Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Упаковочные материалы на основе полилактида и древесного наполнителя. Монография
.pdf
Рис. 30. Зависимость модуля упругости от содержания древесного
наполнителя в композите
увеличение содержания волокон повышает межфазное взаимодействие и ослабляет взаимодействие «волокно-матрица» что приводит к
тенденции к уменьшению предела прочности на разрыв. В общем, полимерная матрица композитов, армированных с высоким содержанием волокна с низким модулем волокна как древесное волокно, которые сделаны, применяя давление приведет к высокой пористой структуре и их последующая сила будет намного ниже, чем у чистой матрицы PLA.
Добавление наполнителя в больших количествах может снизить нагрузку на излом композита, поскольку увеличение количества
наполнителя приведет к уменьшению количества полимерной матрицы для его удлинения. На рис. 31 видно, что уменьшение деформации
разрушения наполненного композита прямо пропорционально увеличению загрузки древесного волокна, объясняющегося тем, что с увеличением содержания волокна снижается адгезия на границе раздела
фазволокно-матрица, что в последующем приводит к более быстрой,
чем излом чистого PLA.
101
Рис. 31. Гистограммы зависимости напряжения на излом
от содержания древесного наполнителя в композите
Необходимо отметить, что излом необработанных волокон
композита по содержанию волокон по массе значительно снижен на
10% и ниже примерно на 25% по сравнению с чистым PLA. По многочисленным исследованиям можно узнать, что снижение относительного удлинения на разрыв с добавлением волокон для полимеров является общей тенденцией и наблюдается в термопластичных композиционных материалах. Кроме того, введение более высокого количества волокна увеличивает возможность волокна к агломерации и может привести к образованию сосредоточенной области напряжений,
где требуется меньше энергии, чтобы развить распространение трещины. Как видно на рис.29–31, термическая обработка древесных волокон улучшило свойства на растяжение наполненных композиционных материалов.
Термическая обработка натуральных волокон на самом деле является процессом активации поверхности, приводящей к образованию
неровной поверхности волокон. она очищает поверхностные примеси и
делает их шероховатыми с большим количеством ямок на поверхности
волокон. Формирование этих данных приводят к большему механическому переплетению матрицы на поверхности волокон и делает меж-
102
фазное сцепление более сильнее. В результате механические свойства
термически обработанного природных армированных волокном биокомпозитов улучшаются. Увеличение прочностных свойств в случае
обработки может быть из-за более высокой волоконной матрицы в на
границе раздела фаз и физической связи, т.к. физическое связывание
также увеличивается после термической обработки из-за дипольных
взаимодействий между волокном и матрицей. Экспериментальные результаты показали, что предел прочности на разрыв лучше всего может
быть получен при содержании волокна по массе 20%.
3.3.Влажностные свойства композитов на основе PLA
Для определения влажностных свойств было проведено сравнение водопоглощения и набухания образцов, изготовленных с использованием древесины, термомодифицированной при различных
температурах. Было установлено, что в зависимости от режима термомодифицирования наполнителя, изменяется водопоглощение и степень разбухания композита, а именно при повышении температуры
обработки снижаются водопоглощение и разбухание (рис. 32, 33).
Полученные результаты объясняются более высокой степенью
модификации древесины, что в дальнейшем приводит с снижению
сорбцинных характеристик древесины.
Рис. 32. Зависимость водопоглощения от времени выдержки
в воде для трех типов композитов
103
Рис. 33. Зависимость набухания от времени выдержки в воде
для трех типов композитов
Рис. 34. Зависимость предела прочности при изгибеот времени
выдержки в воде для трех типов композитов
104
Соответственно, как показали проведенные эксперименты предел
ть на разрыв чистого полилактида 67,14 МПа и ее
прочности при изгибе изменялся с увеличением времени выдержки
образцов в воде и оставался более высоким для образцов с наполнителем, прошедшим термомодифицирование при более высокой температуре (рис. 34).
На рис. 35 показаны кривые напряжение–деформация чистого
PLA и четырех образцов композита с различным содержанием древесного наполнителя.
Рис. 35. Кривые нагрузка–относительное удлиннение
1 – чистый PLA; 2 – 10 % наполнителя; 3 – 20 % наполнителя;
4 – 30 % наполнителя; 5 – 40 % наполнителя
Прочнос
кривая напряжение–деформация показывает свою твердую и хрупкую
функцию без признаков пластичности, которая подтверждает присущую ему хрупкость. Относительное удлинение при разрыве образца 1
составила всего лишь 6,7% (минимальный среди пяти образцов) и его
прочность на разрыв снизился до 45,03 МПа, предполагая, что межфазное сцепление между PLA и древесным наполнителем очень слабо.
Относительное удлинение при разрыве образца 2 увеличивает-
ся незначительно, по сравнению с образцом 1, но он по-прежнему показывает, твердый и хрупкий характер, аналогично чистому PLA.
105
Также можно заметить, что пластическая деформация образцов 3 и 4 в
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 20 30 40 50
Ряд1
Ряд2
процессе растяжения заметно растет, при этом относительное удлинение при разрыве образца 4 в 2,3 раза больше, чем у образца из чистого
PLA. Тем не менее, прочность на разрыв образца 3 и 4 снизилась до
почти вдвое меньше, чем у образца из чистого PLA. Эти результаты
свидетельствуют о том, что существуют различные типы механизмов
деформации для образца 3 и 4, по сравнению с чистым PLA, и образцами 1 и 2. Очевидно, что разрушение образцов 3 и 4 был сильно локализованы, и не приводили к катастрофическим разрывам.
На рис. 36 показана ударная прочность по Шарпи композитов
в зависимости от содержания древесного наполнителя (табл. 4). Ударная прочность наполненного PLA на основе древесных волокон выше,
чем у неупрочненный композит из чистого PLA. Чем лучше межфазное сцепление между PLA и древесных волокон могут быть образованы в пределах упрочнения ДПК, которые должны быть отнесены к
упрочняющего агента SBS.
Рис. 36.Ударная прочность композитов по Шарпи в зависимости
от содержания древесного наполнителя (чистый PLA, с 10, 20, 30,40
и 50 % древесного наполнителя)
В результате проведенных экспериментальных исследований
позволяют оценить влияние различных факторов на физикомеханические и сорбционные характеристики древесно-наполненных
биоразлагаемых композитов.
106
Таблица. 4. Состав образцов композита
Образец
PLA
Древесный
наполнитель
Общее
1
100
0
100
2
90
10
100
3
80
20
100
4
70
30
100 5 60
40
100
Полученные результаты указали на повышение характеристик
наполненного композита по сравнению с чистым PLA. Кроме того,
термическая обработка наполнителя во многих случаях дает прирост
характеристик получаемого композита. Таким образом, можно сделать
вывод, о целесообразности применения термической обработки древесного наполнителя в производстве упаковочных материалов из
биодеградируемых материалов, что соответственно позволит снизить
их себестоимость на рынке полимеров.
107
ГЛАВА IV
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА УПАКОВОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОЛИЛАКТИДА МЕТОДОМ ЛИТЬЯ
4.1. Производство упаковки литьевым (инжекционным ) способом
Наиболее перспективным и экономически рациональным способом производства упаковочных материалов является производство
литьевым (инжекционным) способом, поскольку он рассматривается
как классический метод производства изделий из отверждаемых формовочных масс в пресс-форме или из полуфабрикатов между плитами
пресса.
Поскольку исключительное разнообразие штучных изделий из
полимерных материалов, широкий комплекс предъявляемых к ним
требований (потребительские, эксплуатационные, технологические,
экономические, дизайна) диктует необходимость применения и совершенствования разнообразных методов литья под давлением, каждый из которых позволяет наиболее полно решать поставленные
задачи.
Технология производства упаковок начинается с процесса подготовки сырья. Полимерное сырье поставляется в виде порошка, гранулята, пасты или препрега. От формы поставки зависит технология
переработки сырья. Однако, в любом случае, прежде чем полимерное
сырье будет использовано, его необходимо подготовить. В процессе
приготовления наполнители и добавки совмещаются со смолой, которая может предварительно частично сшиваться.
4.2. Дозировка PLA и древесного наполнителя
Поскольку для получения каждого изделия необходимо достаточное количество полимерного сырья, точная дозировка важна для
свойств и дополнительной обработки изделий. Недостаточность дозировки становится причиной появления пористых участков. Чрезмерная дозировка, в свою очередь, может привести к образованию облоя,
а значит потребуется дополнительная обработка. Существуют два
способа дозировки: объемная и весовая. На выбор конкретного метода
решающее значение оказывает приготовление полимерного сырья.
Объемная дозировка является наиболее часто используемым
методом. Однако производитель полимерного сырья должен гаранти-
108
ровать неизменную насыпную плотность, а также достаточную сыпучесть материала. Оба этих свойства могут быть легко проверены на
предприятии, занимающемся переработкой полимерного сырья.
Для того чтобы все гнезда пресс-формы заполнялись одновременно, дозировка полимерного сырья всегда должна осуществляться
автоматически. Для этого используются так называемые загрузочные
шаблоны. Время контакта полимерного сырья с горячей пресс-формой
должно быть непродолжительным, чтобы смыкание пресс-формы
могло произойти мгновенно.
Весовое дозирование представляет собой наиболее точный и
оптимальный метод, поскольку древесная мука и PLA имеют разные
насыпные плотности
Данный метод подходит для полимерного сырья с наполнителем из длинного волокна и крошки, а также содержащего всякие
наполнители, а также которое не является сыпучим, а значит и не
может быть дозировано по объему. Весовое дозирование требует от
производителя неизменной кажущейся плотности полимерного сырья,
что позволит избежать колебаний насыпного веса.
Более трудоемким является дозировка препрега, который в
случае своего клейкого состояния поставляется уложенным между
пленками. После удаления пленки препрег должен быть разрезан в
соответствии с контуром изделия, как можно более точно, поскольку
иначе облой станет причиной преждевременного смыкания прессформы.
4.3. Термическая модификация древесного наполнителя
Термическую модификацию древесного наполнителя осуществляют в камерах термической модификации. На предприятиях,
где не осуществляется термомодификация пиломатериалов, предлагается термически обрабатывать древесный наполнитель в установке
высокотемпературной сушки и тепловой обработки древесного сыпучего сырья, в которой используется тепло образующихся в топке дымовых газов (рис. 37). При помощи данной установки можно осуществить высокотемпературную сушку и тепловую обработку древесины
при температурах более 180°С, при которых происходит модификация
древесного сыпучего сырья, снижающая его гигроскопические свойства и тем самым способствующая повышению эксплуатационных
характеристик древесно-наполненных композитов.
109
Рис. 37. Схема установки термической обработки древесных частиц
На предприятиях, где не осуществляется термомодификация
пиломатериалов, предлагается термически обрабатывать древесный
наполнитель в установке высокотемпературной сушки и тепловой обработки древесного сыпучего сырья, в которой используется тепло
образующихся в топке дымовых газов (рис. 37). При помощи данной
установки можно осуществить высокотемпературную сушку и тепловую обработку древесины при температурах более 180°С, при которых происходит модификация древесного сыпучего сырья, снижающая его гигроскопические свойства и тем самым способствующая по-
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]