POLYMER MATERIALS SCIENCE IN THE ENGINEERING CURRICULA

The teaching program of the re-designed Department of Polymer Engineering and Textile Technology is outlined. The advanced science and technology of polymers is well reflected in the recent technical literature, textbooks and monographs. The new teaching programs of the department serving the new modular educational system of the future mechanical engineers is surveyed. The department offers postgraduate programs and plans for ad- vanced R/D activity on both polymer and textile engineering

ELECTRON-BEAM PROCESSING OF WOOD FIBRE REINFORCED POLYPROPYLENE

High aspect ratio (LID> 100) cellulosic fibres can be used as efficient reinforcement for different thermoplastics. A procedure has been developed for wood fibre reinforced thermoplastic composites, applying a relatively small amount of reactive additive that compatibilize the synthetic and natural polymer components. Electron Beam (EB) treatment is a productive method of creating active sites on both matrix polymer and fibrous reinforcement, bound together through reactive additive. The EB-processed, wood fibre reinforced polypropylene composite has not only a high modulus of elasticity, but also significantly higher flexural and tensile strength and improved thermal tolerance over the conventional wood fibre - polypropylene blends. The relatively low melt viscosity of our wood fibre reinforced polypropylene makes it easily processed not only by extrusion but also by injection molding. In the procedure recycled raw materials (e.g. fibres from recycled paper pulp or byproducts of the woodworking industry) can be used and the product is a fully recyclable composite. The original procedure elaborated in Hungary was further developed and tried out in pilot scale at Canada. EB treatment, extrusion and thermoforming of the extruded sheets has been performed and applied to produce internal automobile parts, with the co- operation of Atomic Energy of Canada Ltd. (AECL) Whiteshell Research Laboratories. Technical feasibility and improved product quality have been demonstrated. The justifi- cation of high upfront investment costs of the EB processing line remained in discussion

Cellulóz alapú anyagokkal erősített/töltött biodegradábilis polimer kompozitok kifejlesztése, és tulajdonságainak elemzése = Developing of cellulose based reinforced/filled biodegradable polymer composites and investigation its properties

Pályázatunkban részben, ill. teljesen lebomló új polimer és polimer kompozit anyagokat, valamint gyártástechnológiákat fejlesztettünk ki általános-, ipari- és orvostechnikai alkalmazásokhoz. Munkánk során elemeztük a cellulóz és más természetes alapú szálak, valamint mátrixok tulajdonságait, új számítási modellt alkottunk a viselkedésük pontosabb leírására. Az alkalmazott mátrixok, szálak és adalékanyagok számos kombinációjával új receptúrákat fejlesztettünk ki javított reológiai- és mechanikai tulajdonságú rendszerek létrehozása érdekében. A kompozitokat felépítő egyes alkotók közötti kapcsolat ellenőrzésére új eszközt fejlesztettünk a szál/mátrix határfelületi adhézió, a nyírószilárdság megbízhatóbb mérésére. A kifejlesztett kompozitok biodegradábilis tulajdonságait lebomlásvizsgálatokkal ellenőriztük. Az új típusú anyagokból gyártandó termékek előállításához gyártástechnológiát fejlesztettünk és meghatároztuk a gyártási paraméterek optimális intervallumát. Félüzemi és üzemi kísérletekkel prototípus termékeket gyártottunk az anyagok és technológiák ipari alkalmazhatóságának alátámasztására. | In our project partly and fully degradable polymers, polymer composites and production technologies have been developed for general, industrial and biomedical applications. In our work properties of cellulose based and other natural fibers and matrices have been analyzed, a new predictive model has been developed to describe their behavior more precisely. Using several combinations of the matrices, fibers and additives new formulations have been developed to achieve systems with improved rheological and mechanical properties. A new device has been developed to test the interactions between the components constituting the composites, which allows a more reliable determination of fiber/matrix adhesion and shear strength. Biodegradability of the newly developed composites has been proved by degradability studies. Production technologies have been developed for manufacturing products from the new materials and the optimum intervals of production parameters have been determined. In pilot plant scale and in full scale experiments prototype products have been manufactured to prove the industrial viability of the materials and technologies

Polimer szerkezeti elemek hegesztésének optimalizálása = Optimalization of welded structures from polymer elements

Pályázatunkban a kézi hőlégfúvós hegesztési eljárást automatizáltuk saját tervezésű és kivitelezésű hegesztőportál segítségével, amellyel célunk az emberi tényezők kizárása, az ellenőrizhetőség kialakítása és a reprodukálhatóság biztosítása volt a hegesztés során. Mérhetővé, valamint szabályozhatóvá tettük a hegesztési paramétereket, ezáltal lehetőség nyílt a hegesztési paraméterek közötti összefüggések feltárására. A független hegesztési paramétereket (hegesztési hőmérséklet, hegesztési térfogatáram) öt szinten, a hegesztő szakembertől függő paramétereket (hegesztési sebesség, hegesztőerő) három szinten vizsgáltuk. Két faktor szerinti keresztosztályozású varianciaanalízis segítségével bebizonyítottuk, hogy a varrat szilárdságára mind a négy hegesztési paraméter hatása szignifikáns és a hegesztett varrat minősége komplexen függ a négy hegesztési paramétertől. Mikro-szakítóvizsgálatokkal elemeztük a varrat deformációját, valamint a hegesztett varrat hőhatásövezetének polarizált fényű mikroszkópos vizsgálata alapján megalkottuk a forrógázos hegesztés során kialakult hőhatásövezet szupermolekuláris szerkezetének modelljét. A külső, mérhető geometria és a varrat szilárdsága közötti kapcsolat elemzéséhez bevezettünk egy dimenzió nélküli mennyiséget, a varratgeometriai tényezőt, amelynek segítségével az ipari gyakorlatban is közvetlenül megállapítható a varrat jósága, roncsolásos vizsgálatok nélkül. | In our project a welding portal was designed and built to make the welding parameters of manual hot-gas welding reproducible and independent of human factors. We made the welding parameters controllable, and hence the observation and definition of the relationship between the welding parameters became possible. The independent parameters (welding temperature, air flow rate) were analysed at five levels, while human-dependent variables (welding speed, welding force) at three levels. On the basis of two way analysis of variance, we concluded that all the four welding parameters have significant impact on welding strength, and they all influence the quality of the welded seam. We analysed the deformation of the seam with micro-tensile tests, and the heat affected zone of the welded seam was analyzed with polarized light microscope. On the basis of the observation the supermolecular model of the heat affected zone was created. A dimensionless quantity was introduced, as the welded seam coefficient, and it turned out to have correlation with the welding strength. With the help of this coefficient the quality of the seam can be determined directly without destructive materials testing in the industrial practice

Szálas szerkezetek és szálerősítésű kompozitok statisztikus szerkezeti-szilárdsági modellezése és komplex vizsgálata = Statistical modelling and testing the structure and strength of fibrous structures and fibre reinforced composites using complex methods

A szálas szerkezetek korábban megalapozott szálkötegcella modellezési módszerének továbbfejlesztéseként kidolgoztuk az alapkötegek tulajdonságait kombináló EHS, EHT, EST és EHST szálkötegcellák egyedi, valamint a sorba kapcsolt alapkötegek eredő húzóerő-folyamatának meghatározási módjait. Kimutattuk, hogy az egyirányú rövidszálas rendszer, vagy kompozit várható húzóerő-folyamata párhuzamosan kapcsolt szálkötegcellákkal írható le. Amennyiben a befogási hossz sokkal nagyobb az átlagos szálhossznál, úgy a fokozatos tönkremenetelt is tartalmazó húzóerő-folyamat az ES köteg módosított formáival, az ES1 vagy ES2 köteggel írható le. Másik alkalmazásként többrétegű fonatolt szerkezettel erősített kompozit csövek húzási tulajdonságait leíró kötegmodellt dolgoztunk ki. Mért húzóerő folyamatok szálkötegcella módszerrel történő modellezésére és/vagy szálkötegcella hálózatok elemzésére FiberSpace-nek elnevezett programrendszert dolgoztunk ki és valósítottunk meg, amelyet folyamatosan fejlesztünk. Végeselemes modellt dolgoztunk ki a vákuuminjektált szerszámban előállított laminált kompozit lapok irány és méretfüggő tulajdonságainak feltárásra, a hajlítóvizsgálatok során megfigyelt deformációs, akusztikus emissziós és tönkremeneteli jelenségek elemzésére. Fonalak, rovingok, szálpaplanok víz- és gyantafelvételi folyamata, vákuuminjektáló szerszámban a gyantafelvételi folyamat jól leírhatónak bizonyult a Lucas-Washburn egyenlet általunk kidolgozott közelítő explicit megoldásával. | As a new development of the fiber-bundle-cells (FBCs) modeling method established earlier we elaborated the ways of determining the tensile force process of the combined FBCs such as EHS, EHT, EST, and EHST bundles as well as that of the serial connection of FBCs. It was shown that the expected value process of the tensile force of a unidirectional short fiber system or composite could be modeled with parallel connected FBCs. If the gauge length is much greater than the mean fiber length the tensile force process including the gradual damages could be described with the modified forms of the ES-bundle that are the ES1 and ES2 bundles. As another application we developed a FBC model for describing the tensile properties of composite tubes reinforced by braided structures. For modeling measured tensile processes with FBC method and/or analyzing networks of FBCs a software package named FiberSpace was and has been being developed. A FEM model was worked out to reveal the size and direction dependent properties of composite sheets produced in vacuum-injection tool as well as to analyze the deformation, damage, and acoustic emission phenomena observed during bending tests. Water and resin take up process of yarns, rovings, fiber mats and resin absorption in the vacuum-injection tool proved to be describable with the approximate explicit solution of Lucas-Washburn equation developed by us

Quelques particularités des peroxydations radiochimiques. Greffage de l’acrylonitrile sur le polypropylène peroxydé

On a étudié le greffage à 80° de l’acrylonitrile sur des films de polypropylène préirradiés en présence d’air à différentes températures. Les résultats montrent que le polypropylène subit une hydropéroxydation en chaîne lorsqu’il est irradié à des températures supérieures à 0°. En dessous de cette température des radicaux restent piégés dans le polymère et sont seuls responsables du greffage. Un point de transition a été décelé dans le polymère à 0°. L’influence de la dose de rayonnement a été examinée à 40°. On a trouvé que la vitesse de greffage est directement proportionnelle à la dose de préirradiation jusqu’à 155 kilorads. Un effet de saturation apparaît au-dessus de cette dose. On discute l’ensemble des résultats dans le cadre d’un schéma cinétique simple de la peroxydation en chaîne. Des résultats en apparence contradictoires obtenus antérieurement s’expliquent à l’aide d’une compétition mettant en jeu les radicaux peroxydes qui peuvent soit se recombiner soit propager la chaîne en arrachant un atome H à l'hydrocarbure