Název: Příprava a charakterizace lehčených polymerních materiálů s hierarchickou celulární strukturou
Překlad názvu: Preparation and characterization of lightweight polymer materials with hierarchical cellular structure
Autoři: Režnáková, Ema ; Ondreáš, František (oponent) ; Lepcio, Petr (vedoucí práce)
Typ dokumentu: Diplomové práce
Rok: 2020
Jazyk: slo
Nakladatel: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstrakt: [slo] [eng]
Asymetrické usporiadanie celulárnej štruktúry umožňuje presné funkčné prispôsobenie sa na všetkých úrovniach hierarchie, čo odvodzuje vynikajúce vlastnosti pre vývoj nových materiálov. Hlavným cieľom zavedenia hierarchie do bunkových štruktúr je zlepšenie mechanického správania za súčasného uchovania elastických vlastností materiálu. Časť práce je venovaná literárnej rešerši problematiky ľahčených polymérnych materiálov s hierarchickou celulárnou štruktúrou, pričom zvyšná pozornosť je upriamená na prípravu týchto polymérnych štruktúr z PLA prostredníctvom 3D tlače, následnej saturácie v CO2 a penením vo vopred vyhriatom silikónovom oleji na zvýšenú teplotu. Vzorky boli pripravené z naturálneho a bieleho PLA filamentu. Na základe série experimentov boli identifikované optimálne podmienky pre proces saturácie a penenia. Prostredníctvom 3D tlače a penenia bola do vzoriek v tvare trámikov zavedená jedno-, dvoj- a troj-úrovňová hierarchia a pomocou mechanickej skúšky v trojbodovom ohybe bol sledovaný vplyv vnútorného usporiadania buniek na deformačnú odozvu materiálu. Zvyšovanie úrovne hierarchie viedlo k zvyšovaniu odolnosti materiálu, čo sa prejavilo vysokými hodnotami pevnosti a deformačnej energie (húževnatosti), vztiahnutých na hustotu daných vzoriek. Najlepšie výsledky dosahovali vzorky so „sendvičovou“ štruktúrou s tromi úrovňami hierarchie s 30% výplňou. V porovnaní s gradientnými štruktúrami došlo aj napriek kratšej oblasti plateau k výraznému zvýšeniu pevnosti a deformačnej práce. Prínos takto pripravených polymérnych štruktúr do danej oblasti výskumu bol zároveň dokázaný porovnaním s teoretickým modelom. The asymmetrical arrangement of cellular structure allows for an accurate functional adaptation at all levels of hierarchy, which derives excellent features for the development of new materials. The main objective of introducing a hierarchy into cellular structures is to improve the mechanical behaviour of the material while maintaining its elastic properties. A part of this work is devoted to the literature review related to the lightened cellular polymeric materials with hierarchical cellular structure. The rest is focused on the preparation of PLA based polymer structures using 3D printing, followed by a saturation in CO2 and a foaming in a silicon oil at elevated temperature. Samples were prepared from natural and white PLA filaments. Based on a series of experiments, optimal conditions for the saturation and foaming process were identified. Through 3D printing and foaming, a one-, two- and three-level hierarchy was introduced into the beam-shaped samples and the effect of the internal cell arrangement on the strain response of the material was examined by the means of a mechanical three-point bending test. Increasing the level of the hierarchy led to an increase in material resistance, which resulted in high values of strength and strain energy (toughness) based on the samples density. The best results were achieved by samples with “sandwich” structure with three levels of hierarchy and 30% filling. Despite the shorter plateau, there was a significant increase in strength and strain energy compared to gradient structures. At the same time, the contribution of the polymer structures prepared in this field of research was demonstrated by comparison with the theoretical model.
Klíčová slova: 3-point bending; 3D printing; CO2 saturation; hierarchical cellular materials; mechanical testing; PLA; polymer foams

Instituce: Vysoké učení technické v Brně (web)
Informace o dostupnosti dokumentu: Plný text je dostupný v Digitální knihovně VUT.
Původní záznam: http://hdl.handle.net/11012/190994

Trvalý odkaz NUŠL: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-414127


Záznam je zařazen do těchto sbírek:
Školství > Veřejné vysoké školy > Vysoké učení technické v Brně
Vysokoškolské kvalifikační práce > Diplomové práce