ZASTOSOWANIE KOMPOZYTU Z RDZENIEM KORKOWYM … · niezmienne rodzaj osnowy i rodzaj zbrojenia ......

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE 2017 nr 63, ISSN 1896-771X

72

ZASTOSOWANIE KOMPOZYTU Z RDZENIEM KORKOWYM DO KABIN I ZABUDÓW POŻARNICZYCH Marcin Kłusak1a, Sławomir Grygny1b

1 Wawrzaszek Inżynieria Samochodów Specjalnych Sp. z o. o. Spółka komandytowa a [email protected], b [email protected]

Streszczenie

W artykule przedstawiono wykorzystanie przekładki sztywnej typu korek do wytworzenia kompozytu korkowego, który po przeprowadzonych badaniach został wykorzystany do budowy zabudów i kabin samochodów pożarni-czych. W opracowaniu kompozytu korkowego przyjęto założenia, że niezmienny był rodzaj osnowy i rodzaj zbro-jenia, a zmieniał się rodzaj przekładki i metody wytwarzania. W wyniku przeprowadzonych prób udało się zredu-kować masę zabudowy, opracować kompozyt korkowy spełniający normy uniepalnienia wg PN-EN 45545-2:2013 oraz wg ECE-R 118 Aneks 6, 7, 8. W artykule zaprezentowano wykorzystanie korka jako materiału wygłuszające-go wnętrza kabin samochodów pożarniczych. Przedstawiono również wybrane wyniki badań i ich opracowanie.

Słowa kluczowe: korek, sandwich, CCBM, LRTM, badania odporności ogniowej

THE APPLICATION OF COMPOSITE WITH CORK CORE FOR CABS AND SUPERSTRUCTURES OF FIREFIGHTING VEHICLES

Summary The article presents the application of a rigid spacer of cork type to make cork composite. This is used, after test-ing, in superstructures and cabs of firefighting vehicles. During the study of composite cork it was assumed that the type of matrix and the type of reinforcement remained unchanged, while the type of spacer and methods of production were changing. As a result of the tests we were able to reduce the weight of the superstructure, work out a cork composite that meets the standards of flame retardancy according to PN-EN 45545-2:2013and the ECE-R 118 Appendix 6, 7, 8. The article has described the use of cork as damping material inside the superstruc-tures of firefighting vehicles. Some results of conducted research and their elaboration were presented, too.

Keywords: cork, sandwich, CCBM, LRTM, fire resistance tests

1. WSTĘP

Produkcja kompozytów to proces specjalny, w którym właściwości mechaniczne i fizyczno-chemiczne detali powstają w trakcie wytwarzania samego materiału kompozytowego. Ich jakość kształtowana jest przez ścisłą kontrolę parametrów środowiska, w którym realizowane są poszczególne operacje procesu produk-cyjnego oraz odpowiedni dobór materiałów zbroją-cych, przekładek i składu kompozycji osnowy. Kom-pozycja osnowy może być bardzo zróżnicowana

i każdorazowo posiada inne właściwości fizyczno-chemiczne oraz parametry wytrzymałościowe. Po połączeniu różnorodności typów osnowy z różnorodnością materiałów zbrojących i materiałów przekładkowych powstaje bardzo duża gama materia-łów kompozytowych o różnych właściwościach fizycz-no-chemicznych i parametrach wytrzymałościowych. Oprócz wewnętrznej budowy materiału decydujący

Marcin Kłusak, Sławomir Grygny

wpływ na ostateczną wytrzymałość materiałów kopozytowych mają technologie wytwarzania materiału.Duże gabaryty produkowanych elementów wykorzstywanych w produkcji pojazdów specjalnych oraz wymagania im stawiane przemawiają za wykorzystniem w produkcji technologii zamkniętych typu Vacuum Infusion lub jej pochodnych: CCBM (Closed Cavity Bag Moulding – rys. 1) i LRTM (Light Resin Transfer Moulding) zamiast technologii otwartych (Hand Lay Up) lub półotwartych (Vacuum Bagging). Procesy zamknięte pozwalają na przesycanie żywicą (osnową) materiałów wielowarstwowych w tym kostrukcji typu sandwicz jednoetapowo (przesycanie suchej kompozycji), a uzyskiwany kompozyt charaktryzuje się dużą zawartością zbrojenia, w efekimi własnościami mechanicznymi. Metody te zapeniają dużą powtarzalność, charakteryzujczona emisja szkodliwych związków chemicznych oraz brak bezpośredniego kontaktu pracownika z żywicą, co jest nie bez znaczenia zarówno ze względu na niewielki bezpośredni wpływ pracownika na jakość końcowego produktu jak również na warunki i bezpiczeństwo pracy.

Rys. 1. Metoda produkcji kompozytów pod silikonową przeponą wielokrotnego użytku CCBM

W celu opracowania kompozytu korkowego, bazując na wieloletnim doświadczeniu w produkcji kompoztów, zdecydowano się na wytypowanie i przebadanie 60 struktur kompozytowych, zakładając jako elementy niezmienne rodzaj osnowy i rodzaj zbrojenianiając rodzaj przekładki i metodę wytwarzania.

Jako osnowę przyjęto żywicę winyloestrową, będąca obecnie podstawowym typem osnowy stosowanym w produkcji zabudów w firmie WISS Inżynieria Samochodów Specjalnych)charakteryzuje się zarówno dobrymi właściwościami mechanicznymi, wysoką odpornością chemiczną jak i dobrymi własnościami uniepalniającymi. Ponadto łączy w sobie cechy żywicy poliestrowej, czyli łatwość przetwarzania, jak i cechy żywicy epoksydowejwysokie właściwości mechaniczne oraz wysokność chemiczną.

Materiał zbrojący stanowiły tkaniny wielokierunkowe szyte (rys. 2): czterokierunkowe, trójkierunkowe, dwukierunkowe i jednokierunkowe. Tkanin


73

wpływ na ostateczną wytrzymałość materiałów kom-pozytowych mają technologie wytwarzania materiału. Duże gabaryty produkowanych elementów wykorzy-stywanych w produkcji pojazdów specjalnych oraz

iane przemawiają za wykorzysta-niem w produkcji technologii zamkniętych typu

CCBM (Closed ) i LRTM (Light Resin

Transfer Moulding) zamiast technologii otwartych Vacuum Bagging).

Procesy zamknięte pozwalają na przesycanie żywicą (osnową) materiałów wielowarstwowych w tym kon-strukcji typu sandwicz jednoetapowo (przesycanie suchej kompozycji), a uzyskiwany kompozyt charakte-

w efekcie wyso-kimi własnościami mechanicznymi. Metody te zapew-niają dużą powtarzalność, charakteryzuje je ograni-

szkodliwych związków chemicznych oraz brak bezpośredniego kontaktu pracownika z żywicą, co jest nie bez znaczenia zarówno ze względu na niewielki bezpośredni wpływ pracownika na jakość końcowego produktu jak również na warunki i bezpie-

Rys. 1. Metoda produkcji kompozytów pod silikonową

W celu opracowania kompozytu korkowego, bazując eloletnim doświadczeniu w produkcji kompozy-zdecydowano się na wytypowanie i przebadanie

60 struktur kompozytowych, zakładając jako elementy niezmienne rodzaj osnowy i rodzaj zbrojenia, a zmie-niając rodzaj przekładki i metodę wytwarzania.

rzyjęto żywicę winyloestrową, będąca obecnie podstawowym typem osnowy stosowanym w

(Wawrzaszek Inżynieria Samochodów Specjalnych). Żywica ta charakteryzuje się zarówno dobrymi właściwościami

chemiczną jak dobrymi własnościami uniepalniającymi. Ponadto

łączy w sobie cechy żywicy poliestrowej, czyli łatwość jak i cechy żywicy epoksydowej, czyli

wysoką odpor-

stanowiły tkaniny wielokierunkowe : czterokierunkowe, trójkierunkowe,

dwukierunkowe i jednokierunkowe. Tkaniny te cha-

rakteryzują się bardzo dobrymi właściwościami mchanicznymi w przypadku dużych i złożonych obciżeń. Wszystkie tkaniny były oczyli 600 g/m2.

Rys 2. Budowa tkaniny szytej wielokierunkowej

Dobór materiałów przekładkowych (rdzeni) do budwy struktur kompozytowych wynika przede wszyskim z ich wpływu na własnościstruktury i ewentualnego wpływu na proces przetwrzania - dobre płynięcie i/lub niska chłonność żywicy. W zabudowie kompozytowej wykorzystywane są głównie struktury sandwiczowe ze względu na wtrzymałość, sztywność oraz izolację termiczną. Do wykonania prób wykorzystane zostały msztywne (twarde) jak pianki PVCjak i przekładki elastyczne (miękkie) typu Soric4) lub SBC (rys. 5).

Korek (rys. 6) jest korą drzewa Cork Oak (wy L). Jest to całkowicie naturalny surowiec o unikanych właściwościach, które nadają mu niespotykany charakter. Jest lekki, nieprzepuszczalny dla cieczy i gazów, elastyczny, ściśliwy, zapewnia izolację termiczną i akustyczną, i wysoce odporny na ścieranie. Co więcej, jest całkwicie biodegradowalny, odnawialnrecyklingowi.

Rys. 3. Przekładka piankowa PVC

Rys. 4. Przekładka typu Soric

się bardzo dobrymi właściwościami me-chanicznymi w przypadku dużych i złożonych obcią-żeń. Wszystkie tkaniny były o tej samej gramaturze,

Rys 2. Budowa tkaniny szytej wielokierunkowej

Dobór materiałów przekładkowych (rdzeni) do budo-wy struktur kompozytowych wynika przede wszyst-kim z ich wpływu na własności mechaniczne gotowej

wpływu na proces przetwa-dobre płynięcie i/lub niska chłonność żywicy.

W zabudowie kompozytowej wykorzystywane są głównie struktury sandwiczowe ze względu na wy-trzymałość, sztywność oraz izolację termiczną. Do wykonania prób wykorzystane zostały materiały tzw. sztywne (twarde) jak pianki PVC (rys. 3), PU, korek jak i przekładki elastyczne (miękkie) typu Soric (rys.

drzewa Cork Oak (dąb korko-). Jest to całkowicie naturalny surowiec o unikal-właściwościach, które nadają mu niespotykany

charakter. Jest lekki, nieprzepuszczalny dla cieczy gazów, elastyczny, ściśliwy, zapewnia bardzo dobrą

izolację termiczną i akustyczną, jest ognioodporny na ścieranie. Co więcej, jest całko-

ie biodegradowalny, odnawialny i podlega łatwemu

ZASTOSOWANIE KOMPOZYTU Z RDZENIEM KORKOWYM DO KABIN (…)

74

Rys. 5. Przekładka typu SBC

Rys. 6 . Przekładka korkowa

2. REDUKCJA MASY

ZABUDOWY

Do wytworzenia i porównania masowego próbek wykorzystano następujące metody wytwarzania:

- laminowanie ręczne HLU (Hand Lay Up), - worek próżniowy VB (Vacuum Bagging) – lamino-wanie ręczne z wykorzystaniem podciśnienia, - natrysk włókna ciętego i żywicy SU (Spray-Up), - infuzja VI (Vacuum Infusion), - CCBM (Closed Cavity Bag Moulding) – wtrysk żywicy pod silikonową przeponą wielokrotnego użytku, - LRTM (Light Resin Transfer Moulding – wtrysk żywicy w zamkniętą formę.

W produkcji kompozytów o grubości 10mm dotych-czas był wykorzystywany materiał typu Soric. Celem badania była próba wytworzenia kompozytu, który będzie lżejszy od kompozytu z przekładką typu Soric oraz nie będzie stwarzał problemów technologicznych podczas przetwarzania. Podczas prób postanowiono dla porównania wytworzyć kompozyt z rdzeniem korkowym jak i przekładką typu SBC. Kompozyt wytworzony z przekładki SBC okazał bardzo niesta-bilny wymiarowo, ponieważ uzyskano bardzo duże odchyłki grubości w różnych przekrojach próbek oraz okazał się bardzo trudny technologicznie, jeżeli chodzi o sposób jego przetworzenia i został pominięty w dalszych pracach.

W ramach prób nad wytworzeniem kompozytu kor-kowego różnymi metodami okazało się, że 1 m2 mate-riału wytworzonego z przekładką korkową ważył 6,2 kg (tabela nr 1) i był o 1,3 kg lżejszy od kompozytu z przekładką z włókniny poliestrowej typu Soric. W wyniku zastąpienia przekładki syntetycznej typu

Soric przekładką korkową podczas wytwarzania elementów do nowej zabudowy kompozytowej udało się zredukować masę wyprodukowanej zabudowy (rys. 7).

Rys. 7. Przekrój struktury sandwiczowej z rdzeniem korkowym

Tabela 1. Porównanie masy próbek z korkiem i przekładką typu Soric

Num

er p

róbk

i

Materiał 1 Materiał 2 Materiał 3

Masa 1 m2

próbki, kg

Mat

eria

ł

Lic

zba

war

stw

Mat

eria

ł

Mat

eria

ł

Lic

zba

war

stw

9. Saert Q 2 Corec 6 mm Saert Q 2 6,2

16. Saert Q 2 XF 6 Saert Q 2 7,5

Użyte symbole oznaczają: Saert Q – tkanina czterokie-runkowa szyta o gramaturze 600 g/m2, XF6 – Soric XF 6 mm czyli specjalna włóknina poliestrowa o grubości 6 mm.

3. BADANIE

OGNIOODPORNOŚCI

3.1 BADANIE OGNIOODPORNOŚCI

WEDŁUG WYMAGAŃ R1

NORMY PN-EN 45545-2:2013

W produkcji zabudów w „starej technologii” stosowa-no materiały, które nie posiadały żadnych właściwości uniepalnionych, tj. żywicę poliestrową oraz piankę PVC i przekładkę syntetyczną typu Soric. W ramach realizacji projektu została wykorzystana do produkcji wszystkich elementów żywica winyloestrowa uniepal-niona, która posiada własności samogasnące oraz niepalna przekładka korkowa. Do przeprowadzenia prób wykonano próbki z przekładką korkową, prze-kładką z pianki PVC i przekładką typu Soric oraz


75

także struktury z litego laminatu. Badaniom poddano materiały kompozytowe wykorzystywane w konstruk-cjach zabudów samochodów specjalnych, w tym przedziałów załogowych do przewozu personelu i obsługi. Kompleksowe badania kompozytów wykona-no wg wymagań R1 normy PN-EN 45545-2:2013 i obejmowały one następujące charakterystyki (rys. 8):

- badanie reakcji na ogień – rozprzestrzenianie się ognia wg ISO 5658-2, - badanie reakcji na ogień. Badanie intensywności wydzielania ciepła, dymu i masowej szybkości spalania wg ISO 5660-1: 50 kWm-2, - badanie dymotwórczości materiałów i toksyczności produktów ich spalania wg ISO 5659-2: 50 kWm-2 PN-EN-45545-2:2013 Annex C.

Rys. 8. Stanowisko do badań reakcji na ogień materiałów wg ISO 5660 - 1

Badaniu poddano 7 struktur materiałów kompozy-

towych:

• struktura nr 1: kompozyt wykonany metodą infuzji składujący się z 9 warstw tkaniny cztero-kierunkowej o gramaturze 600 g/m2 i żywicy winy-loestrowej uniepalnionej,

• struktura nr 2: kompozyt wykonany metodą infuzji składujący się z żelkotu uniepalnionego, 9 warstw tkaniny czterokierunkowej o gramaturze 600 g/m2 i żywicy winyloestrowej uniepalnionej,

• struktura nr 3: kompozyt wykonany metodą laminowania ręcznego składujący się z żelkotu uniepalnionego, z 9 warstw tkaniny czterokierun-kowej o gramaturze 600 g/m2 i żywicy poliestrowej uniepalnionej,

• struktura nr 4: kompozyt wykonany metodą infuzji składujący się z żelkotu uniepalnionego, tkanin czterokierunkowych o gramaturze 600 g/m2, przekładki syntetycznej typu Soric 6 mm i żywicy winyloestrowej uniepalnionej,

• struktura nr 5: kompozyt wykonany metodą infuzji składujący się z żelkotu uniepalnionego,

tkanin czterokierunkowych o gramaturze 600 g/m2, przekładki naturalnej typu Corecork 6 mm i żywicy winyloestrowej uniepalnionej,

• struktura nr 6: kompozyt wykonany metodą infuzji składujący się z żelkotu uniepalnionego, tkanin czterokierunkowych o gramaturze 600 g/m2, przekładki z pianki PCV 6 mm i żywicy wi-nyloestrowej uniepalnionej,

• struktura nr 7: kompozyt wykonany metodą infuzji składujący się tkanin węglowych o grama-turze 400 g/m2 i żywicy epoksydowej.

Badania objęły następujące charakterystyki: • kompleksową ocenę właściwości palno-dymowych

za pomocą kalorymetru stożkowego, • boczne rozprzestrzenianie płomienia na produktach

w konfiguracji pionowej, • oznaczanie gęstości optycznej dymu metodą testu

jednokomorowego, • zawartość gazów toksycznych.

Z przeprowadzanych badań wg wymagań R1 nor-my PN-EN 45545-2: 2013 wynika, że najlepsze wyniki uzyskała struktura sandwiczowa z rdzeniem korko-wym.

Struktura z tym materiałem spełniła wszystkie wyma-gania na poziomach zagrożenia HL1, HL2 i HL3. Próbka z przekładką korkową uzyskała najmniejszą wartość stężenia gazu HF (fluorowodór) - na poziomie 2,39 mg/m3, podczas gdy dla próbki z Soric XF6 i pianki PVC wartości te wyniosły odpowiednio 3,34 mg/m3 i 3,9 mg/m3.

3.2 BADANIE OGNIOODPORNOŚCI

WG ECE – R 118

W Przemysłowym Instytucie Motoryzacji przeprowa-dzone zostały badania palności materiałów kompozy-towych wg wymagań regulaminu EKG ONZ Nr 118 (inna używana nazwa to ECE – R 118) wg wytycz-nych załączników 6, 7, 8 (rys. 9). Jest to norma międzynarodowa określająca palność materiałów wewnątrz pojazdów mechanicznych.

Rys. 9. Stanowisko do badań reakcji na ogień wg załącznika 8 Regulaminu nr 118 EKG ONZ


76

Badaniu poddano materiały kompozytowe, w tym kompozyty warstwowe typu sandwicz, wytworzone w różnych technologiach. Przeprowadzone w ramach ekspertyzy badania objęły palność poziomą (zgodnie z ECE-R 118 Aneks 6), topliwość materiałów (zgodnie z ECE-R 118 Aneks 7) oraz palność pionową (zgodnie z ECE-R 118 Aneks 8). Badania wykonano dla nastę-pujących 5 struktur:

• struktura nr 1: kompozyt wykonany metodą infuzji składujący się z tkanin czterokierunkowych o gramaturze 600 g/m2, przekładki korkowej Core-cork 6 mm i żywicy winyloestrowej uniepalnionej,

• struktura nr 2: kompozyt wykonany metodą infuzji składujący się z tkanin czterokierunkowych o gramaturze 600 g/m2, przekładki syntetycznej typu Soric 6mm i żywicy winyloestrowej uniepal-nionej,

• struktura nr 3: kompozyt wykonany metodą infuzji składujący się z 9 warstw tkaniny cztero-kierunkowej o gramaturze 600 g/m2 i żywicy winy-loestrowej uniepalnionej,

• struktura nr 4: Kompozyt wykonany metodą laminowania ręcznego, składujący się z tkanin czterokierunkowych o gramaturze 600 g/m2, prze-kładki korkowej Corecork 6 mm i żywicy polie-strowej uniepalnionej,

• struktura nr 5: Kompozyt wykonany metodą laminowania ręcznego, składujący się z tkanin czterokierunkowych o gramaturze 600 g/m2, prze-kładki syntetycznej typu Soric 6 mm i żywicy po-liestrowej uniepalnionej.

Przed badaniami próbki kondycjonowano przez 24 h w temperaturze 23 ± 2 °C i wilgotności względnej 50 ± 5% w komorze klimatycznej, zgodnie z Regulami-nem nr 118 EKG ONZ. Do badań wykorzystano następujące wyposażenie:

• palnik Bunsena o średnicy wewnętrznej 9,5 mm, • gaz o kaloryczności 38 MJ/m3, • sekundomierz nr 2/BLM, • grubościomierz nr 30/BLM, • przymiar końcowo-kreskowy nr 5/BLM, • wagę elektroniczną nr 409/BLM.

Badania topliwości wykonano z zastosowaniem lampy radiacyjnej nr WPiB 800/BLM oraz sekundomierza, suwmiarki i wagi elektronicznej.

Badania określające szybkość spalania pionowego wykonano w uchwycie do próbek z palnikiem gazo-wym oraz dodatkowym wyposażeniem w postaci palnika, sekundomierza, przymiaru końcowo-kreskowego, suwmiarki i wagi elektronicznej.

Ważne jest, że wszystkie wykonane próbki (5 struk-tur) spełniły wymagania regulaminu, co daje duże możliwości doboru odpowiedniej struktury w zależno-

ści od wymaganej wytrzymałości mechanicznej. Kolej-nym ważnym aspektem jest fakt, że próbki były wykonane różnymi metodami wytwarzania, co daje możliwość wykonywania różnych kombinacji w zależ-ności od stosowanych materiałów jak i sposobów wytwarzania.

3.3 OPRACOWANIA

STATYSTYCZNE WYBRANYCH

WYNIKÓW BADAŃ

OGNIOODPORNOŚCI

Głównym celem wykonanych badań ognioodporności było uzyskanie pewności co do lepszych właściwości materiałów opracowanych w ramach opisanych badań. Pojazdy pożarnicze z oczywistych względów narażone są na działanie wysokich temperatur i znane są liczne przypadki spłonięcia tego typu pojazdów w czasie akcji ratowniczych. Tak więc jak najbardziej zasadne jest poszukiwanie nowoczesnych materiałów kompozy-towych w celu uzyskania nie tylko wysokowytrzyma-łych i możliwie jak najlżejszych konstrukcji, ale także materiałów odpornych na działanie ognia.

W trakcie opracowania wyników wykorzystano zało-żenia jakie posłużyły doborowi materiałów z których wykonano poszczególne struktury. Struktury nr 1, 2 i 3 są wykonane z litego laminatu. Tego rodzaju materiał był od dawna stosowany w praktyce produk-cyjnej. Były to próbki o grubości ok. 5 mm i wyko-nane z litego laminatu (struktury bez przekładki wypełniającej). Najciekawsze były struktury nowo opracowane, oznaczone 4, 5 i 6 (struktury z różnymi rodzajami przekładek wypełniających). Z przeprowa-dzonych analiz wynika, że struktura nr 5 (z przekład-ką korkową) miała wyniki zbliżone do próbek z mate-riałem Soric i przekładką piankową i wszystkie one spełniały wymagania na poziomie HL1, HL2 i HL3. Struktura 5 uzyskała najmniejsze wartości stężenia gazu HF (fluorowodór), tj. na poziomie 2,39 mg/m3 podczas gdy próbki, w których zastosowano materiał Soric XF6 i piankę PVC uzyskały odpowiednio 3,34 mg/m3 i 3,9 mg/m3. W wyniku szczegółowej analizy okazało się, że struktura nr 6 nie spełniała części wymagań normy PN-EN 45545.

W celu wykonania opracowania statystycznego i wykrycia istotnych statystycznie zależności wykorzy-stano test t przy założeniu nierównych wariancji. Test taki nazywa się też heteroscedastycznym testem t. Pozwala przekonać się, czy średnie dwóch prób są równe na przyjętym poziomie istotności. Należy go stosować, kiedy badane są różne grupy. Wnioskowanie statystyczne przeprowadza się na podstawie obliczo-nych wartości jednostronnego lub dwustronnego poziomu istotności (p).


Poniżej zamieszczono wybrane wyniki opracowań statystycznych. Ze względu na objętość artykułu niemożliwe było zaprezentowanie wyników wsopracowań, dlatego skupiono się na tych, które zdniem autorów są ciekawsze i wnoszą ciekawsząmację.

Rys. 10 pokazuje, że maksymalna szybkość wydzielnia ciepła dla struktury 5. jest nieznacznie mniejsza niż dla struktury 4.

Rys. 10. Maksymalna szybkość wydzielania ciepła

Z kolei z rys. 11 wynika, że dla struktury 5ciepło wydzielone w czasie badania było mniejsze niż dla struktury 4.

Rys. 11. Całkowite ciepło wydzielone, MJ/m2

Rys. 12 pokazuje szybkość ubytku masy dla struktur – dla struktury 5. jest ono mniejsze niż dla struktury 4.

Rys. 12. Szybkość ubytku masy, g/s×m2

Wyniki z tego wykresu poddano analizie jednostronym testem t. Wyniki przedstawiono w tabeli 1.


77

Poniżej zamieszczono wybrane wyniki opracowań statystycznych. Ze względu na objętość artykułu niemożliwe było zaprezentowanie wyników wszystkich opracowań, dlatego skupiono się na tych, które zda-

ciekawszą infor-

10 pokazuje, że maksymalna szybkość wydziela-jest nieznacznie mniejsza

malna szybkość wydzielania ciepła, kW/m2

11 wynika, że dla struktury 5. całkowite ciepło wydzielone w czasie badania było mniejsze niż

2

12 pokazuje szybkość ubytku masy dla opisanych jest ono mniejsze niż dla

Wyniki z tego wykresu poddano analizie jednostron-. Wyniki przedstawiono w tabeli 1.

Tab. 1. Analiza statystyczna testem z rys. 12.

Wniosek: Szybkość ubytku masy dla struktury nr 5 jest istotnie mniejsza względem struktury nr 4 (pziom istotności testu jednostronnego 0,01843277).

Rys. 13 pokazuje ciepło wydzielone przez próbkw czasie badań.

Rys. 13. Ciepło wydzielone przez próbkę w czasie badań, kJ

Również wyniki z tego wykresu poddano analizie statystycznej jednostronnym testem

Tab. 2. Analiza statystyczna testem t wyników z rys. 13.

Podobnie jak wcześniej można wyciągnąć wniosek, że ciepło wydzielone przez strukturę 5mniejsze względem struktury 4.

4. BADANIA

WYTRZYMAŁOŚCIOWE

W ramach przeprowadzonych badań wytrzymałościwych między innymi na zginanie wg normy PNISO 14125 „Kompozyty tworzywowewłóknem. Oznaczanie właściwości przy zginaniu

Test t: z dwiema próbami zakładający nierówne wariancje

Zmienna 1

Średnia 4,656666667

Wariancja 0,056133333

Obserwacje

Różnica średnich wg hipotezy

df

t Stat 3,081840353

P(T<=t) jednostronny

Test T jednostronny 2,131846786

P(T<=t) dwustronny 0,036865541

Test t dwustronny 2,776445105


Zmienna 1

Średnia

Wariancja

Obserwacje

Różnica średnich wg hipotezy

df

t Stat 4,051173849

P(T<=t) jednostronny 0,027936644

Test T jednostronny

P(T<=t) dwustronny 0,055873289

Test t dwustronny

1. Analiza statystyczna testem t wyników

Wniosek: Szybkość ubytku masy dla struktury nr 5 jest istotnie mniejsza względem struktury nr 4 (po-ziom istotności testu jednostronnego 0,01843277).

13 pokazuje ciepło wydzielone przez próbkę

Rys. 13. Ciepło wydzielone przez próbkę w czasie badań, kJ

Również wyniki z tego wykresu poddano analizie statystycznej jednostronnym testem t – tabela 2.

. Analiza statystyczna testem t wyników

żna wyciągnąć wniosek, że ciepło wydzielone przez strukturę 5. jest istotnie mniejsze względem struktury 4.

WYTRZYMAŁOŚCIOWE

W ramach przeprowadzonych badań wytrzymałościo-dzy innymi na zginanie wg normy PN-EN

Kompozyty tworzywowe wzmocnione włóknem. Oznaczanie właściwości przy zginaniu” oraz


Zmienna 1 Zmienna 2

4,656666667 4,026666667

0,056133333 0,069233333

3 3

0

4

3,081840353

0,01843277

2,131846786

0,036865541

2,776445105


Zmienna 1 Zmienna 2

5737 4608,666667

219499 13221,33333

3 3

0

2

4,051173849

0,027936644

2,91998558

0,055873289

4,30265273


78

na rozciąganie wg normy PN-EN ISO 527-4 „Ozna-czenie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu” próbki wykonane z przekładką korkową o grubości 30 mm uzyskały mniejszą wartość strzałki ugięcia przy maksymalnym naprężeniu niż z pianką PVC. Kolejne materiały uzyskały wyniki: korek – strzałka ugięcia przy maksymalnym naprężeniu – 17,2 mm; pianka PVC – 26,67 mm. Struktura wykorzystu-jąca korek jako materiał przekładkowy wykazała większą sztywność, nawet o 35% w stosunku do przekładki piankowej.

5. REDUKCJA ROBOCZOGODZIN

W ramach realizacji projektu [8] wprowadzono nowe technologie wytwarzania kompozytów, takie jak CCBM i LRTM. Podczas realizacji tych zadań na-wiązano współpracę z firmami Carbon Fox i MVP. W wyniku wprowadzenia nowych metod wytwarzania został zredukowany czas wytwarzania zabudowy o ok. 12%. Zaoszczędzony czas wynikał z zastąpienia w produkcji niektórych detali technologią infuzji – technologią LRTM (rys. 14) z wykorzystaniem prze-pony elastycznej (CCBM). W stosunku do technologii infuzji technologia LRTM pozwoliła na zredukowanie czasu przygotowawczo-zakończeniowego ze względu na brak konieczności klejenia taśm uszczelniających, rozkładania kanałów na żywicę, rozkładania foli przeponowej, jak również z tego powodu, że żywica pod ciśnieniem jest podawana bezpośrednio z maszyny dozującej.

Rys. 14. Przykład formy i przeciwformy w technologii LRTM

6. WYKORZYSTANIE KORKA JAKO WYGŁUSZAJĄCEGO KABIN POŻARNICZYCH

Korek jako materiał przekładkowy charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami wygłuszającymi (rys. 15), co zostało wykorzystane do wygłuszania wyko-nywanych kabin samochodów pożarniczych w jednej operacji.

Rys. 15. Porównanie redukcji hałasu i wibracji trzech rodza-jów materiałów przekładkowych

Dotychczas kabiny samochodów były wygłuszane specjalnie montowanymi matami i zabezpieczane warstwą usztywniającą. Stosując metody przetwarza-nia korka, postanowiono zastąpić inne wykorzystywa-ne materiały przekładkowe i w jednej operacji metodą infuzji wykonać kabinę samochodu. Tak wykonana kabina z przekładką korkową okazała się lżejsza, zachowując przy tym wymaganą wytrzymałość me-chaniczną. Kabina uzyskała zwiększoną izolację aku-styczną bez wykonywania dodatkowych operacji, co pozwoliło na zredukowanie liczby roboczogodzin potrzebnych do wygłuszenia kabiny. Kabina została też wykonana z układem i rodzajem materiałów, który spełnił wymagania uniepalnienia wg regulaminu ECE R 118. Na wyżej wymieniony sposób dokonano zgło-szenia patentowego w Urzędzie Patentowym RP nr P.417529 (rys. 16, 17, 18).

Rys. 16. Model 3D kabiny samochodu pożarniczego

Rys. 17. Proces produkcji kabiny samochodu pożarniczego


Rys. 18. Gotowy samochód lotniskowy FELIX

Literatura

1. PN-EN ISO 2818. Tworzywa sztuczne

2. PN-EN ISO 20753. Tworzywa sztuczne

3. PN-EN ISO 527-4. Tworzywa sztuczne

Warunki badań kompozytów tworzywowych izotropowych i ortotropowych wzmocnionych włóknami.

4. PN-EN ISO 14125. Kompozyty tworzywowe wzmocnione włóknem

5. Królikowski W.: Polimerowe kompozyty konstrukcyjne. Warszawa

6. http://www.carbon-fox.com/

7. http://www.amorimcork.com/

8. Dokumentacja wewnętrzna firmy opracowana w ramach projektu nr POIG.01.04.00

i wdrożenie technologii kompozytu korkowego do produkcji zabudów pojazdów specjalnych” współfinansowanego

przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska. http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl


79

. Gotowy samochód lotniskowy FELIX

7. PODSUMOWANIEZastosowanie korka w kabinach oraz zabudowach pożarniczych jest uzasadnione z kilku powodów. Korek pozwala na znaczną redukcję masy wykonywnych elementów, co przekłada paliwa w eksploatowanych samRedukcja masy pozwala również na przewożenie większej ilości specjalistycznego sprzętu ratowniczego bez ryzyka przekroczenia dopuszczalnych obciążeń osi samochodu. Dodatkowo dzięki właściwościomszającym i zwiększeniu komfortu psamochodu uzyskuję się redukcję masy zbrak konieczności stosowania dodatkowych materiłów wygłuszających. Wykazana ognioodporność kompozytu z rdzeniem korkowym umożliwia ich zastosowanie w kabinach i zabudowach pożarniczych.

EN ISO 2818. Tworzywa sztuczne – Przygotowanie próbek do badań metodą obróbki mechanicznej

EN ISO 20753. Tworzywa sztuczne – Kształtki do badań

4. Tworzywa sztuczne – Oznaczenie właściwości mechanicznych przy statycznym rozci


EN ISO 14125. Kompozyty tworzywowe wzmocnione włóknem – oznaczanie właściwości przy zginaniu.

Królikowski W.: Polimerowe kompozyty konstrukcyjne. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2012.

Dokumentacja wewnętrzna firmy opracowana w ramach projektu nr POIG.01.04.00-24

wdrożenie technologii kompozytu korkowego do produkcji zabudów pojazdów specjalnych” współfinansowanego

i Rozwoju.

Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska. http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl

PODSUMOWANIE Zastosowanie korka w kabinach oraz zabudowach pożarniczych jest uzasadnione z kilku powodów. Korek pozwala na znaczną redukcję masy wykonywa-

się na mniejsze zużycie paliwa w eksploatowanych samochodach pożarniczych. Redukcja masy pozwala również na przewożenie większej ilości specjalistycznego sprzętu ratowniczego bez ryzyka przekroczenia dopuszczalnych obciążeń osi

dzięki właściwościom wygłu-szającym i zwiększeniu komfortu podczas użytkowania samochodu uzyskuję się redukcję masy z uwagi na brak konieczności stosowania dodatkowych materia-

Wykazana ognioodporność kompozytu z rdzeniem korkowym umożliwia ich zastosowanie w kabinach i zabudowach pożarniczych.

Przygotowanie próbek do badań metodą obróbki mechanicznej

Oznaczenie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu –


oznaczanie właściwości przy zginaniu.

: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2012.

24-046/13 „Opracowanie

wdrożenie technologii kompozytu korkowego do produkcji zabudów pojazdów specjalnych” współfinansowanego

Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska.

ZASTOSOWANIE KOMPOZYTU Z RDZENIEM KORKOWYM … · niezmienne rodzaj osnowy i rodzaj zbrojenia ......

Documents

Transcript of ZASTOSOWANIE KOMPOZYTU Z RDZENIEM KORKOWYM … · niezmienne rodzaj osnowy i rodzaj zbrojenia ......