Viscosity of polymer composites with high content of metal powders processed by injection moulding

• Autorzy: Paszkowski L. , Biało D. , Skalski A. , Pilawka R.

Warianty tytułu

PL

Lepkość polimerowych kompozytów o wysokim napełnieniu proszkami metalowymi przetwarzanych wtryskiwaniem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An important feature of injection-processed functional polymer composites is viscosity. Powder increases the viscosity of such a composite. Viscosity depends on the polymer processing properties and the shape and size of the powder particles. The injection temperature is also important. In the conducted analyses, High Impact Polystyrene (HIPS) and General Purpose Polystyrene (PS) served as the matrix for the composites. Powders with flaky and spherical particles constituted the functional phase. Powders with permanent magnetic characteristics produced from Nd-Fe-B alloys were used. In the analysis, multifractional (commercial) powders and selected fractions of two types of powders were used. Composites containing variable quantities of multi-fractional powders were obtained. The content of the powders was from 40 to 54% of flaky powder and up to 64% of spherical powder by volume. In addition, composites containing the selected fractions of both types of powders were prepared. The content of fractional powders was constant and it was 48% by volume. The samples were produced by injection of the composites at temperatures from 160 to 240°C. Polystyrenes and composites with a zero shear rate have the greatest viscosity. Increasing the shear rate leads to a reduction of viscosity. The viscosity of composites with flaky powder decreases at the fastest rate. For spherical powder, the viscosity reduction rate is slower and for polystyrenes - the slowest. Slightly higher viscosity values (for the same shear rates) were obtained for general purpose polystyrene and the composites in which it served as the matrix. In composites with flaky powder, the reduction in viscosity is greater if the powder content is higher. For composites with spherical powder, an increase of the shear rate results in constant reduction of their viscosity. The viscosity of composites (with a constant content of fractional powders) decreases along with an increase of the size of its particles. An attempt was also made to explain the phenomenon of the faster reduction of viscosity of composites with flaky powder compared to composites with spherical powder through proposing a model describing the emergence of easy-slip surface. In addition, as the temperatures of the injected composites increase, their viscosities decrease.

PL

Istotnym zagadnieniem w przypadku funkcjonalnych kompozytów polimerowych jest ich lepkość. Zależy ona od rodzaju polimeru stanowiącego jego osnowę, zawartości proszku wprowadzonego do polimeru, kształtu i wielkości cząstek proszku oraz parametrów wtryskiwania. Proszek nadaje kompozytowi pożądane cechy, których polimer nie posiada. Powoduje jednak zwiększenie lepkości kompozytu. Do przeprowadzenia badań wytypowano proszki o cząstkach wyraźnie różniących się kształtem. Były to cząstki płatkowe i kuliste. Funkcjonalnie są to proszki o cechach magnetycznie twardych, wytwarzane ze stopu Nd-Fe-B. Na osnowę kompozytów wytypowano polistyren w dwóch odmianach; wysokoudarowy (HIPS) i niskoudarowy (PS). W pracy stosowano napełnienia proszkami w ilości od 40 do 54% dla proszku o cząstkach płatkowych i od 40 do 64% dla proszku o cząstkach kulistych. Z otrzymanych wyników badań można wnioskować, że największą lepkość osiągają polistyreny oraz kompozyty przy tzw. zerowej szybkości ścinania. Zwiększanie szybkości ścinania powoduje zmniejszanie się lepkości. Jest ono największe dla kompozytów zawierających proszek o cząstkach płatkowych, mniejsze dla kompozytów z proszkiem o cząstkach kulistych, a najmniejsze dla polistyrenów. Nieco wyższe wartości lepkości przy jednakowych szybkościach ścinania uzyskano dla kompozytów na osnowie z polistyrenu niskoudarowego. Wzrost zawartości proszków w kompozytach prowadzi do zwiększania ich lepkości. Dla szybkości ścinania największej, jaką zastosowano, znacznie większą lepkością charakteryzowały się kompozyty z proszkiem o cząstkach kulistych niż z proszkiem o cząstkach płatkowych. Stosowanie coraz większych cząstek proszków, przy stałej wielkości napełnienia, powoduje, że kompozyty osiągają coraz mniejszą lepkość w całym zakresie zmienności szybkości ścinania. Również dla coraz wyższych temperatur obserwuje się zmniejszanie lepkości kompozytów. Podjęto również próbę wyjaśnienia zjawiska szybszego zmniejszania się lepkości kompozytów z proszkiem płatkowym w stosunku do kompozytów z proszkiem kulistym, a tym bardziej polistyrenów poprzez zaproponowanie modelu opisującego sposób tworzenia się powierzchni łatwego poślizgu mających znaczący wpływ na te zmiany.

Słowa kluczowe

EN

functional polymer composite; injection; viscosity; functional powder

PL

kompozyt polimerowy; wtryskiwanie; lepkość; proszek funkcjonalny

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 1
• Strony: 55--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Paszkowski L.

autor

Biało D.

autor

Skalski A.

autor

Pilawka R.

• Politechnika Warszawska, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, ul. św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa, Poland,

Bibliografia

• [1] Boczkowska A., Kapuściński J., Puciłowski K., Wojciechowski S., Kompozyty, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000.
• [2] Pielichowski J., Puszyński A., Technologia tworzyw sztucznych, wyd. 3, WNT, Warszawa 1992.
• [3] Saechtling H., Zebrowski W., Tworzywa sztuczne. Poradnik, wyd. 5 (polskie), WNT, Warszawa 2000.
• [4] Szlezyngier W., Tworzywa sztuczne t. 1, 2, 3, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów 1998.
• [5] Żuchowska D., Polimery konstrukcyjne, WNT, Warszawa 1995.
• [6] Katalog firmy DWORY SA Oświęcim.
• [7] Schramm G., Reologia. Podstawy i zastosowania, Ośrodek Wydawnictw Naukowych PAN, Poznań 1998.
• [8] German R.M., Powder Injection Molding, Metal Powder Industries Federation, Princeton, New Jersey 1990.
• [9] Wilczyński K., Reologia w przetwórstwie tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2001.
• [10] Paszkowski L., Wpływ proszkowej fazy Nd-Fe-B w formowanych wtryskowo kompozytach magnetycznych o osnowie polimerowej na ich właściwości magnetyczne i mechaniczne, Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki, Warszawa 2008 (rozprawa doktorska).