Effect of moisture on breakdown strength and glass transition temperature of biopolyamide reinforced with glass or basalt fiber

• Autorzy: Bednarowski Dariusz , Kuśnierz Alina , Kuciel Stanisław

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2024.7.2

Warianty tytułu

PL

Wpływ wilgoci na wytrzymałość na przebicie i temperaturę zeszklenia biopoliamidu wzmocnionego włóknem szklanym lub bazaltowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this study we investigate the effect of moisture content on the dielectric breakdown strength and glass transition temperature (Tg) of biopolyamide 4.10 reinforced with glass or basalt fiber (15, 30, 50 wt%). Moisture absorption decreased with increasing fiber content, regardless of fiber type. The reduction in breakdown voltage (BDV) was more pronounced in the composites with higher moisture content reinforced with basalt fiber. This may be due to weaker interactions at the interface. The presence of moisture decreased the glass transition temperature of the composites. PA 4.10, especially reinforced with glass fiber, is characterized by better performance properties than PA 6.6 reinforced with 50 wt% glass fiber in applications requiring both stability of mechanical properties and dielectric properties.

PL

W pracy zbadano wpływ zawartości wilgoci na wytrzymałość na przebicie i temperaturę zeszklenia (Tg) biopoliamidu 4.10 wzmocnionego włóknem szklanym lub bazaltowym (15, 30, 50% mas.). Absorpcja wilgoci zmniejszała się wraz ze wzrostem zawartości włókna, niezależnie od jego rodzaju. Zmniejszenie napięcia przebicia (BDV) było bardziej widoczne w kompozytach o większej zawartości wilgoci wzmocnionych włóknem bazaltowym. Może to być spowodowane słabszymi oddziaływaniami na granicy faz. Obecność wilgoci obniżyła temperaturę zeszklenia kompozytów. PA 4.10, szczególnie wzmocniony włóknem szklanym, charakteryzuje się lepszymi właściwościami użytkowymi niż PA 6.6 wzmocniony 50% mas. włókna szklanego w zastosowaniach wymagających zarówno stabilności właściwości mechanicznych, jak i właściwości dielektrycznych.

Słowa kluczowe

EN

biopolyamide; moisture absorption; glass transition temperature; dynamic mechanical analysis; breakdown strength

PL

biopoliamid; chłonność wody; temperatura zeszklenia; dynamiczna analiza mechaniczna; wytrzymałość na przebicie

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 69, nr 7-8
• Strony: 404--412
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bednarowski Dariusz

• ABB Corporate Technology Center, ul. Starowiślna 13A, 31-038 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2717-0670

autor

Kuśnierz Alina

• ABB Corporate Technology Center, ul. Starowiślna 13A, 31-038 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0009-0003-1582-6761

autor

Kuciel Stanisław

• Cracow University of Technology, Department of Materials Engineering, al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9244-7499

Bibliografia

• [1] new.abb.com/medium-voltage/switchgear
• [2] https://www.maximizemarketresearch.com/market-report/dc-switchgear-market/146875/
• [3] Barker H., Flack T.: “Epoxy resin based materials in the construction of medium voltage switchgear”, Materials form the 9th Electrical Insulation Conference, Boston, MA, USA, September 8-11, 1969, p. 220. https://doi.org/10.1109/EIC.1969.7461880
• [4] Teyssedre G., Laurent C.: IEEE Electrical Insulation Magazine 2013, 29(5), 26. https://doi.org/10.1109/MEI.2013.6585854
• [5] Rybak A.: Polymers 2021, 13(13), 2161. https://doi.org/10.3390/polym13132161
• [6] Thangarajan R.B., Chetwani S., Shrinet V. et al.: IEEE Electrical Insulation Magazine 2015, 31(2), 30. https://doi.org/10.1109/MEI.2015.7048135
• [7] Thangarajan B., Chetwani S.H.: “Thermoplastics for low voltage switchgear application”, session materials from CIGRE Session 46, Paris, France, August 2016.
• [8] Staat A., Harre K., Bauer R.: “Materials made of renewable resources in electrical engineering”, materials from 40th International Spring Seminar on Electronics Technology, Sofia, Bulgaria, May 14-14, 2017, p. 1. https://doi.org/10.1109/ISSE.2017.8000963
• [9] Petersson L., Martini H., Chiaravalli M. et al.: “Biobased engineering plastics for low voltage applications”, materials form 2012 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, June 10-13, 2012. https://doi.org/10.1109/ELINSL.2012.6251538
• [10] Petersson L., Martini H., Chiaravalli M. et al.: “Biobased engineering plastics a tool to reduce carbon footprint”, materials form the 6th International Conference on Life Cycle Management, Gothenburg, Sweden, August 25-28, 2013, p. 1.
• [11] ABB review 1/10 Breaking ahead of expectations 92018 ABB ENG 1_10.indd
• [12] Shen J.: High Voltage Apparatus 2018, 54(4), 227.
• [13] Zhang Y.C., Li W.D., Wang C. et al.: IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 2023, 30(2), 518. https://doi.org/10.1109/TDEI.2023.3235699
• [14] Runde M., Roseen P., Mattozzi A. et al.: “Creep behavior of commercial glass fiber filled thermoplastics for use in medium voltage metal enclosed switchgear”, materials from the 10th IEEE International Conference on Solid Dielectrics, Potsdam, Germany, July 4-9, 2010, p. 1. https://doi.org/10.1109/ICSD.2010.5567946
• [15] Martini H., Zant N., Krivda A. et al.: „Electro-thermal aging behaviour of thermoplastic compounds”, materials from the 32nd Electrical Insulation Conference, Philadeplhia, PE, USA, June 8-11, 2014, p. 111. https://doi.org/10.1109/EIC.2014.6869358
• [16] Rybak A., Malinowski L., Adamus-Wlodarczyk A. et al.: Polymers 2021, 13(13), 2191. https://doi.org/10.3390/polym13132191
• [17] Algin Z., Ozen M.: Construction and Building Materials 2018, 186, 678. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.07.089
• [18] Bazan P., Nosal P., Wierzbicka-Miernik A. et al.: Composites Part B: Engineering 2021, 233, 109125. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109125
• [19] Buschbeck S., Tautenhain F., Reichelt C. et al.: Key Engineering Materials 2019, 809, 639. https://doi.org /10.4028/www.scientific.net/KEM.809.639
• [20] Romańska P., Kuciel S.: Polimery 2024, 69(3), 159. https://doi.org/10.14314/polimery.2024.3.2
• [21] Hassan A., Rahman N.A., Yahya R.: Fibers and Polymers 2012, 13(7), 899. https://doi.org/10.1007/s12221-012-0899-9
• [22] Launay A., Marco Y., Maïtournam H. et al.: Mechanics of Materials 2012, 56, 1. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2012.08.008
• [23] Kettle G.J.: Polymer 1977, 18(7), 742. https://doi.org/10.1016/0032-3861(77)90244-0
• [24] Broudin M., le Gac P.Y., le Saux V. et al.: European Polymer Journal 2015, 67, 326. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2015.04.015
• [25] Bednarowski D., Bazan P., Kuciel S.: Polymers 2023, 15(16), 3400. https://doi.org/10.3390/polym15163400
• [26] Menard K.P., Menard N.R.: “Dynamic Mechanical Analysis in the Analysis of Polymers and Rubbers” in “Encyclopedia of Polymer Science and Technology”, Wiley, 2015. https://doi.org/10.1002/0471440264.pst102.pub2
• [27] Douar M.A., Beroual A., Souche X: IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 2016, 23(5), 3034. https://doi.org/10.1109/TDEI.2016.7736867
• [28] Bottge B., Bernhardt R., Klengel S. et al.: “The influence of environmental conditions on the properties of housing materials for power electronics”, materials from 21st European Microelectronics and Packaging Conference and Exhibition, Warsaw, Poland, January 10-13, 2017, p.1. https://doi.org/10.23919/EMPC.2017.8346837
• [29] de Gortari M.G., Wu F., Mohanty A.K. et al.: Polymers 2021, 13(19), 3391. https://doi.org/10.3390/polym13193391
• [30] Guttmann P., Pilz G.: “Fibre-reinforced polyamides and the influence of water absorption on the mechanical and thermomechanical behaviour” in “Deformation and Fracture Behaviour of Polymer Materials”, Springer Series in Materials Science (Vol. 247), Cham 2017, p. 377. https://doi.org/10.1007/978-3-319-41879-7_26
• [31] Randhawa K.S., Patel A.: International Journal of Structural Integrity 2021, 12(5), 743. https://doi.org/10.1108/IJSI-05-2021-0049
• [32] Lim L.T., Britt I.J., Tung M.A.: Journal of Applied Polymer Science 1999, 71(2), 197. https://dx.doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19990110)71:2%3C197::AID-APP2%3E3.0.CO;2-J
• [33] Sambale A.K., Maisl M., Herrmann H.G. et al.: Polymers 2021, 13(18), 3141. https://doi.org/10.3390/polym13183141

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).