Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Enhanced thermal conductivity of graphene nanoplatelets epoxy composites

Jarosinski L., Rybak A., Gaska K., Kmita G., Porebska R., Kapusta C.

Materials Science Poland

|

2017

|

Vol. 35, No. 2

382--389

EN

Efficient heat dissipation from modern electronic devices is a key issue for their proper performance. An important role in the assembly of electronic devices is played by polymers, due to their simple application and easiness of processing. The thermal conductivity of pure polymers is relatively low and addition of thermally conductive particles into polymer matrix is the method to enhance the overall thermal conductivity of the composite. The aim of the presented work is to examine a possibility of increasing the thermal conductivity of the filled epoxy resin systems, applicable for electrical insulation, by the use of composites filled with graphene nanoplatelets. It is remarkable that the addition of only 4 wt.% of graphene could lead to 132 % increase in thermal conductivity. In this study, several new aspects of graphene composites such as sedimentation effects or temperature dependence of thermal conductivity have been presented. The thermal conductivity results were also compared with the newest model. The obtained results show potential for application of the graphene nanocomposites for electrical insulation with enhanced thermal conductivity. This paper also presents and discusses the unique temperature dependencies of thermal conductivity in a wide temperature range, significant for full understanding thermal transport mechanisms.

2

Modyfikowane kompozyty polimerowe do zastosowań energetycznych

Rapacz-Kmita A., Dudek M., Sekuła R., Kmita G., Moskała N., Mandecka-Kamień L.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 4

715-719

PL

W pracy zbadano dwa rodzaje materiałów kompozytowych pod kątem wykorzystania ich jako materiały izolacyjne dla zastosowań energetycznych. Kompozyty o składach: 40 % mas. żywicy epoksydowej i 60 % mas. SiO2 oraz 40 % mas. żywicy epoksydowej, 57 % mas. SiO2 i 3 % mas. bentonitu otrzymano metodą odlewania próżniowego. Na podstawie wykonanych obserwacji mikrostrukturalnych stwierdzono, że otrzymane tworzywa charakteryzują się jednorodną mikrostrukturą i nie posiadają wad w postaci porów i pęknięć. Pomiary gęstości pozornej oraz modułu Younga wykazały, że częściowe podstawienie wypełniacza krzemionkowego cząstkami bentonitu w tworzywie kompozytowym nie prowadzi do zmian gęstości pozornej oraz modułu Younga w stosunku do wyjściowego tworzywa. Niewielki dodatek bentonitu do tworzywa kompozytowego prowadzi jednak do podwyższenia wartości wytrzymałości mechanicznej oraz wpływa na poprawę stabilności termicznej tworzywa w zakresie temperatur 40-70°C poprzez obniżenie wartości współczynnika liniowej rozszerzalności cieplnej CTE. Zaobserwowano także poprawę właściwości izolacyjnych kompozytów z dodatkiem 3 % mas. bentonitu. Na podstawie wstępnych badań można stwierdzić, że opracowane kompozyty mogą być interesującymi tworzywami do produkcji izolacji elektrycznych dla urządzeń energetycznych.

EN

Two different composite materials: (i) 40 wt% epoxy resin and 60 wt% silica powder, (ii) 40 wt% epoxy resin, 57 wt% silica powder and 3 wt% bentonite were investigated as insulating materials for the electric power industry. The materials were obtained by vacuum casting. Based on c it can be stated that the materials are characterized by homogenous microstructure and they do not posses any defects (voids or pores). The measurements of apparent density and Young’s modulus indicated that partial substitution of silica filers by bentonite powder in the composite material does not lead to the significant changes of densification and elastic properties in reference to the composite filled only with 60 wt% of silica. However, a small addition of bentonite increases mechanical strength and also stabilizes its thermal performance through the decrease of thermal linear expansion coefficient. Improvement of insulating properties of the composite modified with 3 wt% addition of bentonite was also observed. It can be concluded, based on the preliminary study, that the tested composites may be promising materials in the case of production of insulating components for power applications.

3

Modelowanie i ocena naprężeń resztkowych w komponentach żywicznych

Kmita G., Nowak T., Sekuła R., Katakura Y.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2009

|

R. 106, z. 1-M

171-179

PL

Tworzywa termoutwardzalne są powszechnie stosowanymi materiałami izolacyjnymi w różnego rodzaju aparatach elektrycznych z zakresu średnich i wysokich napięć. W procesie ich przetwórstwa powstają w objętości materiału niejednorodne deformacje wynikające z występowania gradientów temperaturowych oraz nierównomiernej szybkości zachodzenia reakcji chemicznych. Dodatkowym czynnikiem nakładającym się na tak zdefiniowany stan układu jest interakcja materiału termoutwardzalnego z elementami współpracującymi, takimi jak metalowe części aktywne, których współczynniki liniowej rozszerzalności cieplnej w szerokim zakresie temperatur mogą znacznie różnić się od współczynników rozszerzalności żywicy stanowiącej izolację aparatu. W rezultacie, w komponentach żywicznych występują po przetwórstwie naprężenia o wartościach często zbliżonych do wartości wytrzymałości granicznej, które nie relaksują w całości na drodze dodatkowej obróbki cieplej. W pracy przedstawiono sposób modelowania naprężeń resztkowych powstających w komponentach żywicznych podczas procesu przetwórstwa tworzyw termoutwardzalnych. Badania zostały rozszerzone o eksperymentalną weryfikację wyników obliczeń przeprowadzoną w warunkach obciążeń cieplnych.

EN

Thermosetting resins are commonly used as insulating materials in different types of medium and high voltage electrical devices. During manufacturing process, due to fluctuations of temperature and non-uniform curing rate, internal deformations occur leading to stress built-up in the product. This internal stress development may be additionally enhanced by interaction between resin and different type of active metallic inserts having significantly different values of thermal linear coefficients. As a result, value of stress close to mechanical strength of thermosetting material can be even expected in the structure after the manufacturing process. This type of residual stresses is difficult to remove by usual relaxation step and may have damaging effect on the durability of the products. In the paper experimental and numerical results of internal stresses development during manufacturing process of epoxy based component are presented. The verification of behavior of the epoxy resin material was done by strain gauge measurements on the thermally loaded real product component.

4

Non-Metallic Composite Materials for Bone Surgery

Chłopek J., Kmita G.

Engineering Transactions

|

2003

|

Vol. 51, iss.2-3

307-323

EN

Possibility of using non-metallic materials in biomedical applications was considered. The attention was focused mainly on polymer materials and both the carbon-carbon and carbon-reinforced polymer composites, their mechanical and biological properties. The obtained results indicate that some of these materials can be successfully used instead of metallic implants for biomechanical functions.

5

Właściwości zmęczeniowe śrub z kopolimeru P(LLA/GLA) oraz kopolimeru wzmacnianego włóknem węglowym

Chłopek J., Kmita G., Dobrzyński P., Bero M.

Inżynieria Biomateriałów

|

2002

|

R. 5, nr 23-25

88-90

6

Ocena trwałości kompozytowych śrub polimerowych poddanych stałym obciążeniom w warunkach in vitro

Kmita G., Chłopek J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2001

|

R. 4, nr 17-19

67-69

7

Kompozytowe trzpienie dla endoprotez stawu biodrowego psa

Chłopek J., Degórska B., Stoch A., Kmieciński W., Brożek A., Kmita G.

Inżynieria Biomateriałów

|

2000

|

R. 3, nr 10

8--17

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad otrzymaniem polimerowo-ceramicznych endoprotez stawu biodrowego psa. Na główki protez stosowano ZrO2, natomiast trzpienie otrzymano z kompozytu włókna węglowe-żywica epoksydowa i włókna węglowe-polisulfon. Badano właściwości mechaniczne trzpieni oraz określono zdolność do łączenia z tkanką kostną. Wytrzymałość statyczna kompozytowych trzpieni obciążonych zgodnie z kierunkiem działania sił na staw biodrowy psa wynosi dla trzpieni z kompozytu polisulfonowego ok. 1000N, natomiast dla kompozytu epoksydowego 3000N. Kompozyty te poddano także badaniom in vivo implantując je do kości. Po okresie 3 miesięcy po implantacji badano wytrzymałość złącza kość-implant oraz przy pomocy badań mikroskopowych i mikrosondy rentgenowskiej charakter granicy złącza. W badaniach tych stosowano także włókno węglowe żywica epoksydowa pokryte hydroksyapatytem. Porównanie wytrzymałości na ścinanie złącza kość-implant wskazuje, że największą wartość osiąga ona dla kompozytu pokrytego hydroksyapatytem. Obserwacje mikroskopowe wskazują na bezpośredni kontakt między implantem i kością z obecnością na granicy złącza oprócz węgla i tlenu także wapnia i fosforu. Takich efektów brak w przypadku kompozytów bez warstwy z hydroksyapatytem. Uzyskane wyniki wskazują na możliwość zastosowania jako trzpienia endoprotez stawu biodrowego psa kompozytów polimerowych pokrytych hydroksyapatytem o korzystnych właściwościach mechanicznych (duża wytrzymałość, niska sprężystość) z możliwością tworzenia więzi naturalnej pomiędzy kością a implantem.

EN

The paper presents the investigations on manufacturing polymer-ceramic endoprostheses of dog's hip joint: Prosthesis heads were made of ZrO2, the stems-from carbon fibre-epoxy resin composite or carbon fibre-polysulphone composite. Mechanical strength of the stem and capability of its bonding with the bone tissue were tested. Static strength of the composite stems, loaded in the direction of forces operating in the hip joint of a dog, was about 1000 N and 3000 N for the polysulphone and epoxy composite, respectively. The composites were additionally tested in the in vivo conditions, i.e: they were implanted in. bones. After three months the strength of bone-implant interface was evaluated. Its structure and composition were examined by means of microscopic observations and electron probe microanalysis. Carbon-fibre/epoxy resin composites coated with hydroxyapatite were also investigated. Shear strength measurements of the bone- implant interface showed that the highest values were obtained when the epoxy composite was coated with hydroxyapatite. According to microscopic observations good contact was developed between the bone and the implant. The interfacial region contained calcium and phosphorus along with carbon and oxygen. These effects were not observed in the case of implants with- out the hydroxyapatite coating. The results obtained in this work indicate that it is possible to produce the hip joint endoprosthesis stems from polymeric composites with hydraxyapatite and that these elements have good mechanical properties (high strength, low elasticity) and can develop natural bond at the bone-implant interface.