ZB 6Materiały kompozytowe o zwiększonej wytrzymałości

i odporności termicznej z wykorzystaniem żywic polimerowych

do zastosowań w lotnictwie

Lider merytorycznyProf. dr hab. inż. Henryk Galina (PRz)

Instytucje partnerskie w zadaniuPRz, PW, PL

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW 28 – 29 Czerwca 2010 r.UNIA EUROPEJSKA

EUROPEJSKI FUNDUSZROZWOJU REGIONALNEGO

I i II kwartał 2010

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Zespół PRz1. Uruchomienie laboratorium analizy termicznej i reaktywności polimerów.

Adaptacja pomieszczenia (H-25a) i zakup oraz wytworzenie nowego wyposażenia aparaturowego:

• Analizator DMA (pomiar modułów w zakresie temp. -150 do 500°C i częstotliwości 0,001-1000 Hz , w zakresie siły 0,005-40 N• Aparat do pomiaru granicznego indeksu tlenowego materiałów (LOI).• Aparat do badanie reaktywności żywic chemoutwardzalnych (żeltimer).• Zestaw do pomiaru palności tworzyw i kompozytów polimerowych wg

normy.2. Synteza efektywnych napełniaczy uniepalniających - modyfikacja

montmoryllonitów solami amoniowymi i fosfoniowymi – zadanie w realizacji.3. Wytwarzanie kompozytów żywic epoksydowych o zmniejszonej palności –

dobór składów, metod utwardzania, określenie właściwości termomechanicznych i ich przydatności tych produktów – zadania w realizacji.

4. Synteza nowych typów monomerów epoksydowych, w tym monomerów o właściwościach ciekłokrystalicznych do specjalnych zastosowań jako elementy systemów przechowywania informacji, w wysoko zawansowanej elektrooptyce (w tym w awionice), jako elementy pamięci optycznej, filtry optyczne i polaryzatory oraz w optyce nieliniowej, jako fazy stacjonarne w chromatografii gazowej – nowe typy monomerów są przedmiotem badań.

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Na podstawie termogramów DMA można:• wyznaczyć moduł sprężystości wzdłużnej (moduł Younga) i moduł

sprężystości poprzecznej (moduł Kirchhoffa), moduł ściskania• określić charakterystykę tłumienia i zachowania lepkosprężystego,• określić strukturę i morfologię polimerów oraz kompozytów,• scharakteryzować odkształcenie plastyczne i relaksację naprężeń,• wyznaczyć temperaturę przejścia szklistego i innych przejść fazowych.

Aparat wyposażony jest w następujące uchwyty (tryby obciążeń): • ścinanie,• rozciąganie,• ściskanie,• zginanie 3-punktowe.

Typ próbki Rodzaj pomiaru Typowe wymiary próbki Typowe parametry pomiaru

termoplasty,guma ścinanie średnica: 4-6 mm

grubość: 1-2 mmmaks. amplituda siła: 5-15 Nmaks. odkształcenia: 3-10 μm

kompozyty, ceramika, metale

3-punktowe zginanie

długość: 6-10 cmszerokość: 4-8 mmgrubość: 1-3 mm

maks. amplituda siła: 1-5 Nmaks. odkształcenia: 60 μm

film polimerowy rozciąganie

długość: 10,5 mmszerokość: 3-8 mmgrubość: 10-100 μm

maks. amplituda siła: 0,1-1 Nmaks. odkształcenia: 10-100 μm

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

• Synteza efektywnych napełniaczy uniepalniających - modyfikacja montmoryllonitów solami amoniowymi i fosfoniowymi – zadanie w realizacji.Prace koncentrują się na badaniach: • procedurach (technologii) hydrofobizacji naturalnych glinokrzemianów

warstwowych• kompatybilności z żywicami (interkalacja, eksfoliacja)• wpływem obecności nanonapełniaczy na reaktywność żywic

• Wytwarzanie kompozytów żywic epoksydowych o zmniejszonej palności – zadanie w realizacji. Prace koncentrują się na • stosowaniu różnych dodatków zawierających azot, fosfor i/lub krzem • badaniu zmian właściwości żywic epoksydowych zawierających dodatki

(optymalizacja zawartości modyfikatorów, metod utwardzania i badania właściwości mechanicznych i przetwórczych)

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

+

- MX

d ~ 3,2 – 4,0 nm

d ~ 0,9-1,2 nm P+

R1

R4

R2

R3

X-

n

N+

R1

R4

R2

R3

X-

n

sole amoniowe

sole fosfoniowe

Modyfikacja naturalnych glinokrzemianów warstwowychczwartorządowymi solami amoniowymi i fosfoniowymi

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Wygląd próbek po oznaczeniu zapalności kompozytów EP z modyfikowanymi QAS bentonitami: SN (BSNQAS) i

Special (BSQAS)

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Najważniejsze typy innych dodatków:

RSi

O

SiO

Si

O

SiO

Si

O

SiO

Si

O

SiO

O

OO

O

R

R

R

R R

R

R

CH3 Si

CH3

CH3

O Si O

CH3

CH2

Si

CH3

O

CH2

CH2

CH2

Si

CH3

O

CH3

O CH2 CH CH2

O

CH2 CH2 O CH2CH2 O CH3

Si

CH3

CH3

CH3

yx

7

z

Si O

CH3

CH3

CHCH2O(CH2)3

OSi

CH3

CH3

CH2(CH2)3OCH2CHO

CH2

P

O

Tlenek trifenylofosfiny

OH O P

O

CH3

O O P

O

CH3

O OH

n

Fyrol PMP

krzemowepolisiloksany i silseskwioksany fosforowe

tlenki i uwodnione tlenki glinu(partnerzy z PW)

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

• Synteza nowych typów monomerów epoksydowych, w tym monomerów o właściwościach ciekłokrystalicznych do specjalnych zastosowań jako elementy systemów przechowywania informacji, w wysoko zawansowanej elektrooptyce (w tym w awionice), jako elementy pamięci optycznej, filtry optyczne i polaryzatory oraz w optyce nieliniowej, jako fazy stacjonarne w chromatografii gazowej , a także jako elementy inżynierii molekularnej (wymuszanie uporządkowania anizotropowych nanonapełniaczy) – właściwości nowych typów monomerów są przedmiotem badań.

O

O

Oelement sztywny (mezogen)

giętki łącznik (spacer)

reaktywna grupa epoksydowa

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

• Partnerzy z Politechniki Warszawskiej1. Synteza tetramerów aniliny. Wykorzystywano dwie drogi otrzymywania

Zasadniczy wniosek: Tertramery aniliny tworzą formę przewodzącą i mogą być wykorzystywane do tworzenia kompozytów z żywicami epoksydowymi.

2. Optymalizacja procesu syntezy warstw organicznych fosforanów glinu na powierzchni bemitu i wodorotlenku glinu. Mogą one znaleźć zastosowanie kompatybilizatory nieorganicznych uniepalniaczy z klasycznymi matrycami polimerowymi.

NH NH NH NH2 NH NH NH NH2NH2

Zdjęcia SEM Al[O2P(OBu)2]3

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

• Partnerzy z Politechniki Lubelskiejwchodzą do zadania ZB6 w III kw. 2010 r.

Dane do wskaźników realizacji celów projektu

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Dane do wskaźników realizacji celów projektu

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

• Publikacje: 6 

1.M. Oleksy, M. Heneczkowski, H. Galina: Zastosowanie IV-rz. soli amoniowych do modyfikacji bentonitów stosowanych jako napełniacze kompozytów, w tym kompozytów w tym kompozytów dla lotnictwa, złożona do publikacji w czasopiśmie Przemysł Chemiczny, 2010, 89(11),2.Mossety-Leszczak B., Włodarska M., Galina H.: Ciekłokrystaliczne żywice epoksydowe i ich zastosowania, opublikowane w materiałach konferencji Pomerania-Plast 2010, (pod red. T. Spychaj), wyd. ZUT, Szczecin 2010,3.Oleksy M., Heneczkowski M., Galina H., Budzik G.: Kompozyty polimerów chemoutwardzalnych i termoplastycznych z dodatkiem Nanobentów ZR1 i ZR2, opublikowane w materiałach konferencji Pomerania-Plast 2010, (pod red. T. Spychaj), wyd. ZUT, Szczecin 2010, 4.M. Oleksy, M. Heneczkowski, B. Mossety-Leszczak, H. Galina: Uniepalnione kompozyty żywicy epoksydowej z dodatkiem modyfikowanych bentonitów stosowane w przemyśle lotniczym przygotowana do opublikowania w czasopiśmie Polimery (zamówienie redakcji)5. M. Oleksy, G. Budzik: Nanokompozyty na osnowie żywic chemoutwardzalnych stosowane w technologii odlewania próżniowego przygotowana do opublikowania w czasopiśmie Archiwum Mechaniki Stosowanej6. M. Oleksy, G. Budzik: Nanokompozyty żywicy epoksydowej stosowane w przemyśle lotniczym przygotowana do opublikowania czasopiśmie Polimery

• Zgłoszenia patentowe : 0

• Udział studentów / doktorantów / innych wykonawców (liczbowo): 6 studentów, 1 doktorant (tylko 2010 r.)

Dane do wskaźników realizacji celów projektu

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

• Prace na tytuł/stopień: 6Prace magisterskie obronione (złożone):

1.Maciej Popławski: Hybrydowe kompozyty polimerów syntetycznych (opiekun: dr inż. Mariusz Oleksy),2.Rafał Oliwa: Kompozyty polimerów syntetycznych z modyfikowanymi bentonitami, (opiekun: dr inż. Mariusz Oleksy),3.Alicja Kudła: Otrzymywanie ciekłokrystalicznych monomerów monoepoksydowych (opiekun: dr inż. Beata Mossety-Leszczak),4.Jadwiga Kucharska: Synteza prekursorów epoksydowych do otrzymywania polimerów z ugrupo waniami mezogenicznymi w łańcuchach bocznych (opiekun: dr inż. Beata Mossety-Leszczak),5. Paulina Pomykała: Modyfikacja żywic epoksydowych jako matryc kompozytów dla przemysłu lotniczego (opiekun: prof. Henryk Galina),6.Anna Wilkos: Kompozycje epoksydowe zawierające środki zmniejszające palność (opiekun: prof. Henryk Galina).

• Prace inżynierskie planowane: 4• Prace magisterskie planowane: 6

Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Podjęto współpracę z trzema partnerami przemysłowymi zainteresowanymi prowadzonymi przez nas badaniami:

•PZL- Świdnik S.A.– użytkownik żywic i producent elementów konstrukcyjnych z kompozytów•PZL Mielec – użytkownik żywic i producent elementów konstrukcyjnych z kompozytów•ZCh Organika-Sarzyna S.A. Grupa Ciech – jedyny w Polsce wytwórca żywic epoksydowych (ostatnio wdrożono nową technologię wytwarzania żywic ciekłych o wysokiej jakości).

Główne wnioskiINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

• Kierunek przyjętych poszukiwań był trafny; możliwości modyfikacji żywic epoksydowych, podstawowego typu matrycy kompozytów dla przemysłu lotniczego są nieograniczone, a możliwości poprawy odporności na palenie (bez stosowania halogenów i związków antymonu) oraz podwyższenia ich odporności termicznej są znaczne.

• W dalszych badaniach należy podjąć zadania optymalizacji składu żywic z udziałem wybranych dodatków, pod kątem ich przetwarzalności przy dobrych zachowaniu właściwości wytrzymałościowych i adhezyjnych.

• Badania przebiegają zgodnie z planem. Zarówno cele cząstkowe, jak i wskaźniki są osiągane.