Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Glassy carbon foams as skeleton reinforcement in polymer composite

100%

Myalski J. , Hekner B.

|

2017

|

tom R. 17, nr 1

41--46

EN

Glassy carbon foams were produced by the pyrolysis process using polyurethane foam with a layer of phenol-formaldehyde resin as the precursor. The pyrolysis process was conducted in vacuum conditions at 1000°C. The pyrolysis conditions were determined on the basis of carried out thermogravimetric analysis. The basic mechanical properties like the compressive strength of the carbon foams was measured and compared with the theoretical value. Furthermore, the glassy carbon foams were applied as skeleton reinforcement in epoxy resin matrix composites. Analysis of the mechanical properties revealed that the values of hardness and compressive strength of materials with spatial carbon foam are almost two times higher than for a pure matrix applied as the reference material. The major factors that influenced the final mechanical properties are the quality of the obtained foams and the amount of carbon in the material volume. Moreover, it was proved that the application of carbon foam with low mechanical properties led to significant increases in the compressive strength of the composite materials.

PL

Prezentowane w niniejszej pracy pianki z węgla szklistego zostały otrzymane w procesach pirolizy preform poliuretanowych z warstwą żywicy fenolowo-formaldehydowej. Proces pirolizy został przeprowadzony w warunkach odmiennych w stosunku do stosowanych powszechnie technologiach. W tym przypadku zastosowano próżnię oraz temperaturę 1000°C. Warunki pirolizy określono na podstawie przeprowadzonej analizy termograwimetrycznej. Właściwości mechaniczne otrzymanych pianek węglowych wyznaczono na podstawie wytrzymałości na ściskanie. Otrzymane dane porównano z wartościami teoretycznymi wyznaczonymi według równania Ashby’ego i Gibsona. Ponadto, w ramach badań wytworzono kompozyty z osnową polimerową, wzmocnione prezentowanymi pianami węglowymi. Analiza właściwości mechanicznych wykazała, że wartość twardości oraz wytrzymałości na ściskanie kompozytów wzmocnionych strukturami węglowymi jest niemal dwukrotnie wyższa od wartości czystej żywicy epoksydowej - materiału referencyjnego. Określono, że najważniejszymi czynnikami mającymi wpływ na właściwości mechaniczne są jakość wytworzonej pianki oraz ilość węgla w objętości materiału kompozytowego. Ponadto zostało udowodnione, że zastosowanie pianek węglowych o niskich właściwościach mechanicznych prowadzi do znacznego wzrostu wytrzymałości na ściskanie materiałów kompozytowych na osnowie polimerowej.

2

Wpływ dodatków węglowych na właściwości tribologiczne kompozytów spiekanych na osnowie aluminiowej

100%

Hekner B. , Myalski J.

|

2015

|

tom nr 5

29--40

PL

W artykule przedstawiono wpływ rodzaju zbrojenia oraz dodatków węglowych na właściwości tribologiczne materiałów kompozytowych wytworzonych do potencjalnych zastosowań w wysokoobciążonych węzłach tarcia. Analizie poddano wpływ nanorurek węglowych i amorficznej postaci węgla na właściwości tribologiczne kompozytów z osnową aluminiową. Technologia wytworzenia materiałów bazowała na metodach wysokoenergetycznego mielenia proszków w młynach planetarnych, z późniejszym prasowaniem na gorąco w fazie ciekłokrystalicznej. Do badań wykorzystano kompozyty na osnowie aluminium, zbrojone węglikiem krzemu (SiC) lub azotkiem krzemu (Si3N4). Jako dodatki węglowe wykorzystano 1% wag. wielościennych nanorurek węglowych (CNTs) lub 5% wag. cząstek węgla szklistego (GC). Właściwy dobór parametrów mielenia (prędkość, stosunek masy proszku do masy mielników, czas itd.) pozwalał na uzyskanie energii potrzebnej do fragmentacji cząstek ceramicznych do skali nano- lub submicro oraz homogenizację materiału w całej jego objętości. Dokonano oceny właściwości tribologicznych wytworzonych materiałów (współczynnik tarcia, zużycie itp.) w temperaturze otoczenia i w podwyższonej. Badania potwierdziły, że ze względu na pożądaną wartość współczynnika tarcia (COF) oraz mały ubytek masy wytwarzane materiały mogą być stosowane w przemyśle samochodowym, np. na okładziny klocków hamulcowych. Odnotowano wysoką stabilność COF na pożądanym poziomie (0,5–0,8) w szerokim zakresie temperatury (powyżej 400°C). Zastosowanie dodatków węglowych spowodowało poprawę właściwości ciernych. Materiał zbrojony azotkiem krzemu z dodatkiem cząstek węgla szklistego wykazał najlepsze właściwości cierne spośród badanych materiałów.

EN

This paper presents the influence of a type of reinforcement and carbon additives on the tribological properties of composite materials, which were manufactured for potential application in highly loaded friction contacts. The influence of carbon nanotubes and amorphous phase of carbon on the tribological properties of aluminium-based composites was measured. The manufacturing technology of the created materials is based on high-energy milling of powders with subsequent hot pressing at the semi-liquid phase. During research, the aluminium-based composites reinforced by silicon carbide (SiC) or silicon nitride (Si3N4) were produced. The 1 wt.% of carbon nanotubes (CNTs) or 5 wt.% of glassy carbon particles (GC) were used as additives. The proper selection of milling parameters (velocity, ball to powder ratio, etc.) provided an opportunity to obtain the energy level, which was required for the proper fragmentation of reinforcement particles and for the proper homogenisation of composite powder. The tribological properties of wear were measured (coefficient of friction, wear ratio, etc.) at ambient and high temperatures for the manufactured materials. The conducted research confirm that, due to the adequate level of the friction coefficient and low wear, the presented materials can be used in the automotive industry, e.g. like brake pads. High stability at the required level (0.5–0.8) at temperatures higher than 400°C was observed. The application of carbon additions led to the increase of friction properties. The composite reinforced by silicon nitride was characterized by the best friction properties among the analysed materials.

3

Influence of carbon nanotubes and carbon particles on tribological properties in aluminium based composites

80%

Hekner B. , Myalski J. , Valle N. , Botor-Probierz A.

|

tom R. 14, nr 1

43--49

EN

This paper presents the tribological characteristics of friction materials manufactured for a high loaded friction point. Composite powders containing 1% carbon nanotubes or 5% glassy carbon particles were produced by high energy milling in planetary mills. High energy during powder preparation led to reinforcement particle fragmentation up to sizes between 0.1÷2 µm. Furthermore, mechano-chemical bonding between the reinforcement and the Al particles used as the matrix was obtained during this process. As a result of the pressing and sintering processes, composite materials with homogeneous reinforcement (SiC) or heterogeneous reinforcement (SiC with addition of 1 wt.% multiwalled carbon nanotubes (CNT) or 5 wt.% glassy carbon particles) were manufactured. The properties of the obtained composite materials were measured during tribological tests at room temperature (25°C) and high temperature (450°C). The tribological research was conducted by the ball-on-disc method, at a distance of 250 m, with a load of 10 N and sliding speed of 0.1 m/s. The analyses of the friction coefficient and wear results revealed the desirable influence of the carbon components especially in increasing the average value and stabilization of the friction coefficient, particularly at room temperature. Moreover, the carbon additions led to a decrease in wear in comparison to the composite reinforced with SiC particles only. The changes in the wear level and friction coefficient value are a result of the differences in the predominant wear mechanism observed between the friction surfaces of the composite materials at room and high temperatures.

PL

Przedstawiono charakterystykę tribologiczną kompozytów ciernych do zastosowań w wysokoobciążonych węzłach tarcia. Proszki kompozytowe zawierające 1% nanorurek węglowych lub 5% cząstek węgla szklistego uzyskano metodą wysokoenergetycznego mielenia w młynach planetarnych. Wysoka wartość energii towarzyszącej przygotowaniu proszku kompozytowego prowadziła do fragmentacji cząstek umacniających do wielkości ok 0,1÷2 µm. W procesie mielenia nastąpiło również mechaniczno-chemiczne połączenie cząstek zbrojenia z cząstkami Al stanowiącymi osnowę kompozytu. W wyniku procesów prasowania i spiekania uzyskano materiały kompozytowe zawierające cząstki homofazowe - SiC oraz heterofazowe - SiC z dodatkiem 1% wag. wielkościennych nanorurek węglowych oraz SiC z dodatkiem 5% wag. cząstek węgla szklistego. Właściwości uzyskanych materiałów kompozytowych określono na podstawie badań tribologicznych w temperaturze otoczenia 25°C i w temperaturze podwyższonej 450°C. Badania tribologiczne przeprowadzono metodą ball-on-disc na drodze tarcia 250 m, przy obciążeniu 10 N i prędkości poślizgu 0,1 m/s. Wyniki pomiaru współczynnika tarcia i zużycia wykazały korzystny wpływ komponentów węglowych powodujących podwyższenie oraz stabilizację współczynnika tarcia, szczególnie w temperaturze otoczenia. Stwierdzono, że dodatki węglowe obniżają zużycie kompozytu w porównaniu z kompozytem zawierającym tylko cząstki SiC. Zmiany zużycia i współczynnika tarcia są wynikiem różnych mechanizmów towarzyszących procesom tarcia w temperaturze otoczenia i temperaturze podwyższonej.

4

Surface quality and mechanical properties of epoxy-glass fibre laminates manufactured by RTM method with use of gelcoat

80%

Kozioł M. , Wieczorek J. , Hekner B.

|

tom R. 16, nr 3

189--195

EN

The aim of the study was to determine the effect of applying a gelcoat covering on the surface quality and mechanical properties of selected types of glass fibre reinforced polymer (GFRP) laminates produced by the resin transfer moulding (RTM) method. To carry out the investigations, a set of laminate panels was manufactured on the basis of three types of glass fibre reinforcements: plain-woven fabric, chopped strand mat and 3D fabric. They were manufactured by vacuum assisted resin transfer moulding (RTM), alternatively without and with an additional layer of gelcoat. The polyester gelcoat was applied with a brush. As the matrix of the composites, an epoxy resin was used. Evaluation of the manufactured laminate surfaces was conducted using an optical profilographometer, whilst evaluation of the border area between the gelcoat layer and the main structure of the laminate was carried out by microscopic visualization. In order to evaluate the effect of the gelcoat layer presence on the mechanical performance of the laminates, static bending tests were performed. The obtained results allow one to conclude that application of the gelcoat covering resulted in improvement of the investigated laminate surface quality. Decreases in the maximum and average heights of the surface profiles were observed. An especially big difference in the profile height is visible between the 3D laminate without and with the gelcoat covering. Almost all the taken photographs testify to very good coupling between the gelcoat layer and the main laminate structure. The transition between these two elements has a rather discrete character. However, an evident diffusion area occurs in the matrix-gelcoat coupling line and evident penetration of the gelcoat into the fibre strands occurs in the fibre-gelcoat coupling line. It was found that the presence of the gelcoat layer does not have a significant negative effect on the mechanical properties of the laminates. All the tested series of laminates with the gelcoat covering showed a significantly lower standard deviation than the equivalent series of laminates without gelcoat. It means better repeatability of the mechanical properties in the case of the laminates with the gelcoat covering in comparison with those without gelcoat. A consequence of the obtained results is the conclusion that RTM technology is very well suited for manufacturing laminate products with a gelcoat covering.

PL

Celem pracy było określenie wpływu zastosowania żelkotu na jakość powierzchni oraz właściwości mechaniczne wybranych typów laminatów wytworzonych metodą resin transfer moulding (RTM). Do realizacji celu badań wytworzono zestaw płyt z laminatów na bazie trzech typów wzmocnień szklanych: płóciennej tkaniny rowingowej, maty oraz tkaniny 3D. Uformowano je metodą resin transfer moulding (RTM) w układzie próżniowym. Płyty wytworzono alternatywnie bez użycia oraz z użyciem żelkotu. Żelkot poliestrowy nakładano pędzlem. Jako osnowę laminatów zastosowano żywicę epoksydową. Oceny powierzchni wytworzonych laminatów prowadzono przy użyciu profilografometru optycznego, a ocenę połączenia między warstwą żelkotu a właściwym laminatem prowadzono poprzez wizualizację mikroskopową. W celu oceny wpływu warstwy żelkotu na właściwości mechaniczne laminatu przeprowadzono próby zginania statycznego. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić, że zastosowanie żelkotu praktycznie we wszystkich przypadkach spowodowało polepszenie jakości powierzchni laminatu, tzn. spadek zarówno maksymalnej, jak i średniej wysokości profilu tej powierzchni. Szczególnie dużą różnicę widać na przykładzie laminatu 3D. Praktycznie wszystkie wykonane fotografie świadczą o bardzo dobrym połączeniu między właściwą strukturą laminatu a warstwą żelkotu. Przejście ma charakter raczej skokowy, jednakże z wyraźną międzywarstwą dyfuzyjną w obszarach łączenia osnowa-żelkot oraz z wnikaniem żelkotu w pasma włókien w obszarach łączenia włókna-żelkot. Stwierdzono, że obecność warstwy żelkotu nie ma istotnego negatywnego wpływu na właściwości mechaniczne laminatów. Wszystkie badane serie próbek z żelkotem wykazały znacznie mniejsze odchylenie standardowe niż serie próbek bez żelkotu, co oznacza lepszą powtarzalność właściwości mechanicznych laminatów z żelkotem w porównaniu z laminatami bez żelkotu. Konsekwencją uzyskanych wyników jest wniosek, że technologia RTM bardzo dobrze nadaje się do wykonywania wyrobów z warstwą żelkotu.

5

Composite Coatings with Ceramic Matrix Including Nanomaterials as Solid Lubricants for Oil-Less Automotive Applications

50%

Posmyk A. , Myalski J. , Hekner B.

|