Bc. Martina Müllera Využití uhlíkových nanočástic z recyklovaných uhlíkových vláken pro snížení pórovitosti C-C kompozitů

(1)

Hodnocení diplomové práce Bc. Martina Müllera

Využití uhlíkových nanočástic z recyklovaných uhlíkových vláken pro snížení pórovitosti C-C kompozitů

Předložená diplomová práce se zabývá studiem využití recyklovaných uhlíkových vláken ve formě mletých nanočástic k densifikaci matrice v kompozitech uhlík-uhlík (C-C). C-C kompozity jsou konstrukční materiály známé pro své výjimečné mechanické a tepelné vlastnosti. Vyrábějí se nejčastěji pyrolýzou kompozitů uhlík-polymer (C-P), kde je výztuž tvořena uhlíkovými vlákny a matrice termosetovou (nejčastěji fenolickou) pryskyřící. Tato pryskyřice je v procesu pyrolýzy (karbonizace) transformována na uhlíkovou matrici. Během vytvrzování a karbonizace se ve struktuře matrice vytváří velké množství dutin a trhlin, které nepříznivě ovlivňují zejména mechanické vlastnosti těchto matric.

Pro zlepšení vlastností matric se používají různé více či méně úspěšné metody densifikace, jako reimpregnace a rekarbonizace kompozitů, densifikace pomocí par uhlovodíků apod. Většina těchto procesů je drahá a pro průmyslovou výrobu pomalá. V poslední době je proto věnována velká pozornost densifikaci pryskyřic pomocí uhlíkových nano a/nebo mikročástic. Jako plniva jsou použity saze, nanotrubice nebo nanopeletky. Všechny tyto částice je ovšem nutné nejprve vyrobit.

Naproti tomu částice z mletých recyklovaných uhlíkových vláken představují relativně levný zdroj uhlíkových nanočástic.

Autor se tedy v teoretické části zabýval obecným popisem uhlíkových materiálů (kompozitů i vláken), jejich rozdělením, způsobem výroby, strukturou a vlastnostmi. Podrobně popsal problematiku pórovitosti uhlíkových materiálů a metody využívané k jejímu snižování. Zaměřil se zejména na možnosti densifikace uhlíkové matrice, které jsou v současné době používány a zkoumány. Zvlášť popsal metodu densifikace polymerních prekurzorů pomocí uhlíkových nanotrubiček a dalších nano- a/nebo mikroforem uhlíku, které slouží jako nosiče dalších vrstev krystalického uhlíku v polymerní matrici.

V rozsáhlé praktické části se autor zaměřil na samotný proces densifikace polymerního prekurzoru matrice pomocí uhlíkových nanočástic, připravených mletím recyklovaných uhlíkových vláken. Na základě předchozí rešerše zvolil jako prekurzor fenolickou pryskyřici rezolového typu doporučovanou pro výrobu uhlíkové matrice, kterou si následně sám vyrobil. Dále připravil mleté uhlíkové nanočástice, jejichž velikost a strukturu analyzoval pomocí elektronové mikroskopie.

Navrhl optimální hmotnostní poměry nanoprášků a fenolické pryskyřice tak, aby nedošlo k nežádoucímu nárůstu viskozity pryskyřice. Na závěr připravil čtyřvrstvé kompozity uhlík/polymer

s různým množstvím uhlíkových nanočástic v matrici. Část těchto vzorků podrobil analýze struktury

(2)

a vlastností, část podrobil postupné karbonizaci až na teplotu 1000°C. V této fázi se také potýkal s problematikou oxidace uhlíkových vzorků v nové pyrolyzační peci na Katedře materiálového inženýrství. Protože problém přetrvával, provedl finální karbonizaci na 1000°C v menší laboratorní peci na Katedře netkaných textilií. V průběhu přípravy vzorků sledoval změny ve struktuře kompozitů C-P a C-C v závislosti na stupni densifikace pryskyřice. U vzorků C-P sledoval i změny mechanických vlastností. Vzorky C-C kompozitů bohužel nebyly dostatečně veliké pro vybrané mechanické zkoušky. Vliv uhlíkových nanočástic na strukturu (zejména pórovitost) uhlíkové matrice tak studoval pouze pomocí analýzy mikrofotografií struktury.

V diskusi je pak podrobně popsán pozorovaný vliv uhlíkových nanočástic na strukturu a vlastnosti výsledných C-P a C-C kompozitů. Autor správně upozorňuje na problematiku spolehlivosti získaných dat, vzhledem k malému množství měření, které bylo způsobeno omezeným množstvím vyrobených kompozitních vzorků. Logicky a správně diskutuje pozorované trendy a navrhuje další postupy pro hlubší analýzu dané problematiky.

Práce je zpracována na solidní teoretické a odborné úrovni. Postup práce, přístup k náročné problematice i provedení prací lze považovat za správné. Práce je logicky členěna do kapitol.

Jednotky, zkratky i symboly jsou používány v souladu s předpisy a doporučeními pro technické publikace. Literární odkazy dokumentují snahu studenta o získání dostatečného počtu informací.

Veškeré problémy vycházejí z novosti problematiky a malé praktické zkušenosti s přípravou uhlíkových kompozitů. Předložená práce je však velmi užitečným zdrojem informací k hlubšímu studiu dané problematiky. Navíc se jedná o problematiku velmi aktuální, neboť s rostoucím tlakem na ekologickou likvidaci uhlíkových kompozitů a zájmem o maximálně efektivní využití uhlíkových vláken z těchto odpadů, je řešení tohoto úkolu předmětem výzkumu na řadě špičkových světových pracovišť.

Předložená diplomová práce tak zcela splnila zadání. Autor prokázal schopnost samostatně řešit zadané téma a splnil požadavky kladené na inženýrské práce. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm

– výborně –

V Liberci, 24.01. 2014 Ing. Blanka Tomková, Ph.D.

vedoucí diplomové práce