Surface Wear of Modified Gelcoats Used in the Marine Industry

• Autorzy: Supernak Milena , Zasińska Katarzyna , Karczewski Artur

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.2482

Warianty tytułu

PL

Zużycie powierzchniowe modyfikowanych żelkotów stosowanych w przemyśle jachtowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Gelcoats are polymer matrix composites (PMCs) based on epoxy, vinyl ester, and unsaturated polyester resins, commonly used as coatings for boat hulls, cockpit soles, patrol boats, minesweepers, and submarine domes. These applications demand structural stability and high performance of composites in seawater. The gelcoat is the component directly exposed to the external environment, and its durability depends on the surface properties, which can influence the overall strength of the hull. The study was conducted on three types of gelcoats: unmodified; with the addition of halloysite nanoparticles; and with both halloysite nanoparticles and graphene flakes, with a dimension of at least one particle not exceeding 100 nm. To determine their surface properties, microscopic observations were carried out using a scanning electron microscope (SEM, JEOL JSM-7800 F, Japan). Surface roughness was measured with a Hommel Etamic T8000 profilometer, and the contact angle was examined with a KSV goniometer. Tribological wear tests were performed on a PT-33 tribometer under specific operating conditions. After completing the tribological tests, the changes in tribological parameters – such as the coefficient of friction and abrasive wear on the surfaces of the tested materials – were analysed. The results obtained do not show significant changes in the surface properties of modified gelcoats or in the characteristics of their tribological wear. However, the addition of enhancement agents in the form of halloysite and graphene flakes influenced the nature of damage in the tested materials.

PL

Żelkoty to kompozyty z matrycą polimerową (PMC) na bazie żywic epoksydowych, winyloestru i nienasyconego poliestru, powszechnie stosowane jako powłoki kadłubów łodzi, podeszew kokpitów, łodzi patrolowych, zamiatarek min i kopuł łodzi podwodnych. Zastosowania te wymagają stabilności strukturalnej i wysokiej wydajności kompozytów w wodzie morskiej. Żelkot jest elementem bezpośrednio graniczącym ze środowiskiem zewnętrznym, jego trwałość będzie zależała od właściwości powierzchni, które mogą mieć wpływ na ogólną wytrzymałość poszycia. Badania wykonano na trzech rodzajach żelkotów – niemodyfikowanym, z dodatkiem nanocząstek haliozytu i z nanocząstek haloizytu i płatków grafen, których przynajmniej jeden wymiar cząstek nie przekracza 100 nm. W celu określenia właściwości ich powierzchni przeprowadzono obserwację mikroskopową na mikroskopie skaningowym SEM (JEOL JSM-7800 F, Japonia). Chropowatość powierzchni określono na profilometrze Hommel Etamic T8000, kąt zwilżania zbadano na goniometrze KSV. Badania zużycia tribologicznego przeprowadzono na tribometrze PT-3 w określonych warunkach eksploatacyjnych. Po przeprowadzonych badaniach tribologicznych ocenie poddano zmianę parametrów tribologicznych, tj. współczynnik tarcia czy zużycie ścierne na powierzchniach badanych materiałów. Uzyskane wyniki nie wykazują znaczących zmian w właściwościach powierzchniowych modyfikowanych żelkotów oraz w charakterystyce ich zużycia trybo logicznego. Wprowadzone dodatki uszlachetniające w postaci nanocząstek haliozytu oraz grafenu płatowego wpłynęły na zmianę charakteru zniszczeń badanych materiałów.

Słowa kluczowe

EN

gelcoat; halloysite nanoparticle; surface wear; flake graphene; tribological wear

PL

żelkot; nanocząstka haliozytu; zużycie powierzchniowe; grafen płatkowy; zużycie tribologiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 2
• Strony: 55--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Supernak Milena

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Ship Technology, G. Narutowicza 11/12 street, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9800-3127

autor

Zasińska Katarzyna

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Ship Technology, G. Narutowicza 11/12 street, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2163-2424

autor

Karczewski Artur

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Ship Technology, G. Narutowicza 11/12 street, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8797-4355

Bibliografia

• 1. Neser G.: Polymer Based Composites in Marine Use: History and Future Trends. Procedia Engineering, 194, pp. 19–24, 2017.
• 2. Boczkowska A., Kapuściński J., Puciłowski K., Wojciechowski S.: Kompozyty. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2000.
• 3. Landowski M.: Wpływ budowy złożonych warstw powierzchniowych i nanowarstw na trwałość kompozytów poliestrowo-szklanych w środowisku wodnym, Rozprawa doktorska, Gdańsk, 2014.
• 4. Landowski M., Budzik M., Imielińska K.: Degradation of Gel – Coat Layer in Glass/Polyester Laminatein Seawater Environment. Solid State Phenomena, Tom 183, 2012.
• 5. Jacob A.: Material trends for FRP boats. Reinforced Plastic, 47 (9), 2003.
• 6. Riegert D.: Sposoby modyfikowania właściwości palnych tworzyw sztucznych. Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, 30 (2), pp. 51–57, 2013.
• 7. Landowski M., Budzik M., Imielińska K.: Water absorption and blistering of glass fiber reinforcedpolymer marine laminates with nanoparticle – modified coatings. Journal of Composite Materials, 2013.
• 8. Hyla I.: Tworzywa sztuczne właściwości, przetwórstwo, zastosowanie. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2000.
• 9. Brojer Z., Hertz Z., Penczek P.: Żywice epoksydowe. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa,1972.
• 10. Papanicolaou G. C., Giannis S. P., Imielińska K.: The effect of low energy impact on the tensile strength of coated and uncoated glass particulate composites. Journal of Materials Science, 27 (10), 2003.
• 11. Klyosov A.: Wood – plastic Composites. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2007.
• 12. Brambilla M.: New gelcoats have special effects. Reinforced Plastics, 61 (1), 2017.
• 13. Imanaka M., Nakamura Y., Nishimura A., Iida T.: Fracture toughness of rubber – modified epoxyadhesives: effects of plastic deformability of the matrix phase. Composites Science and Technology, 63 (1), pp. 41–51, 2003.
• 14. Han J. T , Cho K.: Nanoparticle – induced enhancement in fracture toughness of highly loaded epoxy composites over a wide temperature range. Journal of Material Science, 41 (13), 2006.
• 15. Nakamura Y., Yamaguchi M., Okobo M., Matsumoto T.: Effects of particle size on mechanical and impact properties of epoxy resin filled with spherical silica. Journal of Applied Polymer Science, 45 (7), 1992.
• 16. Łopacka J.: Nanocząstki wykorzystywane w celu poprawy właściwości fizycznych kompozytów polimerowych stosowanych jako materiały opakowaniowe do żywności. Polimery, 58, pp. 11–12, 2013.
• 17. Naito M., Yokoyama T., Hosokawa K., Nogi K.: Nanoparticle technology handbook. Elsevier Science, Oxford, 2007.
• 18. Tsai J. L., Wu M. D.: Organoclay effect on the mechanical responses of glass/epoxy nanocomposites. Journal of Composite Materials, 42 (6), 2008.
• 19. Hosokawa M.: Nanotechnology Handbook, Control of nanostructure of material. Elsevier Science.
• 20. Paul D. R., Roberson L. M.: Polymer nanotechnology: Nanocomposites. Polymer, 49 (15), 2008.
• 21. Gao F.: Advances in Polymer Nanocomposites. Woodhead Publishing, Nottinghan, 2012.
• 22. da Silva L. F. M.: Handbook of adhesion technology. Heidelburg: Springer, 55, 2011.
• 23. Rojek M.: Methodology of diagnostic testing of polymeric matrixlaminate composite materials. OpenAccess Library, 2, pp. 5–31, 2011.
• 24. Bełzowski A.: Metoda oceny stopnia uszkodzenia kompozytów polimerowych. Kompozyty (Composites), 2 (4), 2002.
• 25. Imielińska K., Wojtyra R.: Wpływ absorpcji wody na właściwości laminatów winyloestrowych wzmocnionych włóknem aramidowym i szklanym. Kompozyty (Composites), 3 (7), 2003.
• 26. Pavlidou S., Papaspyrides C. D.: The effect of hygrothermal history of water sorption and interlaminarshear strength of glass/polyester composites with different interfacial strength. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 34 (11), 2003.
• 27. Imielińska K.: Degradation and damage of advanced laminate polymer composites due to environmental effects and low velocity impact, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 2005.
• 28. Marczyk K.: Wpływ grubości warstwy żelkotu oraz naprężeń na degradację kompozytów poliestrowoszklanych w środowisku wody morskiej. Praca magisterska, Gdańsk, 2007.
• 29. Neser G., Kacar A.: The antifouling performance of gelcoats containing biocides and silver ions inseawater environment. Journal of Coatings Technology and Research, 7 (1), pp. 139–143, 2010.
• 30. Iannazzo D., Pistone A., Visco A., Galtieri G., Giofrè S. V., Romeo R., Romeo G., Cappello S., Bonsignore M., Denaro R., Galvagno S.: 1,2,3-Triazole/MWCNT conjugates as filler for gelcoat nanocomposites: new active antibiofouling coatings for marine application. Material Research Express, 2, 2015.
• 31. Legocka I., Jankowski P., Wierzbicka E.: Opracowanie receptury modyfikowanego żelkotu. Instytut Chemii Przemysłowej im. prof. I. Mościckiego, Warszawa 2018.
• 32. Schultz M. P., Swain G. W.: Biofouling, 15 (129), 2000.