Hibridtöltésű vezetőképes műanyagok fejlesztése

XXXI. OTDK, Műszaki Tudományi Szekció, 13A_Könnyű-, élelmiszer- és műanyagipari technológiák tagozat

Helyezés: 2

Nevező intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar

A pályamunka szerzője: Király Anett
Szak: Gépészmérnöki MSc, Képzés típusa: MSc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Gépészmérnöki Kar


Témavezető:
Dr. Ronkay Ferenc - egyetemi docens, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar


Munkámban két- és háromféle vezetőképes töltőanyaggal adalékolt polipropilén mátrixú anyagokat állítottam elő (összesen több, mint 50-féle összetételben), majd a különböző anyagösszetételeken vezetőképesség méréseket, mechanikai és optikai mikroszkópos vizsgálatokat végeztem. A kétféle töltőanyagot tartalmazó anyagok esetében a töltőanyagok folyóképességre gyakorolt hatását is vizsgáltam.

A csak kormot és grafitot tartalmazó anyagok esetében a két töltőanyag szinergikus hatást gyakorolt egymásra; magasabb grafittartalom mellett a korom arányának emelése jobban növelte a vezetőképességet. Optikai mikroszkópos vizsgálatok segítségével bizonyítottam, hogy a grafitszemcsék eloszlása jelentős hatással van a mechanikai tulajdonságokra. Az anyagok kis koromtartalomnál rugalmasabban viselkedtek, mint a csak grafitot tartalmazó polimerek, mivel az eloszlatott grafitszemcsék átlagos mérete csökkent. Magasabb koromtöltésnél azonban a grafitszemcsék ismét növekvő méretű aggregátumokká álltak össze, ami növelte a merevséget és csökkentette az ütőszilárdságot.

A háromféle – grafitot, kormot és szén nanocsövet – tartalmazó anyagok esetében a vezetőképesség értékekben exponenciális keverékszabály szerinti csökkenést tapasztaltam a növekvő nanocső arány függvényében. A korom és a szén nanocsövek között - a nanocsövek elégtelen eloszlatása miatt - nem lehetett szinergikus hatást kimutatni, de a CB-CNT keveréket bármilyen arányban és összetételben tartalmazó anyagok fajlagos vezetőképessége így is magasabb lett, mint a csak grafitot tartalmazóké. A vezetőképességet ábrázoló görbék trendje hasonlított a hajlító rugalmassági modulus értékek változásához, ennek oka, hogy a diszpergálódó korom mennyiségét csökkentve a molekulaláncok mozgásának „gátoltsága” csökkent, az anyag rugalmasabbá vált. Szintén hasonlóság volt megfigyelhető a hajlítószilárdság és az ütőszilárdság értékek alakulása között.

A fejlesztés eredményeit a pécsi Kontakt Elektro Kft. hasznosítja, az általam préselt lapokból kimunkált bipoláris lemezek teljesítménye mindössze 20%-kal maradt el a gyári bipoláris lemezekétől és az ipari termelést szimuláló fröccsöntési kísérletek is bíztató eredményekkel zárultak. A jövőben célom az anyagok további fejlesztése és fröccsöntési kísérletek folytatása.