Vlákny vyztužené polymerní kompozity: příprava, mechanické vlastnosti a termická analýza

Abstract

V dnešní době se polymerní kompozity široce používají, proto je důležité podrobně zkoumat jejich vlastnosti do hloubky a za různých podmínek. Vláknem vyztužený polymer (FRP-Fiber-reinforced polymer) je kompozitní materiál s polymerním pojivem jako matricí a vlákny jako výztužnou fází. Jak je všeobecně známo, teplota má velký dopad na vlastnosti materiálů, zejména v případě vláknem vyztužených kompozitů, které mají polymerní matrici, protože polymery jsou relativně citlivé na vysoké teploty kvůli své viskoelastické povaze. V této disertační práci byly pomocí různých výrobních technologii připraveny vláknem vyztužený kompozity s uhlíkovými, aramidovými, skleněnými a čedičovými vlákny. Byly zkoumány různé mechanické vlastnosti, jako je pevnost v tahu a ohybu, zejména byla pozornost věnována termické analýze vláknem vyztužených kompozitů prostřednictvím dynamické mechanické analýzy (DMA), termomechanické analýzy (TMA) a termogravimetrické analýzy (TGA). Zejména v první experimentální části pojednání k dizertační práce byly polymerní kompozity vyztužené skleněnými nebo uhlíkovými vlákny připraveny metodou vakuového lisování s použitím prepregových materiálů. Použitá vlákna jsou ve tkané formě s orientací 0° (0°/ 90°) nebo 45° (-45°/ + 45°) a v jednosměrné formě v podélném nebo příčném směru. V experimentální části tohoto pojednání byl zkoumán optimální typ vláken a jejich orientace prostřednictvím DMA a byla stanovena teplota skelného přechodu (Tg) kompozitů. Ve druhé experimentální části Pojednání disertační práce byly pomocí kombinované metody ruční laminace pod vakuovou fólii připraveny bazaltové vlákny vyztužené polymerní (BFRP) kompozity s epoxidovou matricí, pozůstávající s 20 vrstev a objemovým podílem vláken Vf = 53,66 %. Navíc pomocí DMA bylo prozkoumáno jejich viskoelastické chování v teplotním rozsahu 30 - 180 °C a frekvenčním rozsahu 1, 5 nebo 10 Hz, zatímco TMA byla zvolena na studium zkoušek creepového zotavení a napěťové relaxace. Kromě toho byla stanovena teplota skelného přechodu (Tg) kompozitů BFRP pomocí píku křivek tan(delta), zatímco rozklad kompozitů BFRP a čedičových vláken ve vzduchu nebo v atmosféře dusíku byl zkoumán TGA. Také mechanické chování kompozitů BFRP bylo experimentálně zkoumáno v tahu a v tříbodovém ohybu. Je třeba poznamenat, že v rámci zpracování následné disertační práce byly vyrobeny uhlíkové, aramidové nebo uhlík/aramidové hybridní vlákny vyztužené polymerní kompozity, které byly následně vytvrzeny při zvýšených teplotách a bylo zkoumáno jejich tepelné a mechanické chování. Tyto epoxidové kompozity po 7 dnech vytvrzování při pokojové teplotě byly dodatečně vytvrzované podle specifického vytvrzovacího režimu. Vliv dodatečného vytvrzování byl zkoumán pomocí termické analýzy a tyto experimentálně naměřené výsledky budou prezentovány v rámci disertační práce.