Prace doświadczalne planowane do realizacji w ramach zgłaszanego wniosku obejmują badania wstępne w tematyce zjawisk degradacyjnych występujących w trakcie procesu obróbki mechanicznej kompozytów warstwowych modyfikowanych środkami zmniejszającymi palność typu intumescent. Dotychczas opublikowane wyniki badań naukowych opisują w swym zakresie analizy procesu skrawania kompozytów polimerowych o osnowie z żywic chemoutwardzalnych wzmacnianych długimi włóknami szklanymi i węglowymi. W większości przypadków prace eksperymentalne skupiały się na technologii wiercenia, w tym analizie przebiegu procesu w odniesieniu do wybranych składów materiałów poddawanych obróbce, jakości wytworzonych otworów oraz procesowi delaminacji kompozytów.

Wyniki badań jednoznacznie wskazują na tworzenie się obszarów wpływu ciepła w obrębie miejsca obróbki, w których materiał kompozytowy wzmacniany włóknami nieorganicznymi ulega intensywnemu procesowi nagrzewania. Nawet krótkotrwałe obciążenie termiczne w zakresie temperatury powyżej 200°C może wpływać niekorzystnie na strukturę kompozytów i utratę ich właściwości wytrzymałościowych. W literaturze nie odnotowano dotychczas dogłębnej analizy wpływu procesu skrawania na zmiany strukturalne kompozytów modyfikowanych środkami obniżającymi palność. O ile powszechnie stosowane halogenowe antypireny wykazują w większości przypadków stabilność termiczną powyżej 200°C, to w odniesieniu do wysokich wartości temperatury obserwowanej w trakcie wysokowydajnego procesu skrawania możliwe jest ryzyko rozpoczęcia procesu ich degradacji i wystąpienia niekontrolowanego uszkadzania się struktury kompozytu. W wyniku rozkładu antypirenów zdyspergowanych w osnowie polimerowej przewiduje się powstanie ryzyka wytworzenia dodatkowych obszarów kumulacji naprężeń.

W efekcie tego zjawiska nie tylko wywiercony otwór stanowić będzie potencjalny karb stanowiący miejsce początku propagacji pęknięcia kompozytu, ale powstawać mogą wady strukturalne o nieznanej sile oddziaływania. Jedynie dzięki realizacji szczegółowych badań wpływu procesu skrawania uniepalnionych epoksydowych kompozytów warstwowych na tworzenie się zjawisk degradacyjnych w obszarze wpływu ciepła, możliwe będzie podjęcie w przyszłości szerszych prac związanych z modelowaniem zjawisk towarzyszących procesom skrawania, uwzględniających degradację termiczną środków dodatkowych.

Należy podkreślić, że jednym z najbardziej dynamicznie rozwijanych obszarów badawczych w zakresie wytwarzania polimerowych materiałów konstrukcyjnych jest poszukiwanie bezhalogenowych środków ograniczających palność. Wycofanie z użycia halogenowych antypirenów staje się koniecznością ze względów bezpieczeństwa, a ich nowe bezhalogenowe odpowiedniki cechują się w wielu przypadkach niższą stabilności termiczną, co dodatkowo uzasadnia podjęcie prac doświadczalnych w opisywanym

zakresie.

Planowane badania będą prowadzone w dwuetapowo.

Pierwsza etap prac zakłada wytworzenie, scharakteryzowanie i poddanie procesowi technologicznemu kompozytów warstwowych z włókien bazaltowych i żywicy epoksydowej modyfikowanej wybranymi halogenowymi i bezhalogenowymi środkami ograniczającymi palność. W przypadku każdej serii materiałowej wykonane zostaną wyroby zawierające w swej strukturze termopary, umiejscowione trwale w obrębie strefy wpływu ciepła powstającego w trakcie obróbki skrawaniem. Przed przystąpieniem do realizacji procesu wiercenia, wyroby scharakteryzowane będą pod kątem wyjściowych właściwości wytrzymałościowych, strukturalnych, termicznych i palności. Następnie kompozyty poddane będą procesom technologicznym przy zmiennych parametrach i zastosowaniu różnych geometrii narzędzi skrawających. Badania wykonywane będą z jednoczesną rejestracją temperatury, przy użyciu termopar wprowadzonych do struktury kompozytu na etapie jego wytworzenia oraz metodą termowizji.

Drugi etap - płyty kompozytowe poddane procesom skrawania analizowane będą pod kątem jakości wytworzonych otworów i procesów degradacyjnych powodujących zmiany ich struktury oraz właściwości. Zjawisko delaminacji kompozytów występującej w obszarze wiercenia zostanie zbadane przy użyciu cyfrowej analizy błędu okrągłości oraz za pomocą tomografii komputerowej 3D. Ocena zmian jakościowych w obszarze obróbki mechanicznej zostanie odniesiona do warunków temperaturowych w trakcie procesu technologicznego. Pozwoli to na podział efektów degradacji struktury kompozytów wynikających ze zjawisk mechanicznych oraz termicznych towarzyszących wierceniu. Po wykonaniu serii badań nieniszczących, definiujących strukturę kompozytów poddanych obróbce, wybrane serie materiałowe zostaną poddane analizie mikroskopowej i spektroskopowej oraz kompleksowej ocenie właściwości mechanicznych i termomechanicznych.

Podsumowując, uzyskane wyniki badań pozwolą na powiązanie parametrów procesu wiercenia oraz geometrii narzędzi skrawających ze zjawiskami degradacyjnymi występujących w trakcie obróbki kompozytów zawierających środki obniżające palność. Zaplanowany do realizacji plan badań pozwoli na podział zmian strukturalnych w obszarze obróbki mechanicznej kompozytów, na efekty spowodowane obciążeniami mechanicznymi w obszarze wiercenia oraz oddziaływaniem temperaturowym.

Zaplanowane do realizacji prace eksperymentalne pozwolą określić, które z zastosowanych parametrów procesu technologicznego, jak również rodzaje i geometrie narzędzi skrawających, decydują w największym stopniu o tworzeniu się niekorzystnych warunków temperaturowych w trakcie skrawania.

Zdefiniowanie problemu występowania złożonych procesów degradacyjnych kompozytów warstwowych i wynikającego z nich pogorszenia ich właściwości mechanicznych, stanowić będą początek prac eksperymentalnych związanych z tematyką obróbki mechanicznej kompozytów modyfikowanych antypirenami. W dalszej perspektywie czasowej, zakłada się podjęcie działań naukowych w zakresie opracowania wytycznych do modelowania procesów skrawania materiałów kompozytowych o złożonej budowie. 

Ponadto należy podkreślić, że w przypadku zjawisk degradacji termicznej polimeru oraz antypirentów tworzyć będą się również niekorzystne zjawiska uwalniania się związków małocząsteczkowych, które w bezpośredni sposób mogą powodować zagrożenia bezpieczeństwa pracy operatorów maszyn, co stanowi również dodatkowy obszar badawczy.