Badania wpływu budowy elastomeru i adhezji na wytrzymałość na ściskanie kompozytów ceramika-elastomer

• Autorzy: Boczkowska A. , Konopka K. , Schmidt J. , Kurzydłowski K.J.

Warianty tytułu

EN

Investigation of elastomer structure and adhesion effect on compression strength of ceramic-elastomer composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem badań były kompozyty ceramika-elastomer, otrzymywane w wyniku infiltracji porowatej ceramiki segmentowym elastomerem uretanowo-mocznikowym o różnej zawartości segmentów sztywnych. W wyniku infiltracji powstają kompozyty o dwóch wzajemnie przenikających się fazach, przy czym ceramika stanowi szkielet wypełniający 60% objętości kompozytu. Powstała mikrostruktura, z perkolacją elastomeru w osnowie ceramicznej, nadaje kompozytom dużą wytrzymałość na ściskanie przy jednoczesnej zdolności do absorpcji odkształceń. Kompozyty takie zachowują spójność podczas ściskania i zdolność do powrotu do postaci wyjściowej po zdjęciu obciążenia. Przeprowadzone badania wykazały, że wytrzymałość na ściskanie kompozytów zależy od budowy elastomeru, a także od adhezji pomiędzy ceramiką i elastomerem. Stwierdzono na krzywej ściskania obszar odkształceń w zakresie sprężystym, następnie po osiągnięciu maksymalnej wartości naprężeń następuje początkowo spadek, a dalej stopniowy wzrost naprężeń przy jednoczesnym wzroście odkształceń. W celu pełniejszego poznania zjawisk zachodzących w przedmiotowych kompozytach podczas ich ściskania zastosowano metodę emisji akustycznej. Pozwoliła ona na wyodrębnienie kilku etapów w trakcie ściskania. Badania te mają jednak charakter wstępny i będą kontynuowane w przyszłości.

EN

Ceramic-elastomer composites, obtained via infiltration of porous ceramics of SiO2 by segmented urea-urethane elastomer with different hard segment content, were studied. As a result of the ceramics infiltration composites of two interpenetrating phases are obtained (Figs 1 and 2). They are composed in 60% of ceramics. The obtained microstructure with percolation of ceramic and polymeric phases gives the composites high compression strength together with the ability to absorption of the strain energy. Such composites retain theirs cohesion with the ability to return to initial shape after unloading. Presented results of the studies show the effect of the elastomer structure and adhesion between ceramics and elastomer on composite compression strength (Figs. 3 and 4). As a result of the soft and hard segments content (Tab. 1) the structure and properties of elastomers change. Selected mechanical properties of obtained elastomers are presented in Table 2. Also the residual porosity of the samples before and after infiltration was measured (Tab. 3). The results of the studies proof very good infiltration of the pores by elastomer. However, it depends on hard segments content and coupling agent content too. Region of the elastic deformation is observed at the diagram of compression test, as shown in Figures 3 and 4. Next to the curve reached the maximum point, the decrease and after that the increase of stresses appears at the compression diagram. Simultaneously the increase of the strains is observed. The acoustic emission method was used to fully know the phenomena, which appears at the composites during theirs compression. Diagram of compression test with the history recorded by acoustic emission evaluated by count as a function of sample strain is shown in Figure 5. As a result of acoustic signal analysing six classes of acoustic emission signals evaluated by hits was found (Fig. 6). However, the research is at its early stage and will be continued.

Słowa kluczowe

PL

ceramika; kompozyt; elastomer; wytrzymałość na ściskanie; emisja akustyczna; adhezja

EN

ceramic; composite; elastomer; compressive strength; acoustic emission; adhesion

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 4, nr 9
• Strony: 41--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Boczkowska A.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Konopka K.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Schmidt J.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Kurzydłowski K.J.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

Bibliografia

• [1] Śleziona J., Podstawy technologii kompozytów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998, 28.
• [2] Boczkowska A., Kapuściński J., Lindemann Z., Witemberg-Perzyk D., Wojciechowski S., Kompozyty, Wyd.. II zmienione, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2003, 61, 107.
• [3] Bula K., Jesionowski T., Fojud Z., Jurga J., Badania struktury kompozytów PET/SiO2 i PBT/SiO2, X Seminarium Tworzywa Sztuczne w Budowie Maszyn, Kraków 2003, 57.
• [4] Szafran M., Konopka K, Rokicki G, Lipiec W., Kurzydłowski K. J., Porowata ceramika infiltrowana metalami i polimerami, Kompozyty (Composites) 2002, 2, 5, 313.
• [5] Szafran M., Lipiec W., Okowiak J., Konopka K., Kurzydłowski K.J., Nowe kompozyty ceramika-polimer o matrycy z ceramicznego tworzywa porowatego z tlenku glinu, Kompozyty (Composites) 2003, 3, 8, 337.
• [6] Szafran M., Boczkowska A., Konopka K., Kurzydłowski K., Rokicki G., Batorski K., Kompozyt ceramiczno-polimerowy i sposób wytwarzania kompozytu ceramiczno-polimerowego, Zgłoszenie patentowe nr P.353130, 2002.
• [7] Konopka K., Boczkowska A., Batorski K., Kurzydłowski K., Szafran M., Propagacja pęknięcia w kompozycie o osnowie ceramiki porowatej SiO2 infiltrowanej elastomerem, Kompozyty (Composites) 2002, 3, 108-113.
• [8] Konopka K., Boczkowska A., Szafran M., Kurzydłowski K., Mikrostruktura i właściwości kompozytów ceramikaelasto-mer, Kompozyty (Composites) 2003, 3, 7, 216.
• [9] Konopka K., Boczkowska A., Szafran M., Kurzydłowski K., Novel ceramics-polymer composites obtained via infiltration method, European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes Euromat 1-5. 09. 2003, Lozanna.
• [10] Konopka K., Boczkowska A., Batorski K., Szafran M., Kurzydłowski K.J., Microstructure and Properties of Novel Ceramic-Elastomer Composites, wysłane do Acta Materialia.
• [11] Boczkowska A., Konopka K., Kurzydłowski K.J., Effect of elastomer structure on ceramic-elastomer composite properties, 12th Achievements in Mechanical & Materials Engineering AMME 2003, Zakopane 2003, 111.
• [12] Schwarzer S., Roosen A., Tape Casting of Piezo Ceramic/Polymer Composites, Journal of the Europea Ceramic Society 1999, 19, 1007.
• [13] Cui C., Baughman R.H., Iqbal Z., Kazmar T.R., Dahlstrom D.K., Improved Piezoelectric Ceramic/Polymer Composites for Hydrophone Applications, Syntetic Metals 1997, 85, 1391.
• [14] Schwartz M. (red.), Encyclopedia of Smart Materials, vol. 2, Wiley & Sons Inc., New York 2002, 780-825, 860-873.
• [15] Marciniec B., Guliński J., Mirecki J., Foltynowicz Z., Silanowe środki wiążące, cz. I, Polimery 1990, 35, 213.
• [16] Patent 139 841 (1986).
• [17] Patent 148 671 (1986). [18] Patent 150 154 (1986).
• [18] Patent 150 154 (1986).