Sposób wytwarzania laminatu magnez-węgiel

ZESPÓŁ AUTORSKI:

Politechnika Lubelska

• Monika Ostapiuk, dr inż.- Kierownik zespołu
• Jarosław Bieniaś, dr hab.inż. Prof Uczelni
• Barbara Surowska, prof. dr hab.
• Ana Clara Lopes Marques, prof.

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania materiału kompozytowego, zawierającego na przemian ułożone warstwy magnezu i kompozytu węglowo/epoksydowego, który posiada dodatkowo mikrokapusułki mogące samozaleczać materiał. Takie laminaty należą do materiałów inteligentnych, to znaczy zmieniających korzystnie i samoczynnie swoje właściwości lub strukturę w warunkach eksploatacji. Technologia będąca przedmiotem wynalazku prowadzi do uzyskania warstw polimerowych zawierających mikrokapsułki, które pękając pod wpływem obciążenia uwalniają związek samozaleczający, a więc naprawiają powstające uszkodzenia wewnętrzne. Laminaty metalowo-kompozytowe stosowane są w odpowiedzialnych konstrukcjach, między innymi lotniczych, które narażone są na drgania mechaniczne i środowisko korozyjne. Zastosowanie mikrokapsułek pozwoli na podwyższenie trwałości konstrukcji, dzięki procesowi samonaprawy defektów w kompozycie i w połączeniu warstw laminatu oraz dzięki właściwościom antykorozyjnym tworzącej się warstwy samonaprawczej.

ISTOTA WYNALAZKU

Materiały kompozytowe stały się w dzisiejszych czasach bardzo popularne w różnych gałęziach przemysłu. Pierwsze laminaty zawierające warstwy aluminium i kompozytu szklano/epoksydowego, zostały zastosowane w lotnictwie, na przykład w samolocie pasażerskim Airbus typu A380. Nad laminatami typu FML (ang. Fiber Metal Laminates), pracuje wiele ośrodków naukowych oraz firm, które chcą wdrażać nowe rozwiązania bazujące na kompozytach warstwowych. Stąd podjęto zagadnienie opracowania sposobu wytwarzania nowego rozwiązania bazującego na stopie magnezu AZ31 oraz kompozycie węglowo/epoksydowym. Połączenie tych dwóch materiałów stanowi nowe rozwiązanie, korzystne ze względu na wytrzymałość i lekkość struktury. Niepożądanym zjawiskiem, które może pojawić się w takim połączeniu jest korozja warstw magnezowych, co może doprowadzić do rozwarstwienia materiału. Dlatego głównym celem wynalazku było dodatkowe umieszczenie pomiędzy warstwami magnezu a kompozytu warstwy z mikrokapsułkami, jako materiałem samozaleczającym (ang. self-healing) w momencie gdy następuje utrata ciągłości materiału. Mikrokapsułki zawierają specyficzne związki chemiczne, które uwalniając się stanowią środek zabliźniający uszkodzoną strukturę wewnętrzną. Ponadto tworząca się nowa warstwa posiada cechy antykorozyjne i stanowi warstwę izolującą pomiędzy magnezem a włóknem węglowym. Sposób wytwarzania laminatu, będący przedmiotem wynalazku, bazuje na metodzie autoklawowej, czyli wykorzystaniu komory o kontrolowanym ciśnieniu, podciśnieniu i temperaturze, co pozwala na uzyskanie najwyższej jakości wyrobu. Do wytworzenia laminatu stosuje się formę aluminiową o zadanym kształcie. Na formie układa się kolejno składowe czyli, cienką blachę ze stopu magnezu z przygotowaną warstwą mikrokapsułek, następnie kompozyt węglowo/epoksydowo i znowu warstwę stopu magnezu z mikrokapsułkami. W patencie zastrzeżono różny układ kątowy warstw kompozytowych i sposób wykonania warstwy z mikrokapsułkami. Formę z warstwami laminatu zamyka się w worku próżniowy a następnie polimeryzuje w autoklawie uzyskując gotowy wyrób. Gdy tak wykonany wyrób poddany będzie obciążeniom, drganiom itp. to w momencie powstania wewnętrznego uszkodzenia pękają mikrokapsułki uwalniając aktywny środek. Następuje wówczas proces reakcji prowadzący do samozaleczenia (samonaprawy) uszkodzeń. Powstająca nowa warstwa pomiędzy metalem a kompozytem ma również właściwości izolacyjne a więc zapobiega procesowi korozji.
Reasumując, istotą wynalazku jest wytworzenie nowej generacji laminatów metalowo-włóknistych, w których nowatorskim składnikiem jest warstwa zawierająca mikrokapsułki, mające zdolność samonaprawy uszkodzeń wewnętrznych materiału, podwyższając tym samym jego trwałość.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Wynalazek, jakim jest sposób wytworzenia laminatu magnez/węgiel, może być wykorzystany w gałęziach przemysłu takich jak: lotnictwo, przemysł motoryzacyjny, kolej, środki transportu wodnego, energetyka wiatrowa itp. Laminaty magnez/włókno węglowe są bardzo korzystne ze względu na mały ciężar i wysoką wytrzymałość. Dodatkową istotną cechą tych materiałów jest ich zdolność do samozaleczania uszkodzeń i podwyższona odporność na korozję. Wdrożenie wynalazku nie wymaga znacznych nakładów, gdyż w uzasadnionych przypadkach sposób wytwarzania może być zmodyfikowany, przez zastąpienie technologii autoklawowej tańszymi technologiami poza autoklawowymi. Kluczowym etapem jest wykonanie warstwy z mikrokapsułkami. Na chwilę obecną nie ma komercyjnych preparatów zawierających wymagane składniki. Z tego względu komercjalizacja powinna przebiegać przy ścisłej współpracy przedsiębiorcy z twórcami wynalazku, którzy posiadają wiedzę i doświadczenie w wytwarzaniu inteligentnych mikrokapsułek.