Nowe kompozyty ceramika-polimer o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego z tlenku glinu

• Autorzy: Szafran, M. , Lipiec, W. , Okowiak, J. , Konopka, K. , Kurzydłowski, K.J.

Warianty tytułu

EN

New ceramics-polymer composites of a matrix from an alumina ceramic porous material

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczących otrzymywania kompozytów ceramiczno-polimerowych o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego z tlenku glinu, w którego porach umieszczono polimer organiczny. Ceramiczne tworzywo porowate otrzymywano metodą spiekania ziaren elektrokorundu z dodatkiem drobnoziarnistego tlenku glinu jako spoiwa. Polimerem wprowadzanym do porów ceramicznego tworzywa porowatego był polimetakrylan metylu, wprowadzany do wnętrza materiału porowatego na drodze zapełniania porów monomerem przy wykorzystaniu aparatury próżniowej, a następnie przeprowadzania reakcji polimeryzacji w porach tworzywa ceramicznego. Dla zwiększenia przyczepności pomiędzy ceramiką i polimerem, w celu poprawienia właściwości wytrzymałościowych otrzymanego kompozytu, użyto promotora adhezji -krzemoorganicznego środka sprzęgającego 3-amino-propylotrietoksysilanu. Tabela 1 przedstawia wpływ wielkości ziarna elektrokorundu na średnią i maksymalną średnicę porów kształtek sporządzonych z ceramicznego tworzywa porowatego. Kształtki wykonane z ziaren o większej średnicy posiadają większe pory. W tabeli 2 przedstawiono wyniki pomiarów parametrów fizycznych dla kształtek z ceramicznego tworzywa porowatego i kształtek z wprowadzonym polimerem. Pomiary dowiodły, że pory o większej średnicy zostały w większym stopniu wypełnione polimerem. Tabela 3 zawiera wyniki badań wytrzymałościowych poszczególnych rodzajów kształtek. W badaniach wykazano, że obecność polimeru w porach tworzywa ceramicznego, zwłaszcza przy jednoczesnym dodatku promotora adhezji, powoduje znaczny wzrost wytrzymałości mechanicznej kompozytu w porównaniu do ceramicznego tworzywa porowatego - blisko 750%. Na rysunku 1 przedstawiono wykres zależności naprężenie-odkształcenie dla kształtek z polimerem i dla porównania bez polimeru. Z wykresu wynika, że kompozyt tego typu zachowuje się jak ciało pseudoplastyczne. Przedstawiono też zdjęcia mikrostruktury badanych próbek uzyskane w skaningowym mikroskopie elektronowym - dla próbki z ceramicznego tworzywa porowatego (rys. 2) i próbki z ceramicznego tworzywa porowatego z wprowadzonym polimerem z dodatkiem promotora adhezji (rys. 3). Zdjęcia potwierdzają, że zastosowany polimer dobrze zwilża ziarna materiału ceramicznego, a dodatkowe wprowadzenie środka sprzęgającego zwiększa adhezję pomiędzy ceramiczną osnową a wypełnieniem polimerowym. Badania wykazały, że, wprowadzając polimer w pory ceramicznego tworzywa porowatego poprzez polimeryzację monomeru bezpośrednio w porach, można uzyskać kompozyt o stopniu zapełnienia porów dochodzącym do około 73%.

EN

The results of studies concerning the obtaining of ceramic-polymeric composites in which the matrix is a ceramic porous material of alumina, in the pores of which an organic polymer is placed, are presented in the paper. The ceramic porous material was obtained by sintering electrocorundum grains with the addition of fine-grained alumina as a binder. Poly(methyl methacrylate) was the polymer introduced to the pores of the ceramic porous material by filling the pores with the monomer by means of a vacuum apparatus and then carrying out the polymerization in the pores of the ceramic material. An organosilicon coupling agent (3-aminopropyltriethoxysilane) was used for increasing the adhesion between the ceramics and polymer, and to improve the strength properties of the composite obtained. In the studies it has been shown that the presence of the polymer in the ceramic material pores, especially at simultaneous addition of the adhesion promoter, causes a considerable increase in the mechanical strength of the composite in comparison to that of the ceramic porous material. In Table 1 are presented the results of measurements of physical parameters for samples from porous ceramic materials and samples with the introdueed polymer (with and without using a coupling agent); in Table 2 are presented the results of strength studies of particular types of samples. In Figure 1 is presented the stress - strain relationship for samples with the polymer and for comparison without the polymer. From this Figure it results that the composite of this type behaves as a pseudoplastic body. Pictures of the studied samples microstructure obtained in a scanning electron microscope (Figs. 2 and 3) are also presented. The studies show that by introducing the polymer into the pores of the ceramic porous material by polymerizing the monomer directly in the pores, a composite of a considerable degree of pore filling reaching ca. 73% can be obtained.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; polimer; środek sprzęgający; ceramika; tworzywo porowate ceramiczne

EN

ceramic; ceramic porous material; composite; polymer; coupling agent

• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 3, nr 8
• Strony: 337-342
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szafran, M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa

autor

Lipiec, W.

• Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa

autor

Okowiak, J.

• Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa

autor

Konopka, K.

• 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] Pampuch R., Materiały ceramiczne - zarys nauki o materiałach nieorganiczno-niemetalicznych, WN PWN, Warszawa 1998, 99-101.
• [2] Pampuch R., Kompozyty ceramiczne, Kompozyty 2002, 2, 3, 10-14.
• [3] Święcki Z., Praca Naukowa Instytutu Budownictwa, Politechnika Wrocławska, 69, 22, Wrocław 1997.
• [4] Majk M., Wpływ modyfikowanych napełniaczy krzemionkowych na właściwości poliuretanów, Polimery 1985, 8, 305-306.
• [5] Oya, Y. Kurokawa, Factors controlling mechanical properties of clay mineral/polypropylene nanocomposites, Journal of Science 2000, 35, 1045-1048.
• [6] Szafran M., Konopka K., Rokicki G., Lipiec W., Kurzydłowski K., Porowata ceramika infiltrowana metalami i polimerami, Kompozyty 2002, 2, 5, 315-316.
• [7] Marciniec B., Guliński J., Mirecki J., Foltynowicz Z., Silanowe środki wiążące, Polimery 1990, 3, 213-217.
• [8] Marciniec B., Guliński J., Silanowe środki wiążące, Polimery 1995, 2, 77-81.
• [9] Szafran M., Mikroskopowe i makroskopowe aspekty projektowania ceramicznych materiałów porowatych, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, Chemia z. 63, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000.
• [10] Szlezyngier W., Tworzywa sztuczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1998.
• [11] Krzemiński J., Technologia tworzyw sztucznych, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1985, 16-17.
• [12]Tomaszewski H., Technologia wytwarzania materiałów kompozytowych o matrycy ceramicznej, Szkło i Ceramika 1978, XXIX, 105-106.