Assessment of the effectiveness of selected coatings for protection against UV radiation in glass fiber reinforced composites (GFRP)

• Autorzy: Smoleń Jakub , Bechcińska Karolina , Smok Weronika , Olesik Piotr , Stępień Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.62753/ctp.2024.09.1.1

Warianty tytułu

PL

Ocena skuteczności wybranych powłok ochronnych przed promieniowaniem UV w kompozytach wzmocnionych włóknem szklanym (GFRP)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper describes the effectiveness of selected protective coatings against ultraviolet radiation in glass fiber reinforced composites. Epoxy resin matrix GFRP composites with 1 mm thick coatings were produced. Four types of coatings were compared: pure epoxy resin, epoxy resin with the addition of a UV stabilizer from the benzophenone group, epoxy resin with an addition of graphite (screening function) and a commercial polyester gelcoat. The composites were irradiated for 1000 h with ultraviolet radiation from three separate radiation ranges: UVA, UVB, UVC. The changes in the surface appearance, flexural strength and chemical structure were described. The results shows that UV radiation caused changes in the surface condition for the reference samples (coating without additives), such as yellowing and matting. Also, a reduction in the flexural strength by over 10% and changes in the chemical structure, mainly caused by oxidation processes and the cracking of chemical bonds were observed. The most beneficial protection was found to be the UV stabilizer from the benzophenone group, the addition of which provides UV protection over the entire radiation range and protects the material against negative changes in the coating’s chemical structure. Also, similar results were obtained for the samples with the graphite coating.

PL

Opisano skuteczność wybranych powłok ochronnych przed promieniowaniem ultrafioletowym w kompozytach wzmacnianych włóknem szklanym. Wytworzono kompozyty GFRP z żywicą epoksydową i powłokami o grubości 1 mm. Porównano cztery rodzaje powłok: czysta żywica epoksydowa, żywica epoksydowa z dodatkiem stabilizatora UV z grupy benzofenonów, żywica epoksydowa z dodatkiem grafitu (funkcja ekranizowania) oraz komercyjny żelkot poliestrowy. Kompozyty poddawano działaniu promieniowania UV przez trzy różne zakresy promieniowania: UVA, UVB, UVC przez 1000 godzin. Opisano zmiany w wyglądzie powierzchni, wytrzymałości na zginanie i strukturze chemicznej. Wyniki pokazują, że promieniowanie UV spowodowało zmiany w stanie powierzchni dla próbek referencyjnych (powłoka bez dodatków), takie jak żółknięcie i matowienie. Zaobserwowano również redukcję wytrzymałości na zginanie o ponad 10% i zmiany w strukturze chemicznej, głównie spowodowane procesami utleniania i pękaniem wiązań chemicznych. Najkorzystniejszą ochroną okazał się stabilizator UV z grupy benzofenonów, dodatek którego zapewnia ochronę UV w całym zakresie promieniowania i chroni materiał przed negatywnymi zmianami w strukturze chemicznej powłoki. Podobne wyniki uzyskano także dla próbek z powłoką z dodatkiem grafitu.

Słowa kluczowe

EN

GFRP; polymer composites; UV degradation; coatings

PL

GFRP; kompozyty polimerowe; degradacja UV; powłoki

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 24, nr 1
• Strony: 65--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Smoleń Jakub

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

autor

Bechcińska Karolina

• Łukasiewicz – Institute of Ceramics and Building Materials, ul. Cementowa 8, 31-983 Kraków, Poland

autor

Smok Weronika

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, ul. S. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Olesik Piotr

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

autor

Stępień Krzysztof

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

Bibliografia

• 1. Krolikowski W., Polimerowe kompozyty konstrukcyjne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012.
• 2. Pączkowski J., Fotochemia polimerow. Teoria i zastosowanie, Wyd. UMK, Toruń 2003.
• 3. Pielichowski K., Njuguna J., Majka T.M., Thermal Degradation of Polymeric Materials, Elsevier, 2022.
• 4. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/composites-market (access: 02.02.2024)
• 5. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/thermoplas-tic-composites-market-report (access: 02.02.2024)
• 6. Penczek P., Kłosowska-Wołkowicz Z., Krolikowski W., Nienasycone żywice poliestrowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2011.
• 7. Czub P., Bończa-Tomaszewski Z., Penczek P., Pielichowski J., Chemia i technologia żywic epoksydowych, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2002.
• 8. Figlus T., Kozioł M., Kuczyński Ł., Impact of application of selected composite materials on the weight and vibroactivity of the upper gearbox housing, Materials 2019, 12, 2517, DOI: 10.3390/ma12162517.
• 9. Rojek M., Methodology of diagnostic testing of polymeric matrix laminate composite materials, Open Access Library 2011, 2, 1-148.
• 10. Bociąga E., Trzaskalska M., Struktura wyprasek wtryskowych z barwionego tworzywa ABS po procesie starzenia, Przetworstwo Tworzyw 2016, 22, 183-188.
• 11. Żuchowska D., Polimery konstrukcyjne, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2003.
• 12. Sazali N., Ibrahim H., Jamaludin A.S., Mohamed M.A., Salleh W.N.W., Abidin M.N.Z., Degradation and stability of polymer: A mini review. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing 2020, 788, 1, 012048, DOI: 10.1088/1757-899X/788/1/012048.
• 13. Hinkley Jeffrey A., Connell J.W., Resin systems and chemistry: degradation mechanisms and durability, [In:] Longterm Durability of Polymeric Matrix Composites, Springer, Boston 2011, 1-37, DOI: 10.1007/978-1-4419-9308-3_1.
• 14. Hyvarinen M., Ultraviolet light protection and weathering properties of wood-polypropylene composites, Acta Universitatis Lappeenrantaensis 2014, 623.
• 15. Ranby B.G., Rabek J.F., Photodegradation, Photo-oxidation and Photostabilization of Polymers: Principles and Applications, Wiley, New York 1975.
• 16. Allen N.S., Chirinis-Padron A., Henman T.J., The photostabilisation of polypropylene: A review, Polymer Degradation and Stability 1985, 13.1, 31-76, DOI: 10.1016/0141-3910(85)90133-8.
• 17. Latos M., Masek A., Zaborski M., Fotodegradacja materiałów polimerowych, Przetworstwo Tworzyw 2017, 23, 4(178), 358-363.
• 18. Chennareddy R., Tuwair H., Kandil U.F., ElGawady M., Taha M.R., UV-resistant GFRP composite using carbon nanotubes, Construction and Building Materials 2019, 220, 679-689, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.05.167.
• 19. Syamsir A., Ishak Z.A.M., Yusof Z.M., Salwi N., Nadhirah A., Durability control of UV radiation in glass fiber reinforced polymer (GFRP) - A review, In: AIP Conference Proceedings, AIP Publishing, 2018, DOI: 10.1063/1.5066989.
• 20. Ghasemi-Kahrizsangi A., Neshati J., Shariatpanahi H., Akbarinezhad E., Improving the UV degradation resistance of epoxy coatings using modified carbon black nanoparticles, Progress in Organic Coatings 2015, 85, 199-207, DOI:10.1016/j.porgcoat.2015.04.011.
• 21. Ghasemi-Kahrizsangi A., Shariatpanahi H., Neshati J., Akbarinezhad E., Degradation of modified carbon black/epoxy nanocomposite coatings under ultraviolet exposure, Applied Surface Science 2015, 353, 530-539, DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.06.029.
• 22. Li N., Chen Y., Bao Y., Zhang Z., Wu Z., Chen Z., Evaluation of UV-permeability and photo-oxidisability of organic ultraviolet radiation-absorbing coatings, Applied Surface Science 2015, 332, 186-191, DOI:10.1016/j.apsusc.2015.01.112.
• 23. Zieliński W., Rajca A. (ed.), Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2000.
• 24. Maity P., Kasisomayajula S.V., Parameswaran V., Basu S., Gupta N., Improvement in surface degradation properties of polymer composites due to pre-processed nanometric alumina fillers, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 2008, 15(1), 63-72, DOI: 10.1109/T-DEI.2008.4446737.
• 25. Maity P., Kasisomayajula S.V., Parameswaran V., Basu S., Gupta N., Improvement in surface degradation properties of polymer composites due to pre-processed nanometric alumina fillers, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 2008, 15(1), 63-72, DOI: 10.1109/T-DEI.2008.4446737.
• 26. Awaja F., Pigram P.J., Surface molecular characterisation of different epoxy resin composites subjected to UV accelerated degradation using XPS and ToF-SIMS, Polymer Degradation and Stability 2009, 94(4), 651-658, DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2009.01.001.
• 27. Woo R.S., Chen Y., Zhu H., Li J., Kim J.K., Leung C.K., Environmental degradation of epoxy-organoclay nanocomposites due to UV exposure, Part I: Photo-degradation, Composites Science and Technology 2007, 67(15-16), 3448-3456, DOI: 10.1016/j.compscitech.2007.03.004.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).