Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Photocured unsaturated polyester composites reinforced with glass and natural fiber used in the pipeline renovation

Krasowska Małgorzata, Oliwa Rafał, Oleksy Mariusz, Galek Tomasz

Polimery

|

2024

|

Vol. 69, nr 6

371--376

EN

The vacuum bag method was used to obtain photocurable polyester resin composites, in which part of the glass fiber (3 wt%) in the glass mat was replaced with natural fiber (sisal, hemp and kenaf). The physicochemical properties of natural fibers (wetting angle, UV/VIS radiation transmittance) were determined. The influence of the hybrid filler on the structure (SEM) and mechanical properties of the composites was investigated in terms of their application in pipeline systems. The introduction of natural fiber reduced the stiffness and tensile strength of the composites. Due to the smallest wetting angle for polar and nonpolar liquids and the total UV/VIS radiation transmittance (425 nm) of sisal fiber, the best processing and mechanical properties were obtained for laminates reinforced with this fiber (tensile strength 257 MPa, flexural modulus 20.5 GPa).

PL

Metodą worka próżniowego otrzymano kompozyty na bazie fotoutwardzalnej żywicy poliestrowej, w których część włókna szklanego (3% mas.) w macie szklanej zastąpiono włóknem naturalnym (sizal, konopie i kenaf). Oznaczono właściwości fizyko-chemiczne włókien naturalnych (kąta zwilżania, transmitancja promieniowania UV/VIS). Zbadano wpływ napełniacza hybrydowego na strukturę (SEM) i właściwości mechaniczne kompozytów pod kątem ich zastosowania w systemach rurociągowych. Wprowadzenie włókna naturalnego zmniejszyło sztywność i wytrzymałość na rozciąganie kompozytów. Ze względu na najmniejszy kąt zwilżania dla cieczy polarnych i niepolarnych oraz całkowitą transmitancję promieniowania UV/VIS (425 nm) włókna sizalowego najlepsze właściwości przetwórcze i mechaniczne uzyskano dla laminatów z jego udziałem (wytrzymałość na rozciąganie 257 MPa, moduł sprężystości przy zginaniu: 20.5 GPa).

2

Polymer composites used to manufacture Naturacustic acoustic screens

Oliwa Rafał, Bulanda Katarzyna, Molter Łukasz, Markowski Tadeusz, Oleksy Mariusz

Polimery

|

2023

|

Vol. 68, nr 11-12

652--656

EN

The useful properties of PVC-based composites intended for the production of a new type of pro-ecological acoustic screens for use in road construction as soundproof covers for urban housing estates, bridges and railway tracks were examined. The composites were obtained by melt mixing using a counter-rotating twin-screw extruder. PVC-based composites are characterized by high Charpy notch impact strength (> 12 kJ/m2), high Rockwell hardness (> 78 N/mm2), high oxygen index (50%), good resistance to UV radiation. An important advantage of these composites is the high content of agri-food waste (30 wt%), which makes the materials environmentally friendly.

PL

Zbadano właściwości użytkowe kompozytów na osnowie PVC przeznaczonych do wytwarzania nowego typu proekologicznych ekranów akustycznych do zastosowań w drogownictwie jako osłony dźwiękoszczelne osiedli miejskich, mostów i torów kolejowych. Kompozyty otrzymano metodą mieszania w stanie stopionym przy użyciu przeciwbieżnej wytłaczarki dwuślimakowej. Kompozyty na osnowie PVC charakteryzują się wysoką udarnością z karbem Charpy’ego (> 12 kJ/m2), dużą twardością wg Rockwella (> 78 N/mm2), wysokim indeksem tlenowym (50%), dobrą odpornością na działanie promieniowania UV. Istotną zaletą tych kompozytów jest duża zawartość odpadów rolno-spożywczych (30% mas.), co czyni materiały przyjaznymi dla środowiska.

3

Hybrid polymer composites with enhanced energy absorption

Czech Kamil, Oleksy Mariusz, Oliwa Rafał, Domańska Aleksandra

Polimery

|

2022

|

Vol. 67, nr 11-12

552--560

EN

This paper presents the influence of the type and structure of reinforcement, on the epoxy resin matrix polymer composites mechanical and ballistic properties. Aramid, basalt, glass fabrics and their hybrid systems were used as reinforcement. Impact strength according to Izod and “falling arrowhead”, flexural strength and structure of the obtained composites were tested. The specific gravity was also determined. The aramid-glass hybrid composites showed high flexural strength (397 MPa) and Young’s modulus (21 GPa). However, aramid-basalt composites had high impact strength (116 kJ/m2) and impact energy absorption (45 J).

PL

W artykule przedstawiono wpływ rodzaju i struktury wzmocnienia na właściwości mechaniczne oraz balistyczne kompozytów polimerowych na osnowie żywicy epoksydowej. Jako wzmocnienie zastosowano tkaniny aramidowe, bazaltowe, szklane oraz ich układy hybrydowe. Zbadano udarność wg Izoda i „spadającego grota”, wytrzymałość na zginanie i strukturę otrzymanych kompozytów. Oznaczono również ciężar właściwy. Hybrydowe kompozyty amidowo-szklane wykazały dużą wytrzymałość na zginanie (397 MPa) i moduł Younga (21 GPa). Natomiast kompozyty aramidowo-bazaltowe cechowały się wysoką udarnością (116 kJ/m2) i dużą absorpcją energii uderzenia (45 J).

4

Torsional strength tests of spline connections made of polymer materials

Oleksy Mariusz, Oliwa Rafał, Bulanda Katarzyna, Budzik Grzegorz, Przeszłowski Łukasz, Magniszewski Marek, Paszkiewicz Andrzej

Polimery

|

2021

|

T. 66, nr 1

52--55

EN

This work is a continuation of the publication [1], in which the torsional strength tests of samples made of polymer materials, loaded with torsional moment, which more and more often can be made with the use of incremental technologies, were carried out. The designed proprietary test stand, which was described in the publication [1], was used. A series of preliminary studies on the torsion of fittings with spline connections obtained using additive techniques were carried out. It was found, that a additive technologies have a clear impact on the torsional strength of the tested machine components, including the placement of the prototype relative to the 3D printing plane or the method of processing polymer material.

PL

Niniejsza praca jest kontynuacją publikacji [1], w ramach której przeprowadzono badania wytrzymałości na skręcanie próbek wykonanych z materiałów polimerowych obciążonych momentem skręcającym, które coraz częściej są wytwarzane z zastosowaniem technologii przyrostowych. Wykorzystano zaprojektowane do badań autorskie stanowisko badawcze opisane w publikacji [1]. Przeprowadzono serię badań wstępnych skręcania kształtek połączeń wielowypustowych otrzymanych przy użyciu technik addytywnych. Stwierdzono wyraźny wpływ zastosowanej technologii przyrostowej na wytrzymałość na skręcanie badanych elementów maszyn, w tym ułożenia prototypu względem płaszczyzny druku 3D i sposobu przetwarzania materiału polimerowego.

5

The structure and properties of viscoelastic polyurethane foams with fillers from coffee grounds

Auguścik-Królikowska Monika, Ryszkowska Joanna, Ambroziak Agata, Szczepkowski Leonard, Oliwa Rafał, Oleksy Mariusz

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 10

708--718

EN

The subject of the research presented in this article are viscoelastic polyurethane foams (VPF) made using a fillers from coffee grounds. The foams were made with varying content of coffee fillers. Foams and fillers were characterized by means of techniques such as infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry and cone calorimeter. The changes in the microstructure of the foams were analyzed using a scanning electron microscope. Foam properties in the compression test was assessed. As a result, it was concluded that the use filler from coffee grounds causes a significant reduction in compression set of foams after compression by 75% and by 90% of the height of the samples. It was shown that these changes are caused by changes in the chemical structure of the macromolecules of these foams but also in their structure. After addition the filler, all foams have permanent deformations with a value below the permissible limit of 10%. Addition of 20% by mass of filler caused by a decrease in the rate of heat release and the rate of smoke release during foam combustion.

PL

Przedstawiono wyniki badań lepkosprężystych pianek poliuretanowych (VPF) wytworzonych z dodatkiem różnych ilości fusów kawy. Pianki i napełniacz scharakteryzowano z zastosowaniem spektroskopii w podczerwieni, analizy termograwimetrycznej, różnicowej kalorymetrii skaningowej i kalorymetru stożkowego. Zmiany w strukturze pianek obserwowano metodą skaningowej mikroskopii elektronowej. Oceniono właściwości pianek w próbie ściskania. Stwierdzono, że napełniacz w postaci fusów kawy powoduje zmniejszenie odkształcenia trwałego pianek w próbie ściskania o 75% i zmniejszenie o 90% wysokości próbek, co jest wynikiem zmian w budowie makrocząsteczek pianek i w ich strukturze. Wprowadzenie 20% mas. napełniacza spowodowało zmniejszenie szybkości wydzielania ciepła i dymu w trakcie spalania pianek.

6

Synthesis and characterization of one-component, moisture curing polyurethane adhesive based on Rokopol® D2002

Wadas Jadwiga, Oliwa Rafał, Pilch-Pitera Barbara, Byczyński Łukasz, Heneczkowski Maciej, Florjańczyk Zbigniew, Plichta Andrzej, Rokicki Gabriel

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 7-8

568--571

EN

One-part, moisture curing polyurethane (PUR) adhesives based on poly(oxypropylene)diol Rokopol® and 4,4’-diphenylmethylene diisocyanate (MDI) modified with di-isononyl phthalate and a number of inorganic fillers and additives such as carbon black, thixotropic agent, dispersants and dibutyltin dilaurate as curing catalyst were developed. Adhesive curing was followed using dynamic oscillation rheometry and effect of some components on viscoelastic properties of curing materials was discussed. The cured materials were characterized by means of differential scanning calorimetry (DSC) and water contact angle measurements. The adhesive performance of obtained materials in bonding aluminum was evaluated by tensile shear bond strength tests.

PL

Opracowano jednoskładnikowe kleje na osnowie diizocyjanianu 4,4’-metylenodifenylu (MDI) i polioksypropylenodiolu z środkami pomocniczymi (ftalanem diizononylu jako plastyfikatorem, napełniaczami: talkiem, haloizytem, modyfikowanym bentonitem; dyspergatorami, sadzą pigmentową i katalizatorem utwardzania – dilaurynianem dibutylocyny). Proces sieciowania analizowano za pomocą reometru z dynamiczną oscylacją. Metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej wyznaczano temperaturę zeszklenia, ponadto określano kąt zwilżania i właściwości adhezyjne otrzymanych materiałów przeznaczonych do łączenia spoin Al/Al.

7

Polymers in gearbox production

Sobczyk Magdalena, Oleksy Mariusz, Budzik Grzegorz, Oliwa Rafał, Stącel Monika, Majcherczyk Henryk

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 11-12

749--756

EN

Technological progress spurs the creation of new machine designs, the development of new highly advanced technologies, as well as the introduction of new materials, including polymeric ones, that meet the economic and ecological criteria. An analysis of the literature reveals that there are few works outlining the rules for the design of machine components using polymeric materials, including composites and nanocomposites. This article is a review of the literature on the use of polymer matrix thermoplastic composites (PA6 – polyamide 6, PA66 – polyamide 66 and POM – polyoxymethylene) in toothed transmission systems. The presented examples demonstrate the production of hybrid polymer nanocomposites with addition of inorganic fillers and their application in the manufacture of machine components, including gears.

PL

Rozwój techniki determinuje tworzenie nowych konstrukcji maszyn, opracowywanie nowych, wysoko zaawansowanych technologii, jak również wprowadzanie nowych materiałów, w tym polimerowych, spełniających kryteria ekonomiczne i ekologiczne. Dane literaturowe wskazują, że niewiele publikacji opisuje zasady postępowania podczas projektowania konstrukcji elementów maszyn z wykorzystaniem materiałów polimerowych, jak również ich kompozytów i nanokompozytów. Artykuł stanowi przegląd literatury dotyczącej zastosowania kompozytów na osnowie polimerów termoplastycznych (PA6 – poliamid 6, PA66 – poliamid 66 i POM – polioksymetylen) w zębatych układach przeniesienia napędu. Opisano przykłady otrzymywania hybrydowych nanokompozytów polimerowych wzmacnianych napełniaczami nieorganicznymi i ich wykorzystania w wytwarzaniu elementów maszyn, w tym kół zębatych.

8

Phenol-formaldehyde resin composites filled with modified phlogopite reinforced with hybrid glass and basalt fiber meshes used as grinding wheels

Oleksy Mariusz, Oliwa Rafał, Bulanda Katarzyna, Szałajko Robert, Budzik Grzegorz, Skrzypczak Izabela

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 11-12

833--837

EN

The research on obtaining composites based on phenol-formaldehyde resin (PFR) with modified phlogopite quaternary ammonium salt (QAS) reinforced with hybrid glass and basalt fiber was carried out. The influence of the reinforcement structure (glass mesh weave) and the type of fiber on the performance properties of the obtained composites were assessed, especially in terms of their use a grinding wheels reinforced with modified hybrid glass and basalt fiber meshes. Based on the obtained research results, it was found that composites reinforced with a glass fiber layer mesh with a matrix of phenol-formaldehyde resin filled with modified phlogopite are characterized by higher mechanical strength, abrasion resistance and dynamic strength of the disk compared to unmodified composites.

PL

Przeprowadzono badania nad otrzymaniem kompozytów na osnowie żywicy fenolowo-formaldehydowej (PFR) z flogopitem zmodyfikowanym czwartorzędową solą amoniową (QAS) wzmacnianych hybrydowymi siatkami z włókna szklanego i bazaltowego. Oceniono wpływ struktury wzmocnienia (splotu siatki szklanej) oraz rodzaju włókna na właściwości użytkowe otrzymanych kompozytów, zwłaszcza w kontekście ich zastosowania w charakterze ściernic. Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono, że kompozyty wzmocnione siatką warstwową z włókna szklanego z osnową żywicy fenolowo-formaldehydowej napełnionej zmodyfikowanym flogopitem charakteryzują się większą wytrzymałością mechaniczną, odpornością na ścieranie oraz wytrzymałością dynamiczną tarczy niż kompozyty niemodyfikowane.

9

Fire resistance and mechanical properties of powder-epoxy composites reinforced with recycled glass fiber laminate

Oliwa Rafał, Bulanda Katarzyna, Oleksy Mariusz, Ostyńska Paulina, Budzik Grzegorz, Płocińska Magdalena, Krauze Sławomir

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 4

280--288

EN

In this article the effect of type and content of fractions of recycled glass fiber reinforced plastics (GFRP) on the mechanical properties and flame resistance of epoxy composites (EP) were investigated. For this purpose, post-production waste of glass fabric reinforced laminate with epoxy matrix containing 15 wt % of aluminum diethylphosphinate (AlDPi), 10 wt % of melamine polyphosphate (MPP) and 15 wt % of zinc borate (ZB) was ground and sieved to obtain four fractions of grain size: >1 mm (A), 1–0.5 mm (B), 0.25–0.5 mm (C) and <0.25 mm (D). The two smallest fractions (C, D) were used to prepare epoxy composites containing 10, 15 and 20 wt % of waste. The mechanical properties and fire resistance of obtained composites aimed as structural elements of seat equipment in public transport were determined. Scanning electron microscopy (SEM) was also performed to investigate the morphology of brittle fractures of epoxy composites. It was found that the amount and type of recyclated GFRP fraction affects the functional properties of powder-epoxy resin composites. The best results were obtained for the composite containing 15 wt % of the smallest fraction (D), as all mechanical properties were significantly improved [hardness 147.6 N/mm2 (+42.5%), impact strength 9.64 kJ/m2 (+11%), Young’s modulus 2.98 GPa (+41.5%), tensile strength 51.5 MPa (+37%) and flexural strength 98.7 MPa (+10.9%)]. On the other hand, significant decrease in mechanical properties was observed for the composite containing 20 wt % of the fractions with grain size 0.5–0.25 mm (C). The analysis of the brittle fractions morphology of composites, indicates the weak dispersion and agglomerates formation in the case of composites with coarse-grained fractions. This also contributed to the flammability results. The highest flame resistance was found in the composite with 20 wt % of the fine-grained fraction: limiting oxygen index LOI = 26.1% instead of 20.6% – EP, peak of heat release rate pHRR = 540.3 kW/m2 instead of 940.1 kW/m2 – EP.

PL

Zbadano wpływ rodzaju oraz zawartości frakcji recyklatu laminatu z włóknem szklanym (GFRP) na właściwości mechaniczne oraz odporność na płomień kompozytów żywicy epoksydowej (EP). W tym celu zmielono odpady poprodukcyjne formatki fotela wykonanej z laminatu wzmocnionego tkaniną szklaną na osnowie żywicy epoksydowej, zawierającej 15% mas. dietylofosfinianu glinu (AlDPi), 10% mas. polifosforanu melaminy (MPP) oraz 15% mas. boranu cynku (ZB). Otrzymano cztery frakcje o wymiarach ziaren: >1 mm (A), 1–0,5 mm (B), 0,25–0,5 mm (C) oraz <0,25 mm(D). Dwie najdrobniejsze frakcje (C, D) wykorzystano do sporządzenia kompozytówepoksydowych zawierających 10, 15 i20% mas. odpadów. Oceniono właściwości mechaniczne oraz odporność na płomień otrzymanych materiałów pod kątem zastosowania ich jako elementy konstrukcyjne fotela w publicznych środkach transportu. Najlepsze wyniki uzyskano w wypadku kompozytu zawierającego 15% mas. frakcji D, znacznie poprawiły się: twardość – 147,6 N/mm2 (o 42,5%), udarność – 9,64 kJ/m2 (o 11%), moduł Younga – 2,98 GPa (o 41,5%), naprężenie rozciągające – 51,5 MPa (o 37%) oraz naprężenie zginające – 98,7 MPa (o 10,9%). Z kolei wyraźne pogorszenie właściwości mechanicznych zaobserwowano w wypadku kompozytu zawierającego 20% mas. frakcji o wymiarach ziaren 0,5–0,25 mm (C). Na podstawie wyników skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) morfologii kruchych przełomów otrzymanych kompozytów stwierdzono słabą dyspersję oraz powstawanie aglomeratów w kompozytach z frakcją gruboziarnistą, co miało również wpływ na palność badanych materiałów. Największą odpornością na płomień odznaczał się kompozyt zawierający 20% mas. frakcji D: indeks tlenowy LOI = 26,1% (w odniesieniu do wartości LOI żywicy epoksydowej 20,6%), maksymalna szybkość uwalniania ciepła pHRR = 540,3 kW/m2 (wporównaniu z pHRR żywicy EP – 940,1 kW/m2).

10

Epoxy resin compositions containing liquid phosphorus flame retardants used in infusion technology

Oliwa Rafał

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 7-8

578--581

EN

This study investigates the impact of the type and amount of liquid phosphorus flame retardant additive on the flammability and mechanical properties of epoxy compositions dedicated to the infusion process. To this purpose, epoxy resin (EP) compositions containing 10 and 20 wt % of liquid ammonium polyphosphate (APPL) and dimethyl methylphosphonate (DMMP) were obtained. Mechanical properties and flame resistance of obtained epoxy compositions were determined in terms of their use as a matrix in laminate infusion technology. Based on the results obtained, it was found, that the flame resistance increases, while the mechanical properties decreases with flame retardant loading. The best flame resistance results were obtained for a composite containing 20 wt % APPL: limiting oxygen index LOI = 23.9% instead of 19.8% – EP, peak of heat release rate pHRR = 427.3 kW/m2 instead of 1046.3 kW/m2 – EP.

PL

Zbadano wpływ rodzaju i ilości dodatku ciekłych uniepalniaczy fosforowych na palność i właściwości mechaniczne kompozycji epoksydowych przeznaczonych do zastosowania w procesie infuzji. Wytworzono kompozycje żywicy epoksydowej (EP) zawierające 10 i 20% mas. ciekłego poli(fosforanu amonu) (APPL) oraz metylofosfonianu dimetylu (DMMP). Określono właściwości mechaniczne oraz odporność na płomień otrzymanych kompozycji epoksydowych w kontekście ich zastosowania w charakterze osnowy w technologii infuzji laminatów. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że wraz ze zwiększaniem zawartości uniepalniaczy zwiększała się odporność na płomień, natomiast pogarszały się właściwości mechaniczne kompozycji. Najlepszą odporność na płomień wykazywał kompozyt z udziałem 20% mas. APPL: graniczny indeks tlenowy LOI = 23.9% (w odniesieniu do wartości LOI żywicy epoksydowej 19.8%) oraz maksymalna szybkość uwalniania ciepła pHRR = 427.3 kW/m2 (w porównaniu do pHRR żywicy 1046.3 kW/m2).

11

Compositions of unsaturated polyester resins used for facing layers of laminates

Oliwa Rafał

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 10

738--742

EN

Hybrid composites of unsaturated polyester resin with the addition of glass microspheres and bentonite modified with a quaternary ammonium salt were obtained. The content of bentonite in composites was 3 wt %, while glass microspheres varied in the range of 5–15 wt %. The effect of the addition of glass microspheres on the rheological and mechanical properties of unsaturated polyester resin composites containing modified bentonite was investigated. On the basis of the obtained results, it was found that the optimum content of glass microspheres in polyester composites at which a clear increase in the value of most mechanical parameters was achieved, is 15 wt %. The Young’s modulus, flexural modulus, tensile strength, and Charpy impact strength increased by 14.7, 38.7, 17.7 and 25%, respectively, compared to the unmodified resin. On the other hand, with relation to the sample containing 3 wt % of bentonite, a significant improvement was achieved only in the case of the flexural modulus and impact strength, amounting to 16.5 and 36.0%, respectively. In addition, composite with 15 wt % of glass microspheres was characterized by a smaller, by about 25%, flexural strength in relation to the unfilled resin and resin with 3 wt % of bentonite. In turn, rheological studies have shown that as the content of glass microspheres increased, there was an increase in viscosity and a decrease in gelation time in relation to the reference sample and the sample with 3 wt % of bentonite.

PL

Otrzymano hybrydowe kompozyty nienasyconej żywicy poliestrowej z dodatkiem mikrosfer szklanych oraz bentonitu modyfikowanego czwartorzędową solą amoniową. Zawartość bentonitu w kompozytach wynosiła 3% mas., natomiast udział mikrosfer szklanych zmieniał się w zakresie 5–15% mas. Zbadano wpływ dodatku mikrosfer szklanych na właściwości reologiczne oraz mechaniczne kompozytów nienasyconej żywicy poliestrowej zawierających modyfikowany bentonit. Stwierdzono, że optymalna zawartość mikrosfer szklanych w kompozytach poliestrowych wynosi 15% mas., kompozyty z taką zawartością mikrosfer wykazują wyraźną poprawę większości właściwości mechanicznych. Wartości modułu Younga, modułu elastyczności, naprężenia zrywającego, udarności wg Charpy'ego oraz twardości zwiększyły się o, odpowiednio, 14,7; 38,7; 17,7 oraz 25%, w porównaniu z odpowiednimi wartościami odnoszącymi się do niemodyfikowanej żywicy. Natomiast w wypadku próbki zawierającej 3% mas. bentonitu uzyskano istotne zwiększenie jedynie modułu elastyczności i udarności, wynoszące, odpowiednio, 16,5 oraz 36,0%. Kompozyty z zawartością 15% mas. mikrosfer szklanych charakteryzowały się mniejszym, o ok. 25%, naprężeniem zginającym niż żywica nienapełniona i żywica z udziałem 3% mas. bentonitu. Badania reologiczne wykazały, że wraz ze wzrostem zawartości mikrosfer szklanych w kompozycji nastąpiło zwiększenie lepkości oraz skrócenie czasu żelowania w odniesieniu do odpowiednich wartości próbki referencyjnej i próbki z 3% mas. bentonitu.

12

Biodegradable polymer composites used in rapid prototyping technology by Melt Extrusion Polymers (MEP)

Bulanda Katarzyna, Oleksy Mariusz, Oliwa Rafał, Budzik Grzegorz, Przeszłowski Łukasz, Mazurkow Aleksander

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 6

430--436

EN

Appropriate selection of polymeric materials enables their wide application not only in machine construction elements, suspension and interior equipment of vehicles. Simultaneously with the development of new polymer materials, the processes of their processing developed. This also applies to incremental technologies. Rapid prototyping methods using 3D printers are largely based on various types of polymer materials. Currently, 3D printing is a well-known technique for producing functional elements, especially the Melt Extrusion Polymers (MEP) method, which is the oldest of the known techniques of spatial production. The main reason of the technology is designing and then manufacturing parts for many fields, including engineering, medicine, as well as the automotive and aviation industries. The article is a review of the literature on the use of composites based on thermoplastic polymers to develop new polymer materials used for 3D printing by MEP.

PL

Odpowiedni dobór materiałów polimerowych umożliwia ich szerokie zastosowanie nie tylko w elementach konstrukcji maszyn, ale i zawieszenia oraz wyposażenia wnętrza pojazdów. Jednocześnie z opracowaniem nowych materiałów polimerowych nastąpił rozwój procesów ich przetwórstwa. Dotyczy to również technologii przyrostowych. Metody szybkiego prototypowania z zastosowaniem drukarek 3D w dużej mierze wykorzystują różnego rodzaju materiały polimerowe. Obecnie druk 3D jest dobrze poznaną techniką wytwarzania elementów funkcjonalnych, szczególnie metodą osadzania stopionego polimeru Melt Extrusion Polymers (MEP), która stanowi najstarszą spośród poznanych technik wytwarzania przestrzennego. Jej głównym celem jest projektowanie, a następnie wytwarzanie części dla wielu dziedzin, m.in.: inżynierii, medycyny, a także przemysłu motoryzacyjnego, samochodowego oraz lotniczego. Artykuł stanowi przegląd literatury dotyczącej wykorzystania kompozytów na osnowie polimerów termoplastycznych do opracowania nowych materiałów polimerowych stosowanych do druku 3D metodą MEP.

13

Biodegradable polymer composites based on polylactide used in selected 3D technologies

Bulanda Katarzyna, Oleksy Mariusz, Oliwa Rafał, Budzik Grzegorz, Gontarz Małgorzata

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 7-8

557--562

EN

As part of the work, new polymer materials were used in 3D printing, which can be used in three technologies depending on the apparatus used: Fused Filament Fabrication (FFF), Melted and Extruded Manufacturing (MEM), Melt Extrusion Polymers (MEP). As part of the work, the properties of obtained polymer composites were examined. Polylactide (PLA) was used as the matrix, and powdered natural ground fillers were used as fillers: bamboo dust (PB), cork dust (PK) and wood dust (PD). In the first part of the work, filaments were received from the tested composites using the filament preparation line made by METACHEM in Torun for use in 3D printers. Samples for mechanical tests were obtained from the filaments thus received by means of an MEP printer and after granulation by injection molding. In the next part of the work, rheological, mechanical and structural properties of obtained composites were examined. It was found that the addition of natural fillers increased the fluidity of the obtained polymeric materials in the case of composite with addition of PK even by 48.73% compared to unfilled PLA. It was also observed that the composites obtained had lower Charpy impact strength, Rockwell hardness and tensile strength. Observation of the microstructure of the composites using SEM confirmed the even distribution of natural fillers in the polymer matrix, which proves well-chosen parameters of their homogenization in the polymer matrix.

PL

Otrzymano nowe materiały polimerowe do zastosowań w druku 3D, które można wykorzystywać, zależnie od stosowanego aparatu, w trzech technologiach: Fused Filament Fabrication (FFF), Melted and Extruded Manufacturing (MEM), Melt Extrusion Polymers (MEP). Zbadano właściwości wytworzonych kompozytów polimerowych. Jako osnowę zastosowano polilaktyd (PLA), a w charakterze napełniaczy użyto sproszkowanych w postaci pyłu naturalnych cząstek: bambusa (PB), korka (PK) oraz drzewnych (PD). Z badanych kompozytów otrzymano filamenty z wykorzystaniem zaprojektowanej i wykonanej przez METACHEM w Toruniu linii do wytwarzania filamentu stosowanego w drukarkach 3D. Z tak uzyskanych filamentów wykonano próbki do badań mechanicznych za pomocą drukarki MEP oraz, po zgranulowaniu, metodą wtryskiwania do formy. Zbadano właściwości reologiczne, mechaniczne oraz strukturalne otrzymanych kompozytów. Stwierdzono, że dodatek naturalnych napełniaczy spowodował zwiększenie płynności materiałów polimerowych, w wypadku kompozytu z dodatkiem PK nawet o 48.73% w stosunku do płynności nienapełnionego PLA. Stwierdzono, że otrzymane kompozyty wykazywały mniejsze: udarność według Charpy'ego, twardość według Rockwella oraz wytrzymałość przy rozciąganiu. Obserwację mikrostruktury badanych kompozytów za pomocą SEM potwierdziły równomierny rozkład cząstek naturalnych napełniaczy w osnowie polimerowej, co świadczy o dobrze dobranych parametrach procesu ich homogenizacji.

14

Analysis of mechanical properties and distribution of deformation during the shear of polymer-fiber composites containing flame retardants

Oliwa Rafał, Bulanda Katarzyna, Oleksy Mariusz, Budzik Grzegorz, Krauze Sławomir

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 5

387--393

EN

The work examined the effect of flame retardant addition to the epoxy resin powder matrix on the mechanical properties of composites reinforced with biaxal glass fabric. Two flame retardant systems were used to modify the epoxy resin: (1) melamine polyphosphate (MPP) and aluminum diethyl phosphinate (AlDPi); (2) ammonium polyphosphate (APP) and dipentaerythritol (DPE). The flame retardant content was 25 wt %. In addition, individual compositions also contained 15 wt % of zinc borate (ZB). Tensile, bending and shear tests for the obtained composites were performed. Furthermore, using the digital image correlation method, an analysis of local strains on the sample surface during shear test was carried out. The obtained results indicate, that the amount and type of flame retardant affects the mechanical properties of the composites. Among the tested systems, the best results were obtained for a composite containing 18 wt % ammonium polyphosphate and 7 wt % dipentaerythritol. Compared to the reference sample, among others, the shear stress and shear modulus increased by 25.0 and 39.7%, respectively. In turn, a clear deterioration of the tested parameters was observed in the case of a composite with a matrix containing 15 wt % of AlDPi, 10 wt % of MPP and 15 wt % of ZB, because, compared to unmodified composite, the flexural, tensile and shear stress were reduced by 50.9, 53.5 and 34.8%, respectively.

PL

Zbadano wpływ dodatku uniepalniaczy: (1) poli(fosforanu melaminy) (MPP) i dietylofosfinianu glinu (AlDPi); (2) polifosforanu amonu (APP) i dipentaerytrytolu (DPE), o sumarycznym udziale w kompozycie 25% mas., na właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie proszkowej żywicy epoksydowej wzmocnionych biaxialną tkaniną szklaną. Poszczególne kompozycje zawierały dodatkowo 15% mas. boranu cynku (ZB). Oceniono wytrzymałość na rozciąganie, zginanie i ścinanie otrzymanych kompozytów. Z wykorzystaniem metody cyfrowej korelacji obrazu przeprowadzono też analizę odkształceń lokalnych na powierzchni próbek kompozytów w trakcie ścinania. Uzyskane wyniki wskazują, że zarówno ilość, jak i rodzaj dodanego uniepalniacza wpływają na właściwości mechaniczne kompozytów. Spośród zbadanych układów najlepsze wyniki wykazywał kompozyt zawierający 18% mas. polifosforanu amonu i 7% mas. dipentaerytrytolu. Stwierdzono, że, w porównaniu z próbką referencyjną, m.in. wytrzymałość na ścinanie oraz moduł ścinania zwiększyły się o, odpowiednio, 25 i 39,7%. Zaobserwowano natomiast wyraźne pogorszenie badanych parametrów w wypadku kompozytu z osnową zawierającą 15% mas. AlDPi, 10% MPP oraz 15% ZB, gdyż, w odniesieniu do kompozytu z niemodyfikowaną osnową, naprężenia zginające, rozciągające i ścinające zmniejszyły się o, odpowiednio, 50,9; 53,5; i 34,8%.

15

Polymer Composites Used in Rapid Prototyping Technology

Bulanda Katarzyna, Oleksy Mariusz, Oliwa Rafał, Budzik Grzegorz, Markowski Tadeusz

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2020

|

Vol. 44, nr 1

15--20

EN

New materials and filaments dedicated to 3D printing were obtained using the fused deposition modeling method, and the properties of the produced materials were investigated. Polylactide was used as a polymer base for the assays because of the desired properties of the polymer, mainly biodegradability, and the matrix was refilled by the addition of metallic nanofillers, such as bronze, copper, brass, and steel. For the composites obtained, mechanical properties were investigated to determine the dependence of the obtained results on the content and type of filler used and on the method of fabrication of the fittings. It was found that the additives present in the polymer matrix increased the fluidity of the material. The best results were obtained for the compositions with bronze and steel in which the mass flow rate was 72.97 and 79.99 g/10 min, respectively. The filled material that had lower hardness was measured by Rockwell and the impact strength was measured by Charpy. In addition, it was found that injection-molded parts obtained much better mechanical properties than those obtained by 3D printing.

16

Use of rapid prototyping technology in complex plastic structures. Part I. Bench testing and numerical calculations of deformations in harmonic drive made from ABS copolymer

Pacana Jacek, Oliwa Rafał

Polimery

|

2019

|

T. 64, nr 1

56--62

PL

Z wykorzystaniem metody cyfrowej korelacji obrazu (DIC) przeprowadzono pomiary odkształceń 3D koła podatnego zębatej przekładni falowej. Badania wykonano przy użyciu modeli fizycznych wytworzonych z zastosowaniem druku 3D z kopolimeru ABS, zapewniającego wystarczającą nośność i sztywność modelu. Uzyskane w badaniach stanowiskowych wartości odkształceń koła podatnego porównano z wynikami obliczeń przeprowadzonych z zastosowaniem metody elementów skończonych (MES). Wykazano dużą zbieżność otrzymanych wyników, jednak odkształcenia zmierzone na modelu rzeczywistym charakteryzują się większą nieregularnością niż odpowiadające im rozwiązania uzyskane metodą numeryczną. Wyniki otrzymane w pomiarach optycznych wskazują na zasadność stosowania w badaniach stanowiskowych prototypów przekładni zębatych modeli fizycznych wykonanych z tworzyw polimerowych z wykorzystaniem technologii szybkiego prototypowania.

EN

In the study, measurements of 3D deformations of the flexspline in harmonic drive were performed by applying a digital image correlation (DIC) method. The tests were carried out with the use of physical 3D printed models made of ABS copolymer (acrylonitrile-butadiene-styrene), which ensured sufficient capacity andrigidity of the structures. The findings related to deformations in flexspline, obtained through bench testing, were compared to the results of calculations conducted using the finite element method (FEM). Significant convergence in the findings obtained using the two methods was shown, yet deformations measured in the real-life model were characterized by greater irregularity compared to the corresponding solutions obtained with the numerical method. The results obtained through optical measurement confirm that physical models made of plastics, built using rapid prototyping technology, can justifiably be appliedin bench testing of prototype gear transmissions.

17

Use of rapid prototyping technology in complex plastic structures Part II. Impact of operating conditions on functional properties of polymer harmonic drives

Pacana Jacek, Oliwa Rafał

Polimery

|

2019

|

T. 64, nr 3

216--223

EN

The influence of operating conditions on physical and mechanical properties of tooth surface in the flexspline of a harmonic drive was investigated. 3D printed test models were made from poly(acrylonitrile--co-butadiene-co-styrene) (ABS) copolymer and from poly(lactic acid) (PLA) and subjected to the accelerated UV aging test and to bench tests. Measurements of hardness, Vicat softening point and atomic force microscopy (AFM) analysis were performed in order to determine the properties of the teeth surface in the gear wheels. Furthermore, the degree of degradation of the plastics was determined with IR spectroscopy. It was found, that the ambient conditions and exploitation of harmonic drives do not affect the value of softening point and hardness. On the other hand, the AFM analysis indicated that the sides of teeth were smoother as a result of their cooperation. The values of Ra parameter in the areas examined decreased from 110.0 to 54.6 nm and from 23.9 to 17.0 nm for the gear wheels made of ABS and PLA, respectively. Furthermore, the Derjaguin--Muller-Toporov modulus (DMT) of surfaces was also decreased from 10.0 to 3.0 GPa and from 4.5 to 2.2 GPa in the gear wheels made of ABS and PLA, respectively. The AFM imaging provide evidence for destructive effects of UV radiation and elevated humidity, confirmed by IR spectroscopy.

PL

Badano wpływ warunków eksploatacyjnych kół podatnych zębatej przekładni falowej na właściwości fizyczne oraz mechaniczne powierzchni zębów. Zzastosowaniem druku 3D z kopolimeru poli(akrylonitryl-co-butadien-co-styren)(ABS) oraz polilaktydu (PLA) wykonano modele badawcze, które poddano przyspieszonemu starzeniu promieniami UV, przeprowadzono też badania stanowiskowe. Właściwości zębów otrzymanych kół zębatych charakteryzowano na podstawie twardości i temperatury mięknienia Vicata, analizy powierzchni z wykorzystaniem mikroskopii sił atomowych (AFM) oraz stopnia degradacji tworzywa oznaczonego za pomocą spektroskopii IR. Stwierdzono, że warunki środowiskowe oraz eksploatacja zębatej przekładni falowej nie wpływają w istotnym stopniu na wartości temperatury Vicata i twardość powierzchni zębów. Analiza AFM wykazała, że w wyniku współpracy powierzchnia zębów się wygładziła. Średnia wartość chropowatości Ra kół zębatych wykonanych, odpowiednio, z ABS i PLA zmniejszyła się ze 110,0 do 54,6 nm oraz ze 23,9 do 17,0 nm. Ponadto, moduł Derjaguina-Mullera-Toporova (DMT) powierzchni elementów wykonanych z ABS oraz PLA również się zmniejszył, odpowiednio, z 10,0 do 3,0 GPa oraz z 4,5 do 2,2 GPa, co wskazuje na destrukcyjny wpływ promieniowania UV i podwyższonej wilgotności, potwierdzony metodą spektroskopii IR.

18

The use of a mixer with built-in Parshall’s venturi for modification of bentonite designed for the filling of polymer resins

Oleksy Mariusz, Oliwa Joanna, Budzik Grzegorz, Oliwa Rafał, Bulanda Katarzyna, Nędza Maciej

Polimery

|

2019

|

T. 64, nr 6

432--435

EN

Research was carried out on modification of bentonite with the use of a mixer with built-in Parshall’s venturi. Aqueous suspensions of bentonite with a concentration of 12 % by weight were used. The advantage of using such an innovative mixer is to achieve much better results of the moving apart layers after modification, which significantly facilities the penetration of polymer chains between them. It should also be noted that the size of the tiles calculated from Scherrer’s formula did not decrease after modification with the use of a mixer with built-in Parshall’s venturi. Unfortunately, this unfavorable effect was observed for modified bentonites using an anchor mixer. Bentonites modified in this way were used to obtain composites on the epoxy resin matrix Epidian 6 with 3 wt % of their content. Mechanical properties were evaluated and a clear improvement in tensile strength, Young’s modulus and notch-free impact strength was found. It was found that the obtained mechanical test results for these composites with the addition of bentonites modified with the use of anchor stirrer are worse in comparison to composites with the addition of bentonite modified with the use of a stirrer with built-in Parshall’s venturi.

PL

Bentonit w postaci 12% mas. wodnej zawiesiny modyfikowano z wykorzystaniem innowacyjnego mieszadła z wbudowanymi zwężkami Parshalla. Zastosowanie tego mieszadła pozwala na lepsze rozsunięcie warstw w modyfikowanym bentonicie, co znacznie ułatwia wnikanie łańcuchów polimerów. W przeciwieństwie do modyfikacji bentonitu za pomocą mieszadła kotwicowego nie zaobserwowano niekorzystnego zjawiska zmniejszenia wielkości płytek, obliczonej ze wzoru Scherrera. Zmodyfikowane bentonity wykorzystano do otrzymania kompozytów z ich 3 % mas. udziałem na osnowie żywicy epoksydowej Epidian 6. Stwierdzono wyraźną poprawę właściwości mechanicznych wytworzonych kompozytów, m.in.: wytrzymałości na rozciąganie, modułu Younga oraz udarności bez karbu, w porównaniu z właściwościami osnowy, jak również właściwościami takich kompozytów z udziałem bentonitów modyfikowanych za pomocą mieszadła kotwicowego.

19

Fire resistant glass fabric-epoxy composites with reduced smoke emission

Oliwa Rafał, Oleksy Mariusz, Oliwa Joanna, Węgier Aleksandra, Krauze Sławomir, Kowalski Maciej

Polimery

|

2019

|

T. 64, nr 4

290--293

EN

In this article a preparation method of epoxy resin/glass fabric composites with reduced flammability and smoke emission was presented. For this purpose the two groups of powder-epoxy compositions containing: (1) melamine polyphosphate (MPP) and aluminum diethyl phosphinate (AlDPi); (2) ammonium polyphosphate (APP) and dipentaerythritol (DPE) were used as matrices in six-ply glass fabric reinforced composites. The flame retardants content was 25 wt %. In addition, the 10–15 wt % of zinc borate (ZB) as a smoke reducing agent was added to each compositions. The flame resistant and smoke emission of prepared laminates designed for application in public transport components were evaluated. It was found that with the increase of zinc borate content, the emission of fumes decreased. The lowest maximum of specific optical density (Dsmax = 312.2), specific optical density in the first 4 minutes of the test [Ds(4) = 304.1] and cumulative specific optical densities in the first 4 minutes of the test (VOF4 = 707.6 min) have been achieved for composite containing 10 wt % of MPP, 15 wt % of AlDPi and 15 wt % of ZB. Furthermore, this composite was characterized by V0 class by UL94 test, limiting oxygen index LOI = 36.8 % and maximum average rate of heat emission MAHRE = 80 kW/m2.

PL

Na osnowie z proszkowej żywicy epoksydowej otrzymywano kompozyty wzmocnione tkaniną szklaną, charakteryzujące się zwiększoną odpornością na płomień oraz zmniejszoną emisją dymów. Przygotowano dwie grupy kompozycji epoksydowych: (1) polifosforanu melaminy (MPP) idietylofosfinianu glinu (AlDPi); (2) polifosforanu amonu (APP) i dipentaerytrytu (DPE), które wykorzystano jako osnowy w sześciowarstwowych kompozytach wzmocnionych tkaniną szklaną. Zawartość uniepalniaczy wynosiła 25 %mas. W celu zmniejszenia intensywności wydzielania dymów do kompozycji wprowadzano też 10–15 % mas. boranu cynku (ZB). Wyniki badań potwierdziły, że wraz ze zwiększaniem zawartości boranu cynku zmniejsza się emisja dymów zbadanych materiałów. Najmniejsze wartości: maksymalnej właściwej gęstości optycznej (Dsmax = 312,2), właściwej gęstości optycznej po 4 minutach badania [Ds(4) = 304,1] oraz łącznej wartości właściwych gęstości optycznych w pierwszych 4 minutach badania (VOF4 = 707,6 min) wykazywał kompozyt wytworzony z 10 % mas. MPP, 15 % mas. AlDPi oraz 15 % mas. ZB. Kompozyt ten charakteryzował się klasą palności V0 wg testu palności UL94, indeksem tlenowym LOI = 36,8 % oraz maksymalną średnią szybkością emisji ciepła MAHRE = 80kW/m².

20

Effect of modified bentonites on the crosslinking process of epoxy resin with alifphatic amine as curing agent

Oliwa Rafał, Oliwa Joanna, Bulanda Katarzyna, Oleksy Mariusz, Budzik Grzegorz

Polimery

|

2019

|

T. 64, Nr 7-8

499--503

EN

In this work the influence of modified bentonites on the process of epoxy crosslinking with triethylenetetramine (TETA) was investigated. Bentonites (BS) modified with quaternary phosphonium (QPS) and ammonium (QAS) salts were used as a nanofiller in the epoxy matrix (EP) in the amounts of 1 and 3 wt %. Gel time of the compositions was investigated using rotational rheometer at 30, 45 and 60 °C and activation energies of the compositions were determined. The storage G’ and loss G” moduli crossover criterion was used to determine the nanocomposites gel time variation. On the basis of the obtained results, it was found that the addition of modified aluminosilicates decreased the gel time of epoxy compositions at 30 and 45 °C, while at 60 °C it increased compared to unmodified epoxy resin. The obtained results indicate that the amount of modified aluminosilicate and the type of salt influence the reactivity of epoxy compositions. Among the tested systems, the most reactive was the composition of EP+3%BSQPS1, because the gel time at 30 °C and activation energy decreased by 1500 s and 8 J/mol, respectively, in relation to the unfilled EP resin. A more catalytic effect was observed in the case of bentonites modified with quaternary phosphonium salts, which may be associated with lower phosphorus electronegativity in relation to nitrogen and a lower viscosity of these systems.

PL

Zbadano wpływ dodatku modyfikowanych bentonitów na proces sieciowania epoksydów za pomocą trietylenotetraaminy (TETA). Bentonit (BS) modyfikowany czwartorzędowymi solami fosfoniowymi (QPS) lub amoniowymi (QAS) użyto jako nanonapełniacz w osnowie epoksydowej (EP) w ilości 1 oraz 3 % mas. Za pomocą reometru rotacyjnego zbadano czas żelowania kompozycji w temp. 30, 45 i 60 °C, wyznaczono też ich energie aktywacji. Punkt żelowania wyznaczały przecinające się krzywe modułów zachowawczego G’ i stratności G”. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że dodatek do żywicy epoksydowej modyfikowanych glinokrzemianów spowodował skrócenie czasu żelowania kompozycji w temp. 30 i 45 °C, natomiast w temp. 60 °C nastąpiło jego wydłużenie w stosunku do czasu żelowania niemodyfikowanej żywicy epoksydowej. Uzyskane wyniki wskazują, że zarówno ilość dodanego modyfikowanego glinokrzemianu, jak i rodzaj soli użytej do modyfikacji wpływają na reaktywność wytworzonych kompozycji epoksydowych. Spośród badanych układów największą reaktywność wykazywała kompozycja EP+3%BSQPS1; czas żelowania w 30 °C i energia aktywacji zmniejszyły się, odpowiednio, o 1500 s i 8 J/mol w stosunku do wartości odpowiadających nienapełnionej żywicy EP. Większy katalityczny efekt zaobserwowano w wypadku bentonitów modyfikowanych solami fosfoniowymi, co może wynikać z mniejszej elektroujemności fosforu niż azotu.