Témata
Reklama

Nanomateriály jako separátory při výrobě kompozitních dílů

16. 02. 2011

V posledních letech se ze slova „nano“ stalo téměř zaklínadlo. Nanomateriálům je přisuzována slibná budoucnost a předpovídány mnohdy až nadpřirozené schopnosti.

Jak to ale s nanotechnologiemi a jejich praktickým využitím vypadá dnes? Došel již výzkum dostatečně daleko, aby bylo možné jeho výsledky využít v průmyslové výrobě?

Zvýšení povrchového napětí styčné plochy formy

Poměrně novým výrobkem s označením „nano" jsou kapaliny sloužící k povrchové úpravě. Přestože primárně jsou určeny především k ochraně povrchů před nečistotami a vlhkostí, jejich specifikace je v mnoha bodech shodná s požadavky na separátory používané při výrobě kompozitních dílů. Separátory jsou látky, které se nanášejí na povrch formy ve velmi tenké vrstvě a jejich úkolem je zajistit, aby nedošlo ke spojení vyráběného kompozitního dílu a formy, tedy zvýšit povrchové napětí styčné plochy formy natolik, aby matrice neulpívala na povrchu formy. Jedním z důležitých požadavků na separátory je, aby nekontaminovaly povrch vyrobených kompozitních dílů ani mechanicky ani chemicky. Zmiňované „nano" kapaliny sloužící k povrchové úpravě splňují tyto požadavky velmi dobře. Přestože konkrétní sloučeniny mají svá specifika, která je předurčují pro určitý druh povrchů, principiálně jsou si všechny velmi podobné. Jde o těkavou nosnou kapalinu obsahující určitou koncentraci nanočástic. Nosná kapalina se po nanesení na povrch v krátké době vypaří a na povrchu zůstane pouze povlak z nanočástic. Tento povlak má takové povrchové napětí, že ho většina kapalin nesmáčí, a tedy na povrchu neulpívají. Stejný efekt je požadován od separátorů, takže se nabízí myšlenka, jsou-li tyto kapaliny jako separátory použitelné. Výraznou výhodou, kterou přináší „nano", je fakt, že vzniklá vrstva má tloušťku pouze několik nanometrů a lze předpokládat, že nedojde ke kontaminaci povrchu jako u běžných separátorů.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Schéma experimentu

Povrchová úprava nesavých materiálů

Tyto úvahy vedly k navržení a provedení experimentu, který měl za cíl ověřit použitelnost kapalin s obsahem nanočástic jako separátoru při výrobě kompozitních dílů. Pro experiment bylo získáno pět různých kapalin obsahujících nanočástice křemíku, určených pro povrchovou úpravu nesavých materiálů. Kapaliny dodala česká firma Nanotrade, která se distribucí a vývojem nanomateriálů zabývá. Jelikož jsou tyto kapaliny nyní ve fázi vývoje a testování, nemají zatím obchodní názvy a jejich přesné specifikace podléhají utajení. Aby byly vlastnosti těchto kapalin porovnatelné s běžně používanými separátory, byly v rámci experimentu porovnány se dvěma průmyslově běžně používanými látkami. Prvním zvoleným byl Frekote 700-NC, výrobek americké firmy Loctite, založený na těkavé kapalině stejně jako testované kapaliny. Druhým referenčním produktem byl separátor PVA české firmy Havel Composites CZ, založený opět na těkavé bázi. Tento separátor po vyschnutí těkavé složky zanechává viditelný film, tzn. že jeho separační schopnosti vycházejí částečně i z mechanického zabránění spojení povrchů. Oba jsou v průmyslové výrobě hojně využívány.

Síla potřebná k oddělení dílu od formy

Cílem experimentu bylo porovnání vhodnosti použití 7 kapalin určených k povrchovým úpravám jako separátoru při výrobě kompozitních dílů. Způsobem, jak tuto vhodnost kvantifikovat, je určení potřebné síly k oddělení hotového dílu od formy. Princip experimentu je patrný z obrázku 1. Jako formy bylo použito tří materiálů - skla, leštěného ocelového plechu a elektrolyticky poniklovaného ocelového plechu. Pro výrobu kompozitních vzorků byly použity dvě vrstvy skleněné tkaniny plátnového úteku o plošné hmotnosti 163 g.m-2. Jako matrice posloužily dvě epoxidové pryskyřice českého výrobce Havel Composites CZ - LH130 a LH160. Obě jsou běžně průmyslově používané pryskyřice na bázi bisfenolu A, liší se především výslednými mechanickými vlastnostmi.

Obr. 2. Graf hodnot odtrhových sil pro matrici LH130 Obr. 3. Graf hodnot odtrhových sil pro matrici LH160

Výsledky analyzovány z pořízeného videozáznamu

Experiment proběhl v laboratořích Ústavu strojírenské technologie FS ČVUT v Praze. Na třech použitých formách z uvedených materiálů bylo pomocí izolační pásky používané při výrobě kompozitních dílů získáno vždy 14 oddělených buněk ve dvou řadách po 7 buňkách. Tyto buňky byly důkladně očištěny acetonem a následně ošetřeny příslušnou kapalinou. V jednotlivých buňkách pak bylo vyrobeno 7 vzorků rozměru cca 100 x 25 mm pro každou kombinaci materiálu formy a použité epoxidové pryskyřice. Mezi vrstvy skelné tkaniny byly umístěny přípravky k provedení následné odtrhové zkoušky. Po vytvrzení epoxidových pryskyřic na vzduchu za pokojové teploty 25 °C po dobu 24 hodin bylo přistoupeno k měření hodnot síly potřebné k oddělení vzorků od formy. Tyto hodnoty byly získány s pomocí laboratorního siloměru a výsledky analyzovány z pořízeného videozáznamu. Získané hodnoty síly potřebné k oddělení vzorků od formy jsou uvedeny v tabulce. Kombinace, pro které nejsou uvedeny hodnoty, potřebovaly k oddělení sílu větší než 200 N, což byl limit použitých měřicích zařízení. Grafická interpretace výsledků je patrná z grafů na obrázcích 2 a 3.

Z provedeného experimentu je patrné, že testované kapaliny s obsahem nanočástic křemíku jsou jako separátory vesměs použitelné velmi dobře, a to i přesto, že pro tento účel nejsou primárně určeny. Síla potřebná k oddělení vzorků od formy je řádově srovnatelná s průmyslově používanými separátory a v některých případech dokonce nižší.

Přestože před rozšířením těchto „nano" produktů do průmyslové výroby je potřeba provést ještě mnoho podrobnějších experimentů, je tento prvotní výzkum důležitým krokem. Ukazuje nám, že produkty založené na nanočásticích nejsou rozhodně slepou uličkou vývoje a ona slibná budoucnost je může čekat dříve, než si dnes připouštíme.

Ing. Marek Česal

Ing. Barbora Bryksí Stunová

ČVUT v Praze, Fakulta strojní

marek.cesal@gmail.com

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 110139
Datum: 16. 02. 2011
Rubrika: Trendy / Plasty
Autor:
Firmy
Související články
Makroplasty versus mikroplasty

Plasty se staly nenahraditelným materiálem sloužícím téměř všem oblastem lidské činnosti. V poslední době se pozornost odborníků i veřejnosti soustřeďuje na zcela nový ekologický fenomén, zvaný mikroplasty. Ve smyslu ekologické terminologie je pak možné výrobky z plastů označovat jako makroplasty.

Žíhání termoplastů

Moderní nauka o plastech v mnoha směrech vychází z nauky o kovech. Příkladem je žíhání, jeden ze způsobů tepelného zpracování. Společným účelem žíhání kovů i plastů je pomocí řízených teplotních změn dosáhnout rovnovážných stavů struktury a tím i cíleně ovlivňovat vlastnosti.

Plasty a kompozity v inovaci strojírenských výrobků

Plasty a kompozity s polymerní matricí přinesly revoluci v materiálových přístupech ke konstrukci strojírenských výrobků a zařízení. Nepřetržitě probíhající materiálové inovace v oblasti plastů a kompozitů spoluvytvářejí inovativní řešení ve strojírenství. Reagují na potřeby strojírenského průmyslu a stávají se kontinuálním procesem s jasnou perspektivou do budoucna.

Související články
Horké trysky jako nový standard

Studené plnicí kanály doprovázejí odvětví vstřikování plastů od prvopočátku. I dnes často vypadá tento způsob plnění dutiny jako ten nejjednodušší a nejelegantnější. Proč má tedy smysl zabývat se aplikací horkých trysek i do malých sérií a malých forem? Srovnejme oba způsoby plnění a porovnejme ekonomické přínosy.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Optimalizace plastových výlisků s obsahem přírodních vláken

V průmyslové výrobě, především v automobilovém průmyslu, se začíná prosazovat trend nasměrovaný k využívání obnovitelných materiálů, ke kterým mj. patří přírodní vlákna. Vývojáři nových výrobků se setkávají s požadavky na aplikační využití plastových materiálů vyztužených přírodními vlákny, jako jsou sisal, konopí, len atd.

Inteligentní řešení pro vstřikování plastů

Automatizace, výrobní technologie, optimalizace procesů a služby jsou nedílnou součástí filozofie rakouské společnosti Engel. Ta svá systémová řešení v oblasti zpracování plastů představila v říjnu pod mottem „více než stroj“ na veletrhu Fakuma 2015 v německém Friedrichshafenu.

Plasty pomáhají modernizovat strojírenství

S pokračujícím vývojem nových materiálů se mění i materiálová skladba strojírenských výrobků a zařízení. V současné době si již nelze rozvoj téměř všech strojírenských odvětví bez použití plastových materiálů představit. Vývoj pak ukazuje, že plasty budou hrát ve strojírenství stále významnější úlohu.

Jaká tajemství skrývá výroba razítek?

Představte si obyčejné moderní razítko. Připadá vám, že vyrobit je musí být velice jednoduché? Možná byste se divili. Složitá vulkanizace, vstřikolisovna s 21 vstřikolisy, obtížný proces barvení, to vše velmi náročné na stabilitu procesu. Tolik jen stručně o tom, s čím se během výroby razítek musíme u nás, v Colopu v Borovanech, denně potýkat. Chcete se dozvědět víc? Pak vás zvu ke čtení následujících řádků.

Laserové řešení pro plastikářský průmysl

Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

Absorbér energie, izolace nebo kreativní materiál?

Vypadá jako polystyren, ale není to polystyren. Rozdíl poznáte nejpozději ve chvíli, kdy jej vezmete do ruky. Řeč je o expandovaném polypropylenu, materiálu, který pod obchodním názvem Arpro vyrábí globálně působící japonská společnost JSP. Vnitřní struktura dílů z něj vyrobených na první pohled připomíná díly z pěnového polystyrenu, ale jejich vlastnosti jsou zcela rozdílné.

Nové vstřikovací jednotky pro vstřikovací stroje

Společnost Engel Austria od základu přepracovala své hydraulické vstřikovací jednotky a na veletrhu K 2016 od 19. do 26. října v Düsseldorfu představila novou generaci úspěšných řad vstřikovacích strojů Engel victory a Engel duo, které díky inovativním funkcím dosahují vyšší přesnosti, ergonomie a účinnosti.

Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

První plnobarevná stolní 3D tiskárna

Společnost Mcor představila jako první na světě plnobarevnou stolní 3D tiskárnu Mcor ARKe a klade si za cíl dostat tuto 3D tiskárnu do každé kanceláře či učebny.

Výroba stavebnic leteckých modelů

Pamětníci si možná vzpomenou na reportáž o výrobě plastikových leteckých modelů, která vyšla v MM Průmyslovém spektru 1, 2/2004. Když jsem loni na setkání uživatelů softwaru NX potkal pana Vladimíra Šulce, jednoho ze zakladatelů společnosti Eduard – Model Accessories, pozval mě, ať se k nim do Obrnic přijedu znovu podívat, protože za tu dobu se mnohé změnilo.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit