidu powoduje zmniejszenie udarnoœci.Podobn¹ tendencjê zauwa¿ono w pracy [10]. Dodatek 5%nanobentów skutkuje 73,4% obni¿eniem tej wartoœci wporównaniu do tworzywa nienape³nionego. Z rysunku 3



0

0 ,1

0 ,2

0 ,3

0 ,4

0 ,5

0 ,6

0 ,7

0 ,8

0 ,9

40 70 100 130 160 190 220 250 280

d)

Temperatura, °C

0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1

1 ,2

40 70 100 130 160 190 220 250 280

c)

Temperatura, °C

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

40 70 100 130 160 190 220 250 280

b)

Temperatura, °C

0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1

1 ,2

1 ,4

1 ,6

40 70 100 130 160 190 220 250 280

dQ

/dt,

mW

/mg

dQ

/dt,

mW

/mg

dQ

/dt,

mW

/mg

dQ

/dt,

mW

/mg

a)

Temperatura, °C

Rys. 1. Termogramy DSC (próbek wytworzonych przy temp. wtryski-

wania 250 °C, temp. formy 60 °C): a) PA 6, b) nanokompozyt PA 6 z za-

wartoœci¹ 1% nanobentów, c) nanokompozyt PA 6 z zawartoœci¹ 3%

nanobentów, d) nanokompozyt PA 6 z zawartoœci¹ 5% nanobentów

Fig. 1. Thermograms DSC of (samples prepared at an melt temperature

of 250 °C, mould temperature 60 °C): a) PA 6, b) PA 6 nanocomposite

with 1% nanobents, c) PA 6 nanocomposite with 3% nanobents, d) PA 6

nanocomposite with 5% nanobents

13,6

6,7

4,63,5

Rys. 2. Udarnoœæ z karbem (próbek wytworzonych przy temp. wtryski-

wania 250 °C, temp. formy 60 °C): a) PA 6, b) nanokompozyt PA 6 z za-

wartoœci¹ 1% nanobentów, c) nanokompozyt PA 6 z zawartoœci¹ 3%

nanobentów, d) nanokompozyt PA 6 z zawartoœci¹ 5% nanobentów

Fig. 2. Notched impact strength of (samples prepared at an melt tempe-

rature of 250 °C, mould temperature 60 °C): a) PA 6, b) PA 6 nanocom-

posite with 1% nanobents, c) PA 6 nanocomposite with 3% nanobents,

d) PA 6 nanocomposite with 5% nanobents

116127,7

153,1 159,5

Rys. 3. Twardoœæ (próbek wytworzonych przy temp. wtryskiwania

250 °C, temp. formy 60 °C): a) PA 6, b) nanokompozyt PA 6 z zawartoœ-

ci¹ 1% nanobentów, c) nanokompozyt PA 6 z zawartoœci¹ 3% nanoben-

tów, d) nanokompozyt PA 6 z zawartoœci¹ 5% nanobentów

Fig. 3. Hardness of (samples prepared at an melt temperature of 250 °C,

mould temperature 60 °C): a) PA 6, b) PA 6 nanocomposite with 1%

nanobents, c) PA 6 nanocomposite with 3% nanobents, d) PA 6 nano-

composite with 5% nanobents

wynika, i¿ w miarê zwiêkszania zawartoœci nape³niaczaw kompozycie wzrasta twardoœæ badanych wyprasek.Najwiêkszy wzrost twardoœci (37,5%) mo¿na odnotowaæw przypadku poliamidu 6 z 5% zawartoœci¹ nanobentów.

Wyniki badañ strukturalnych przedstawiono narys. 4.

Krystalizacja badanego materia³u polimerowegoprzebiega poprzez proces nukleacji, to jest powstawaniatermodynamicznie stabilnych zarodków oraz poprzezproces wzrostu fazy krystalicznej. Kryszta³y rosn¹ znacz-nie szybciej na powsta³ych wczeœniej zarodkach ni¿ rów-nomiernie z ca³ej bezpostaciowej fazy. Powstanie w pro-cesie wzrostu dowolnego kryszta³u zapocz¹tkowane jestwczeœniejszym powstaniem zarodka posiadaj¹cego du¿¹powierzchniê w stosunku do jego masy. Wyniki badañmikroskopowych wskazuj¹ na to i¿ proces nukleacji na-nokompozytów jest niejednorodny wywo³any obecnoœ-ci¹ glinokrzemianu modyfikowanego czwartorzêdow¹sol¹ amoniow¹ z podstawnikami alkilowymi i alkiloary-lowymi. Dla struktury nanokompozytu poliamidu 6 z na-nobentami charakterystyczne jest zmniejszenie rozmia-rów sferolitów, zwiêkszenie ich iloœci oraz u³o¿enie wskupiska.

4. Wnioski

Z analizy przeprowadzonych badañ metod¹ DSC wy-nika istotny wp³yw dodatku nanobentów na w³aœciwoœcitermiczne imechaniczne poliamidu 6. W przypadku ba-danych materia³ów metoda otrzymywania i historia ter-miczna próbek wp³ywaj¹ na ruchliwoœæ segmentów ma-krocz¹steczek, nukleacjê, wzrost i orientacjê krystalitów.W oparciu o analizê termogramów DSC stwierdzono, ¿edodatek nanobentów powoduje zmiany zakresu topnie-nia fazy krystalicznej, temperatury pocz¹tku krystalizacjioraz niewielkie zmiany temperatury w której krystaliza-cja zachodzi z maksymaln¹ szybkoœci¹. Wyniki badañmetod¹ DSC wskazuj¹ na spadek wartoœci entalpii top-nienia dla nanokompozytów o zawartoœci nanobentów 1,3 i 5%, co wp³ywa na zmianê w³aœciwoœci u¿ytkowychnanokompozytów. Stwierdzono istotne zmiany strukturypodczas badañ nanokompozytów pod mikroskopem op-tycznym. Zarejestrowano mniejsze wymiary sferolitów wnanokompozycie, jak równie¿ u³o¿enie elementów struk-turalnych w skupiska wzd³u¿ linii p³yniêcia materia³upolimerowego w gnieŸdzie formy przy wiêkszej zawar-toœci nanobentów.

Literatura

1. Jakubowska P., Sterzyñski T., Samuj³o B., Badania reologiczne

kompozytów poliolefinowych o wysokim stopniu nape³nienia

z uwzglêdnieniem charakterystyk p-v-T, Polimery 5 (2010)379-389.

2. Boczkowska A., Kapuœciñski J., Lindemann Z., Witem-berg-Perzyk D., Wojciechowski S., Kompozyty, Oficyna Wy-dawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.

3. Gnatowski A., Koszkul J., Investigations of the Influence of

Compatibilizer and Filler Type on the Properties of Chosen Poly-


Wybrane w³aœciwoœci i struktura PA6 z dodatkiem glinokrzemianu 77

a)

b)

c)

d)

Rys. 4. Struktura (próbek wytworzonych przy temp. wtryskiwania

250 °C, temp. formy 60 °C) obserwowana pod mikroskopem optycznym

przy powiêkszeniu 400×: a) PA 6, b) nanokompozyt PA 6 z zawartoœci¹

1% nanobentów, c) nanokompozyt PA 6 z zawartoœci¹ 3% nanobentów,

d) PA 6 nanokompozyt z zawartoœci¹ 5% nanobentów

Fig. 4. Structures (samples prepared at an melt temperature of 250 °C,

mould temperature 60 °C) observed on optical microscope with the

magnification 400×: a) PA 6, b) PA 6 nanocomposite with 1% nano-

bents, c) PA 6 nanocomposite with 3% nanobents, d) PA 6 nanocompo-

site with 5% nanobents

mer Blends, Journal Material Processing Technology162–163, Elsevier (2005) 52–58.

4. Ochelski S., Metody doœwiadczalne mechaniki kompozytów kons-

trukcyjnych, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warsza-wa 2004.

5. Kwiatkowska M., Broza G., Mêcfel J., Sterzyñski T., Ros³a-niec Z., Otrzymywanie i charakterystyka nanokompozytów poli-

merowych PBT/nanorurki wêglowe, Kompozyty (Composites)2, 5 (2005) 3-15.

6. M. Kacperski, Nanokompozyty polimerowe cz. II. Nanokompo-

zyty na podstawie polimerów termoplastycznych i krzemianów

warstwowych, Polimery 48 (2003) 85-90.

7. Ajayan, P.M., Schadler, L.S., Braun P.V., Nanocomposite Scien-

ce and Technology, Wiley-VCH, 2003.8. Xu W., Liang G., Zhai H., Tang S., Hang G., Pan W.P., Prepa-

ration and crystallization behavior of PP/PP-g-MAH/Org-MMT

nanocomposite, Eur. Polym. J. 39, 7 (2003) 1467-1474.9. Zhang X. Yang, M. Zhao Y., Zhang S., Dong X., Liu X., Wang

D., Xu D., Polypropylene/Montmorillonite Composites and Their

Application in Hybrid Fiber Preparation by Melt-Spinning,J. Appl Polym Sci, 92 (2004) 552-558.

10. Heneczkowski M., Oleksy M., Budzik G., Prace badaw-

czo-wdro¿eniowe nad polskimi nanobentonitami do nape³niania

polimerów, Teka Kom. Bud. Ekspl. Masz. Elektrotech. Bud. –OL PAN (2008), 33–36.

Spis rocznika 2012



Zapraszamy

23-25 paŸdziernika 2013 r., Warszawa

Termin zg³oszeñ: do 30.04.2013

Szczegó³owe informacje na stronie internetowej / Detail informations:www.konferencjaelastomery.ipgum.pl

do udzia³u w cyklicznej konferencji zwi¹zanej z przemys³em gumowym

23-25 October 2013, Warsaw

Deadline Application Form: till the 30th of April 2013

Warszawa, Hotel Gromada Centrum (Pl. Powstañców Warszawy 2)

p/n

15. INTERNATIONAL SCIENCE AND TECHNOLOGY CONFERENCEELASTOMERS’2013 ”Science & Industry”

15. MIÊDZYNARODOWA KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNAELASTOMERY’2013 „Nauka i przemys³”

in Warsaw, Gromada Centrum Hotel, Powstañców Warszawy Square No2, Poland

Instytut IMPIB – Oddzia³ Elastomerów i Technologii Gumy w Piastowie, 05-820 Piastów, ul. Harcerska 30: dr in¿. Teresa Kleps, e-mail: [email protected], prof. dr hab. in¿. Dariusz Bielinski

Organizator:Kontakt

Spis rocznika 2012Spis rocznika 2012

PRZETWÓRSTWO TWORZYW – Tom 18/2012Spis rocznika 2012

L.p. Autor, Autorzy Tytu³ artyku³u Nr PT Str.

1. Monika MARGOL, Janusz W. SIKORA Granulowanie i mikrogranulowanie tworzyw polimerowych 1 4

2. Karolina ŒLADOWSKA, Joanna IZDEBSKA,Halina PODSIAD£O

Zastosowanie farb PVC i PU-PVB w druku wewnêtrznymlaminatów trójwarstwowych przeznaczonych do sterylizacji 1 12

3. Marek KOZ£OWSKI,Marek RUDOWSKI

Modyfikacja w³aœciwoœci materia³ów polimerowychpochodz¹cych z odpadów urz¹dzeñ elektrycznychi elektroniki

1 22

4. Gabriel WRÓBEL, Maciej ROJEK,Józef STABIK

Technologie nak³adania pow³ok polimerowych w instalacjachodsiarczania spalin 1 27

5. B³a¿ej CHMIELNICKI Optymalizacja wielokryterialnego doboru materia³uw procesie projektowania wytworu 1 32

6. Bronis³aw SAMUJ£O, Janusz W. SIKORA Badania wybranych w³aœciwoœci granulatu z poli(chlorkuwinylu) 2 60

7. A. PUSZ, Z. TROJNACKI Modelowanie pomiarów przewodnoœci cieplnejz wykorzystaniem programu „FEMM” 2 71

8. Józef RICHERT, Mariusz B£ASZKOWSKI,Dariusz £UBKOWSKI

Opracowanie pojemnika do przechowywania materia³ówstosowanych w medycynie 2 80

9. £ukasz WIERZBICKI, Józef STABIK,Krzysztof SITEK

Podstawowe w³asnoœci mechaniczne kompozytuepoksydowo-bazaltowego 2 86

10. Monika OSTAPIUK, Jaros³aw BIENIAŒ,Patryk JAKUBCZAK, Barbara SUROWSKA

Identyfikacja nieci¹g³oœci w kompozytowych panelachsandwiczowych z wykorzystaniem mikrotomografiikomputerowej

2 93

11. Krzysztof MAJERSKI, Jaros³aw BIENIAŒ,Monika OSTAPIUK

Identyfikacja porowatoœci w kompozytach wêglowoi szklano/epoksydowych metod¹ mikrotomografiikomputerowej

2 98

12. Dariusz KRAWCZUK Tworzywa polimerowe do rozci¹gania pró¿niowego i ichw³aœciwoœci 2 103

13. Aleksander BANAŒ, Ma³gorzata CHWA£,Aleksander MUC Komputerowe modelowanie nanorurek wêglowych 3 124

14. Marek BARSKI, Ma³gorzata CHWA£,Piotr KÊDZIORA

Numerical simulation of anisotropic particles behaviorin magnetic fluids 3 127

15. Wojciech B£A¯EJEWSKI, Jerzy KALETA,Zbigniew KAMYK, Rados³aw RYBCZYÑSKI

Wytwarzanie i badania jezdni kompozytowego mostupontonowego 3 131

16. El¿bieta BOCI¥GA, Pawe³ PALUTKIEWICZ Wp³yw wielokrotnego przetwórstwa na w³aœciwoœcii strukturê wyprasek z PE-HD z dodatkiem poroforu 3 136

17. El¿bieta BOCI¥GA, Przemys³aw POSTAWA,Milena TRZASKALSKA

Wp³yw œrodków barwi¹cych oraz warunków procesuwtryskiwania na w³aœciwoœci mechaniczne ABS 3 143

18. Damian BODNIEWICZ, KarolinaBIEROÑSKA, Wojciech B£A¯EJEWSKI

Odkszta³cenie termiczne struktur kompozytowych typu metal– w³ókna wêglowe 3 147

19. Anna BRZOZOWSKA-STANUCH, Stanis³awRABIEJ, Ewa SARNA, Marek MAŒLANKA

Wp³yw dodatków (nanorurek wêglowych, montmorylonituoraz pigmentu) na proces degradacji polipropylenu 3 152

20.Anna BRZOZOWSKA-STANUCH,Stanis³aw RABIEJ, Jan NOWAK,Anna GO£DA-KOPEK

Badania zmiany barwy oraz struktury cz¹steczkowejkompozytów izotaktycznego polipropylenu w czasieprzyspieszonego starzenia

3 162

21. Rafa³ CHATYS Modelowanie parametrów wytrzyma³oœciowych kompozytóww³óknistych z uwzglêdnieniem teorii ³añcuchów Markowa 3 169

22. Miros³aw CHOLEWA, Dawid SCELINA,Anna DULÊBA

Wytrzyma³oœæ na œciskanie kompozytów AlSi11/betonz polimerem siarkowym 3 174

23. Leszek A. DOBRZAÑSKI,Agnieszka MUCHA

Wp³yw nanorurek wêglowych na w³asnoœciwytrzyma³oœciowe nanokompozytów 3 179

24. Miros³awa El FRAY,Micha³ RYBKO

Ocena struktury fazowej i w³aœciwoœci zmêczeniowychnowych poliestrów multiblokowych modyfikowanychnanometryczn¹ krzemionk¹

3 184


Spis rocznika 2012 79


25.Ryszard G¥SIOROWSKI,Szymon ROJEWSKI, Dorota WESO£EK,Rafa³ WÓJCIK

Wp³yw modyfikacji chemicznych w³ókien naturalnychna palnoœæ kompozytów poliuretanowych 3 189

26. Krzysztof GOR¥CY, Ryszard PILAWKA Wykorzystanie promieniowania terahercowego do badaniawad kompozytów polimerowych 3 194

27.Ivan GRYGORCHAK, FedirIVASHCHYSHYN, Roman SHVETS,Nadiya POKLADOK, Zinovij STOTSKO

Intercalated nanohybride structures of non-organic/organicpolymer of GaSe and GaSe<PAN+J2> configuration 3 200

28. Patryk JAKUBCZAK, Jaros³aw BIENIAŒ,Krzysztof DRAGAN

Odpornoœæ kompozytów epoksydowo-wêglowychna uderzenia udarowe przy niskich prêdkoœciach 3 205

29. Jolanta JANIK, Justyna KRZAK-ROŒ W³aœciwoœci mechaniczne kompozytów PET/SiO2 3 210

30. Mariola JASTRZÊBSKA, Wojciech JURCZAK Kompozyty z odpadami poliestrowo-szklanymi oraznanonape³niaczem 3 214

31. Ewa JUSKOWIAK, Rados³aw RYBCZYÑSKI,Janusz KUROWSKI, Krzysztof JAMROZIAK

Koncepcja osobistej os³ony balistycznej z wykorzystaniemtkanin aramidowych i wêglików spiekanych 3 217

32. Piotr KÊDZIORA Wyboczenie struktur kompozytowych z warstwamipiezoelektryków 3 222

33. Marcin KOSTRZEWA, Mohamed BAKAR,Jowita SZYMAÑSKA, Zbigniew PAWELEC

W³aœciwoœci mechaniczne i termiczne kompozytów na bazie¿ywicy epoksydowej zmodyfikowanej nanocz¹stkami 3 226

34. Danuta KOTNAROWSKA Wp³yw czynników eksploatacyjnych na stan powierzchnipow³ok epoksydowych i poliuretanowych 3 230

35. Wojciech KUCHARCZYK,Pawe³ PRZYBY£EK

Ablacyjne w³aœciwoœci termoochronne epoksydowychkompozytów przek³adkowych 3 235

36. Stanis³aw KUCIEL, Paulina KU�NIAR,Rafa³ BOGUCKI

Biokompozyty na osnowie poliamidu z surowcówodnawialnych 3 240

37.Marta MACHNICKA-H£AWICZKA,Arkadiusz KULAWIK, Jacek MAMOS,Jakub STEINHOFF

Materia³y kompozytowe z odpadów w³óknistychpochodz¹cych z samochodów 3 245

38. Paulina MAYER, Jacek W. KACZMAR Odpornoœæ na uderzenia wybranych pow³ok polimerowychna substratach stalowych 3 250

39. Ewa OLEWNIK, Micha³ KRAJENTA,Wojciech CZERWIÑSKI

Wp³yw iloœci kompatybilizatora na w³aœciwoœci kompozytówna bazie polietylenu 3 254

40. Ewa OLEWNIK, Piotr MILCARZ, WojciechCZERWIÑSKI

Wp³yw warunków mieszania i wyt³aczania na w³aœciwoœciwytrzyma³oœciowe polietylenu 3 258

41. Monika OSTAPIUK, Barbara SUROWSKA Charakterystyka mikrostrukturalna wybranych laminatówmetalowo-w³óknistych 3 262

42. Joanna PACH

Mo¿liwoœci i problemy zwi¹zane z wtórnymzagospodarowaniem spienionych (porowatych) poliuretanówna przyk³adzie przedsiêbiorstwa zbiórki i recyklinguodpadów elektronicznych i elektrycznych

3 266

43. Ryszard PILAWKA, Magdalena URBALA Influence of allyl alkyl ethers on mechanical strengthand thermal resistance of epoxy-ether composites... 3 271

44. Miros³aw PLUTA,Ewa PIÓRKOWSKA-GA£ÊSKA

Struktura i w³aœciwoœci polilaktydu modyfikowanego ciek³ymipoliglikolami o ró¿nej strukturze blokowej... 3 275

45.Aleksandra RYBAK, Zbigniew J.GRZYWNA, Waldemar KASZUWARA,Gabriela DUDEK

Wp³yw rodzaju matrycy polimerowej i proszkumagnetycznego na w³asnoœci permeacyjne magnetycznychmembran kompozytowych...

3 276

46. Micha³ SOBOCIÑSKI,Marcin NABRDALIK

PVD jako metoda modyfikacji warstwy wierzchniejbiomateria³ów metalowych stosowanych w parach tr¹cychz polietylenem UHMWPE

3 280

47. Jowita SZYMAÑSKA, Mohamed BAKAR,Marcin KOSTRZEWA, Aneta KOWALSKA

W³aœciwoœci mechaniczne kompozytów hybrydowych ¿ywicyepoksydowej zawieraj¹cych krajowy montmorylonit i kauczukreaktywny...

3 285

48. Agnieszka WAS¥G Polymers sorbents for control of enzyme level... 3 289

49.Marian ¯ENKIEWICZ, KrzysztofMORACZEWSKI, Józef RICHERT,Magdalena STEPCZYÑSKA

Wytrzyma³oœæ adhezyjna z³¹cz kompozytów polilaktydowychi farb drukarskich 3 295


80 Spis rocznika 2012


50. Krzysztof BORTEL... Wp³yw iloœci i rodzaju plastyfikatora na zu¿ycie œcierneplastyfikowanego–PVC 4 304

51. Adam GNATOWSKI – Numeryczne modelowanie rozk³adu temperatury wyprasekw gnieŸdzie termostatowanej formy wtryskowej... 4 309

52. Tatiana KARKOSZKA,£ukasz WIERZBICKI

Minimization of environmental risk by application of theintegrated permission in plastics processing (Minimalizacjaryzyka œrodowiskowego poprzez wykorzystanie pozwoleniazintegrowanego w przetwórstwie tworzyw sztucznych)...

4 316

53 Piotr KRYSIAK, Pawe³ G¥SIOR,Jerzy KALETA, Rados³aw RYBCZYÑSKI

Metodyka pomiaru odkszta³ceñ, wywo³anych kontrolowanymnaci¹giem w³ókna, w warstwie zewnêtrznej kompozytunawijanego...

4 320

54.Dariusz KWIATKOWSKI,Mariola WOJCIECHOWSKA,Damian SZYMAÑSKI

Ocena wp³ywu procesu wygrzewania na w³aœciwoœcitermomechaniczne kompozytu poliacetalu z w³óknemszklanym...

4 325

55. Joanna LEN¯A, Henryk RYDAROWSKI Palnoœæ i w³aœciwoœci mechaniczne polietylenuz uniepalniaczami bezhalogenowymi... 4 330

56. Monika MARGOL, W³odzimierzBARANOWSKI, Adam JAKUBAS

Materia³y polimerowe stosowane w przemyœle odzie¿owym.Czêœæ I. Tkaniny przeznaczone do produkcji odzie¿ycodziennego u¿ytku...

4 335

57. Sebastian PAWLAK, Grzegorz MUZIADetekcja przemieszczeñ warstw w³ókien wzmacniaj¹cychw kompozytach epoksydowo-wêglowych metod¹ termografiiaktywnej...

4 341

58. Andrzej PUSZ, Katarzyna MICHALIKBadanie rozk³adu w³asnoœci tworzywa œcianki rurz polietylenu du¿ej gêstoœci (PEHD) na podstawie próbyrozci¹gania udarowego...

4 345

59. Agnieszka RICHERT, Maciej WALCZAK Wp³yw chitozanu na wybrane w³aœciwoœci kompozytówpolilaktydowych... 4 348

60. Józef RICHERT Wp³yw kredy na w³aœciwoœci mechaniczne i reologicznekompozytów polilaktydowych... 4 352

61. Józef STABIK, Monika CHOMIAK,£ukasz SUCHOÑ

Metodyka przygotowania próbek polimerowego materia³ugradientowego do badañ mikroskopowych... 4 356

62. Józef STABIK, Sebastian PAWLAK,Monika CHOMIAK, Grzegorz MUZIA

Iloœciowa ocena zawartoœci proszku wêgla w kompozytacho osnowie polimerowej metod¹ termografii aktywnej... 4 361

63. £ukasz WIERZBICKI, Andrzej PUSZ,Justyna KOZIARSKA

Wp³yw œrodowiska korozyjnego na jakoœæ pow³oklakierniczych... 4 365

64. £ukasz WIERZBICKI, Ma³gorzataSZYMICZEK, Andrzej PUSZ

Przyczyny uszkodzeñ instalacji kanalizacyjnych z tworzywtermoplastycznych... 4 370

65. Gabriel WRÓBEL, Ma³gorzata SZYMICZEK,Marcin STAWARZ, Maciej ROJEK

Topografia powierzchni ok³adzin ciernych w skojarzeniach partypu tarcza hamulcowa – ok³adzina cierna... 4 374

66. Marcin WRZESIÑSKI, Joanna MA¯ULIS,Pawe³ G¥SIOR Kompozytowe wzmocnienia konstrukcji mostów stalowych... 4 378

67. Jacek ANDRZEJEWSKI,Mateusz BARCZEWSKI

Wp³yw zawartoœci nanomodyfikatorów POSS na podstawowew³aœciwoœci mechaniczne polietylenu PELD i PEHD... 5 392

68. Jacek ANDRZEJEWSKI,Marek SZOSTAK

Ocena jakoœci polietylenowych elementów konstrukcyjnych,z wykorzystaniem klasycznych badañ wytrzyma³oœciowychoraz analizy termicznej...

5 397

69. W³odzimierz BARANOWSKI,Pawe³ PALUTKIEWICZ G³owica wyt³aczarska do rur polimerowych... 5 404

70.Mateusz BARCZEWSKI, DanutaCHMIELEWSKA, Tomasz STERZYÑSKI,Jacek ANDRZEJEWSKI

Ocena w³aœciwoœci nukleowanego izotaktycznegopolipropylenu modyfikowanego silseskwioksanami... 5 409

71. Katarzyna BIRUK-URBAN,Józef KUCZMASZEWSKI

Badania wytrzyma³oœci po³¹czeñ klejowych w podwy¿szonejtemperaturze po modyfikacji ¿ywicy epoksydowejmontmorylonitem...

5 414

72. El¿bieta BOCI¥GA, Monika KULA,Katarzyna MAZIK

Wp³yw temperatury na charakterystykiodkszta³ceniowo-naprê¿eniowe wyprasek wtryskowychobci¹¿onych cyklicznie...

5 418

73. Paulina DMOWSKA, W³adys³aw M.RZYMSKI, Kinga BOCIONG

Badanie mieszanin kauczuku chloroprenowego iuwodornionego kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego... 5 424




74. Filip GÓRSKI, Rados³aw WICHNIAREK,Jacek ANDRZEJEWSKI

Wp³yw orientacji czêœci na wytrzyma³oœæ modeli z ABSwytwarzanych technik¹ modelowania uplastycznionymtworzywem polimerowym...

5 428

75. Mariusz K£ONICA,Józef KUCZMASZEWSKI

Analiza stanu energetycznego warstwy wierzchniej poliamiduPA6 po ozonowaniu... 5 436

76. Mariusz K£ONICA,Józef KUCZMASZEWSKI

Badania porównawcze wytrzyma³oœci na œcinanie klejowychpo³¹czeñ zak³adkowych po oczyszczaniu mechanicznymi ozonowaniu poliamidu PA6...

5 441

77. Józef KUCZMASZEWSKI,Anna RUDAWSKA

Modyfikacja kleju epoksydowego nape³niaczami o du¿ymstopniu rozdrobnienia – badania porównawcze wytrzyma³oœcipo³¹czeñ klejowych...

5 446

78. Dariusz KWIATKOWSKI,Mariola WOJCIECHOWSKA

Analiza numeryczna skurczu objêtoœciowego w kompozytachpoliacetalowych z w³óknem szklanym... 5 452

79. Ryszard LIPSKIBadania w zakresie recyklingu polimerów styrenowychstosowanych do budowy sprzêtu elektrycznegoi elektronicznego...

5 456

80. Rafa³ MALINOWSKI, Marian ¯ENKIEWICZ Radiacyjne sieciowanie polilaktydu... 5 458

81. Monika MARGOL Metody wytwarzania wybranych w³ókien polimerowych... 5 463

82. Monika MARGOL, Pawe³ PALUTKIEWICZ,Katarzyna MAZIK

Wp³yw parametrów przetwórstwa procesu wyt³aczaniaz rozdmuchiwaniem na wybrane w³aœciwoœci wytworówz polietylenu...

5 468

83.

Krzysztof MORACZEWSKI,Piotr RYTLEWSKI, Marian ¯ENKIEWICZ,Tomasz KARASIEWICZ,Magdalena STEPCZYÑSKA

Wybrane w³aœciwoœci nowego kompozytu o osnowiez poli(e-kaprolaktamu) (PA6)... 5 474

84. Katarzyna MAZIK, Tomasz JARUGA,Micha³ MOD£AWSKI

Wp³yw zró¿nicowania temperatury formy wtryskowej naodkszta³cenia wyprasek z PMMA i MABS... 5 478

85.

Ariadna NOWICKA, Piotr ZIOBROWSKI,Miros³aw SZYBOWICZ, MariolaS¥DEJ-BAJERLEIN, Ewa ANDRZEJEWSKA,Miros³aw DROZDOWSKI

Proces fotopolimeryzacji mieszanin akrylan/nanokrzemionka –badany metodami spektroskopii rozproszeniowej... 5 485

86. Pawe³ PALUTKIEWICZ,Jakub WAWRZYNIAK

Wp³yw warunków uplastyczniania na w³aœciwoœci i strukturêwyprasek z PE-HD z poroforem... 5 489

87. Anna RUDAWSKA, Ewelina CIMEK,Beata KOWALSKA

Wybrane aspekty utwardzania kompozycji klejowychepoksydowych... 5 495

88. Anna RUDAWSKA,Józef KUCZMASZEWSKI

Badania porównawcze efektów modyfikacji ¿ywicepoksydowych nape³niaczami o du¿ym stopniu rozdrobnieniadla wybranych utwardzaczy...

5 500

89. Anna RUDAWSKA, Piotr SZTORC,Krzysztof KUJAN

Wp³yw wybranych czynników konstrukcyjnych nawytrzyma³oœæ po³¹czeñ klejowych PVC oraz PMMA.. 5 505

90. Janusz W. SIKORA, Bronis³aw SAMUJ£O Wp³yw d³ugoœci granulki na wybrane charakterystyki procesuwyt³aczania... 5 511

91.Aleksandra SMEJDA-KRZEWICKA, KingaBOCIONG, Justyna SKRODZKA, AdamPIWOWARCZYK, W³adys³aw M. RZYMSKI

Przegl¹d metod recyklingu wyrobów gumowych... 5 518

92. El¿bieta BOCI¥GA,Damian SZYMAÑSKI

Wp³yw warunków wtryskiwania na po³ysk i strukturêwyprasek wtryskowych z kompozytu polipropylenuz talkiem...

5 523

93. Zenon TARTAKOWSKI, Mateusz KOSYL Modyfikacja kompozytów polimerowych z nape³niaczamigrafitowymi... 5 527

94. Monika TROJANOWSKA-TOMCZAK,Ryszard STELLER

Wytwarzanie i w³aœciwoœci kompozytu PVC ze stopem Woodao strukturze wzajemnie przenikaj¹cych siê sieci... 5 531

95. Rados³aw WICHNIAREK, Filip GÓRSKI,Wies³aw KUCZKO

Analiza wp³ywu stopnia wype³nienia wyrobówwytwarzanych metod¹ modelowania uplastycznionymtworzywem polimerowym na ich dok³adnoœæ kszta³tow¹...

5 535

96. Iwona MICHALSKA-PO¯OGA Proces starzenia a w³aœciwoœci przetwórcze PE-LDpo wielokrotnym wyt³aczaniu... 5 541




97. Monika MARGOL, W³odzimierzBARANOWSKI, Adam JAKUBAS

Materia³y polimerowe stosowane w przemyœle odzie¿owym.Czêœæ II. Tkaniny przeznaczone do produkcji odzie¿yochronnej i specjalnego przeznaczenia...

5 546

98. Jolanta BIEGAÑSKA, Marcin LANDRAT Ocena w³aœciwoœci paliwowych odpadowych tworzywsztucznych z bran¿y elektronicznej 6 556

99. Andrzej B£ÊDZKI, Abdullah AL MAMUN,Piotr FRANCISZCZAK

PLA nape³niane mikrow³óknami lignocelulozowymi –porównanie metod przetwórstwa 6 561

100. Dorota CZARNECKA-KOMOROWSKA,Krzysztof NADOLNY

Ocena w³aœciwoœci mechanicznych i reologicznych recyklatówpolietylenowych uzyskanych w procesie pulweryzacji 6 564

101. Tomasz GARBACZ Opakowania biodegradowalne z tworzyw polimerowych 6 568

102. Paulina JAKUBOWSKA,Arkadiusz KLOZIÑSKI

Folie kompozytowe o wysokim stopniu nape³nienia wêglanemwapnia – odpornoœæ na degradacjê chemiczn¹ i œrodowiskow¹ 6 573

103. Jolanta JANIK, Grzegorz KRALA, RyszardPILAWKA, Krzysztof GOR¥CY

Wp³yw kompatybilizatora i warunków przetwórczychna w³aœciwoœci mieszanin PC/PP 6 578

104. Mariola JASTRZÊBSKA, Wojciech JURCZAK Wp³yw nanonape³niacza na absorpcjê wody kompozytówz odpadami poliestrowo-szklanymi 6 582

105. Krystyna KELAR, Kinga MENCEL Badanie wybranych w³aœciwoœci odpadowej foliipolietylenowej 6 587

106. Arkadiusz KLOZIÑSKI, PaulinaJAKUBOWSKA

Wp³yw cyklicznych obci¹¿eñ na w³aœciwoœciwytrzyma³oœciowe mieszanin polipropylen/polistyrenw funkcji krotnoœci przetwórstwa

6 590

107. Agnieszka KOZ£OWSKA Otrzymywanie biodegradowalnych mikrokapsu³ekpolimerowych z udzia³em glutationu 6 595

108. Paulina KU¯NIAR, Stanis³aw KUCIEL,Janusz MIKU£A

Ocena mo¿liwoœci wytwarzania pojemnikówrozdmuchiwanych z pou¿ytkowego recyklatu PE-HDz dodatkiem tufu jako kompatybilizatora

6 598

109. Rafa³ MALINOWSKI, Marian¯ENKIEWICZ, Janusz DZWONKOWSKI

Badania wp³ywu wielofunkcyjnego oligomeru na niektórew³aœciwoœci polilaktydu 6 602

110. Anna MASEK, Marian ZABORSKI Kompozyty elastomerowe z odnawialnych surowców 6 606

111. Iwona MICHALSKA-PO¯OGA,Tomasz RYDZKOWSKI

Jakoœæ regranulatu wykonanego z zadrukowanych foliiwyt³aczanych w uk³adzie jednoœlimakowym i kaskadowym 6 609

112. Ewa OLEWNIK, Anna KILIAN,Józef RICHERT

Wyp³yw promieniowania UV na w³aœciwoœci powierzchniowekompozytów polilaktydowych 6 614

113. Ryszard PILAWKA, Magdalena URBALA Wp³yw wprowadzenia eterów allilowych na odpornoœætermiczn¹ materia³ów epoksydowo-eterowych 6 619

114. Natalia PILIP, Paulina KU�NIAR,Stanis³aw KUCIEL Biodegradowalne kompozyty modyfikowane œrut¹ roœlinn¹ 6 622

115.Miros³awa PROCHOÑ, AnitaPRZEPIÓRKOWSKA, Yves-Hervé TSHELANTUMBA, Aleksandra TADEUSIAK

Wp³yw modyfikowanej odpadowej keratyny na zdolnoœædo biorozk³adu syntetycznego kauczuku butadienowo--styrenowego SBR

6 627

116. Joanna ROKICKA, Dominik KOTOWSKI,Ryszard UKIELSKI

Poli(oksyetyleno-b-tereftalan trimetylenu) – synteza, struktura,degradacja 6 632

117. Tomasz RYDZKOWSKI,Iwona MICHALSKA-PO¯OGA Zmiany barwy podczas wielokrotnego wyt³aczania PELD 6 637

118. Kamila SA£ASIÑSKA,Joanna RYSZKOWSKA

Kompozyty z odpadów folii PEHD i nape³niacza roœlinnegow postaci ³uski owsa 6 642

119. Bronis³aw SAMUJ£O Recykling materia³owy tworzyw stosowanych w pojazdach 6 647

120. Marta SROKA, Paulina KU¯NIAR,Stanis³aw KUCIEL

Kompozyty na osnowie poliamidu z surowców odnawialnychnape³niane w³óknami naturalnymi i syntetycznymi 6 649

121. Ryszard STELLER, Anna SKOMRO,Wanda MEISSNER, Gra¿yna KÊDZIORA

Pulweryzacja w wyt³aczarce odpadowego PE-LDnape³nionego kred¹ 6 653

122.Konrad SULAK, Tomasz MIK, Ma³gorzataLICHOCIK, Beata WITKOWSKA, KrystynaWIERUS, Izabela KRUCIÑSKA

Modyfikowane w³ókniny polipropylenowe o zwiêkszonejpodatnoœci na fotodegradacjê wytwarzane metod¹spun-bonded

6 657

123. Dariusz SYKUTERA, Piotr CZY¯EWSKI Badanie procesu rozdrabniania i ciêcia odpadów wtryskowychz kopolimeru jonomerowego Surlyn® 6 662




124. Konrad SZUSTAKIEWICZ, Bart³omiejPODLASIÑSKI, Jacek PIG£OWSKI

Nanokompozyty z mieszaniny odpadów PA6, PELDi warstwowych glinokrzemianów 6 666

125.Aleksandra TADEUSIAK, AnitaPRZEPIÓRKOWSKA, Miros³awaPROCHOÑ, Yves-Hervé TSHELA NTUMBA

Wp³yw hydrolizatu enzymatycznego kolagenu na w³aœciwoœcikauczuku XNBR sieciowanego w ró¿nych uk³adach 6 671

126. Zenon TARTAKOWSKI,Mateusz KOSYL

W³aœciwoœci przetwórcze recyklatowych kompozytówpolietylenowych modyfikowanych recyklatem z w³óknamiwêglowymi

6 676

127. Ryszard WASIELEWSKI,Aleksander SOBOLEWSKI

Problem zagospodarowania odpadów ze strzêpieniasamochodów wycofanych z eksploatacji 6 680

128. Anna WOJTALA, Marcin ROMANOWSKI,Anna PIETRUSZKA, Stanis³aw KUD£A

Pochodne gliceryny technicznej jako modyfikatorykompozytów polietylenowych o zmniejszonej palnoœci 6 683

129.Yves-Hervé Tshela NTUMBA,Anita PRZEPIÓRKOWSKA,Miros³awa PROCHOÑ

Porównanie wp³ywu rodzaju hydrolizatu keratyny naw³aœciwoœci mechaniczne karboksylowanego lateksubutadienowo-styrenowego

6 687

130. Marian ¯ENKIEWICZ, Tomasz ¯UK,Krzysztof KRÓLIKOWSKI Metody sortowania odpadów tworzyw polimerowych 6 692

131. Maciej ROJEK, Ma³gorzata SZYMICZEK,Gabriel WRÓBEL

Ocena wp³ywu wybranych parametrów termoformowaniana rozk³ad gruboœci œcianki wyrobu 6 699

132. B³a¿ej CHMIELNICKI, Karol KO¯UCH Wybrane aspekty u¿ytkowania stolarki okiennej z tworzywPVC 6 703

PRZETWÓRSTWO TWORZYW – Tom 18/2012Lista Recenzentów

Prof. dr. hab. in¿. A.K. B³êdzki, ZUTProf. dr. hab. in¿. J. Nowacki, ZUTProf. dr. hab. in¿. B. Borowiecki, ZUTProf. dr. hab. in¿. R. Steller, PWProf. dr. hab. in¿. M. Zaborski, P£Dr hab. in¿. Z. Tartakowski, ZUTDr in¿. S. Kuciel, PKDr in¿. M. Szostak, PPDr hab. in¿. M. Rojek, prof. PŒl., PŒl.Dr in¿. M. Szymiczek, PŒl.Dr in¿. £. Wierzbicki, PŒl.Dr in¿. S. Pawlak, PŒl.Dr hab. in¿. A. Pusz, prof. PŒl., PŒl.Dr hab. in¿. J. Stabik, prof. PŒl., PŒl.Prof. dr hab. in¿. G. Wróbel, PŒl.Prof. dr hab. in¿. R. Sikora, PLProf. dr hab. in¿. J.W. Sikora, PLDr K. Bortel, IIMPiBDr in¿. E. Kamiñska-Tarnawska, IIMPiBProf. dr hab. in¿. E. Boci¹ga, PCz.Prof. dr hab. in¿. M. ¯enkiewicz, UKW



Documents

PRZETWÓRSTWO TWORZYW