Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Материалы и методы

2. Результаты и их обсуждение

2.1 Механические свойства композитов

Вывод

Литературный список

Введение

Укрепленные натуральным волокном термопластичные композиты недавно приобрели большое значение в различных структурах - промышленные, бытовые детали, автомобильные запчасти и т.п.

Предлагаемое волокно имеет преимущества перед аналогами из-за большого количества сырья для него, низкой стоимости и легкого веса.

Рисовые соломенные отходы можно рассматривать как важный армирующий наполнитель для термопластичного композита, из-за лигноцеллюлозных свойств, а его использование решит проблему по утилизации вышеописанного сырья. Химически лигноцеллюлозная рисовая солома имеет сходные свойства, как и другие природные ранее используемые волокна, как армирующая добавка к полимеру.

Свойства термопластов армированных рисовой соломой были установлены в ранних исследованиях, которые так же были сосредоточены на рисовой шелухе и цельной рисовой соломы, такими командами ученых как Posites. Ishak и др. (2001) и Premalal и др. (2002), они изучали гигротермическое старение и механические свойства из рисовой шелухи / полипропилена. Panthapulakkal и др. (2005) и Marti-Ferrer и др. (2006) представили эффект сцепления агентов по свойствам рисовой шелухи, композитов ПЭВП и шелухи риса, блок-сополимера полипропилена соответственно. Русский ученый Грозданов и его коллеги (2006) изучали композит рисовой соломы, с малеированным полипропиленом с навеской 20 и 30 вес.% рисовой соломы путем экструзии и сжатия, литьем были получены более высокие модули растяжения (E) для композитов содержащих более высокое содержание рисовой соломы. Камел (Kamel) изучал композит рисовой соломы / ПВХ с лигнином жома в качестве связующего агента. Полученный композит показал превосходные свойства, и степень улучшения механических свойств зависела не только от предварительной обработки рисовой соломы, концентрация ПВХ и лигнина, но также от давления и температуры прессования (Kamel, 2004).

До настоящего времени было проведено мало исследований с различными компонентами рисовой соломы, поэтому составные свойства и индивидуальный вклад в науку различных компонентов рисовой соломы являются всего лишь первичными исследованиями. Но, интерес к этому исследованию привносит все больше и больше ученых, похоже, что переработка материалов является одним из важных будущих направлений устойчивого развития связанных с полимерной промышленностью.

Процесс рециркуляции состоит из сбора отходов, сепарации, очистки, сушки, измельчения и переработки. Но из-за различий в составе переработанных веществ сам процесс переработки пластмасс и рециклинга может быть затруднен, именно из-за этого проводились лишь ограниченные работы по усилению естественного волокна.

1. Материалы и методы

Подготовка и тестирование сырья

Было подготовлено пять видов армирующих материалов: рисовая шелуха (RHF), волокна листьев рисовой соломы (SLF), волокно стебля риса (SSF), использовали цельное соломенное рисовое волокно (WSF) и древесное волокно (WF). После получили лузги риса и цельную рисовую солому. Собранную цельную солому состоящей из стебля, листовой пластинки и листовой оболочки, разделяли на две части. Но одна часть была измельчена непосредственно для получения WSF. Вторая часть была использована для получения листа рисовой соломы, для этого были выполнены следующие действия: гибкие листовые пластинки были удалены из междоузлия листовой оболочки (т.е. самый верхний слой стебля) затем отделяли вручную SLF, которая, состояла из листовых пластин и оболочки. Твердым стержнем было утверждено считать SSF. Все полученные рисовые волокна перемалывали для пропускания через сито с размером фракции в 20 мкм. С номинальным размером частиц 20 мкм, ПЭНД (ПЭВП) и добавлением смолы, такой же метод предложили и «Avangard Industries» (Хьюстон, Техас).

Смолы в виде свободно распространяющихся гранул добавлялись к потоку расплава (индекс смолы 6,1 г / 10 мин и 0,7 г / 10 мин (190°C 2,16 кг) и плотностью 952 и 940 кг / м3 соответственно).

Для оценки свойств композита было использовано следующее: микроскоп «Leica MZFIII» (Leica Microsystems, Вецлар, Германия), цифровая фотокамерой ПЗС («Диагностические приборы», «Высоты стерлингов, МИ»), «u-Lux 1000» (Volpi MFG USH Co., Оберн, Нью-Йорк), RT SP402-115 (Diagnostic Instruments) и компьютер.

Для измерений было отобрано около100 мг каждого типа полученного волокна, для компаундирования. Каждый образец равномерно помещали на стеклянную чашку под микроскопом. Свет регулировался специальной линзой для достижения наилучшей фокусировки, снимки были сделаны цифровой камерой CCD и записаны с помощью «Spot Advanced» (программное обеспечение для обработки изображений (Diagnostic Instruments)). Затем изображение было загружено в «ProPlus 6.0» (Media Cybernetics, Silver Spring, MD), дабы измерить длины и диаметры отдельных волокон. Соотношение сторон было зафиксировано как отношение длины к ширине для каждого типа наполнителя.

2. Результаты и их обсуждение

Распределение размеров волокна

Наполнители изображены на рис. 1, а в таблице 2 перечислены средние размерные параметры (то есть длина, ширина и соотношения длины к ширине) различных волокон.

Наименьший средний размер волокна Е 0,57 и 0,15 мм для длины и ширины соответственно, относительно низким средним соотношением сторон является показатель 4.38. Наибольшая средняя ширина RHF ,то есть 0,49 мм, и наименьшее среднее соотношение 3.41. Остальные три волокна имеют значения в промежутках этих значений.

Распределение размеров волокон (рис. 2) с учетом среднего размера волокна. Для длины волокна (рис. 2а), с 50% WF были длиной менее 0,5 мм, а 50% SSF были длиннее 1,5 мм. Однако WF имеет самый узкий диапазон, тогда как SSF имел самый широкий диапазон по отношению к другим волокнам, поэтому WF была более однородной по длине волокна, тогда как SSF была, наиболее неоднородной. RHF и SLF имели одинаковую длину.

Для соотношения сторон (рис.2b) очевидно, что левая кривая RHF определила «квадратную» форму RHF по сравнению с другими волоконами. У SSF и SWF была лучшая конфигурация волокна, т.к. половина их достигает 5 и 1\5 превышает 10 по аспекту соотношения. SLF был похож с WF по распределению пропорций, однако в SLF было больше волокон с соотношением сторон более 5 в сравнении с WF.

Кумулятивная функция, рисунок 2b, показывающая распределение CDF, была получена благодаря формуле, в которую вводились данные различных наполнителей.

,

где f (X) - функция плотности, X - длина волокна или диаметр (мм) (X ? 0). и являются параметрами формы наполнителя.

Рис. 1 - Фотографии выбранных волокон: (a) древесина, (b) рисовая шелуха, (c) лист соломы риса, (d) стебель рисовой соломы и (e) цельная рисовая солома. волокно композит фрезерование полиэтилен

Увеличение: (a) 16Ч; (B) - (e) 8Ч.

Рис. 2 - Логарифмическое распределения размеров выбранных волокон после фрезерования: (a) распределение по длине и (b) соотношение сторон

Распределение. Сплошные линии: кривые фитинга.

2.1 Механические свойства композитов

По сравнению со свойствами чистого ПЭВП, армированный волокном композит ПЭВП имел относительно больший модуль накопления (Е') И модуль потерь (E”), но меньшее значение на растяжение и удар. Данные результаты были ожидаемы на более высоком уровне нагрузки, уровень нагрузки показан в Таблице 3. Тем не менее, механические свойства полученных композитов могут считаться приемлемыми. Например, композиты ПЭВП/RHF имели низкую плотность, при обеих скоростях загрузки волокна по отношению к другим четырем композитам, кроме того, существенных различий по свойствам замечено не было.

Аналогичная ситуация наблюдалось для других четырех композитов с загрузкой 30% по масс. наполнителя (Таблица 3). Однако, когда использовалось 50 вес.% по масс. наполнителя композиты ПЭВП / WSF показывают значительный прирост прочности в сравнении с другими композитами (рис.3a). SLF и SSF показали аналогичный эффект усиления прочности при растяжении композита ПЭВП.

ПЭВП\SSF показали наименьшую прочность на разрыв по сравнению с другими четырьмя композитами при обеих загрузках волокон (Таблица 3 и рисунок 3b). Кроме того, никаких существенных различий среди других четырех композитов при проверке на удар замечено небыло(рисунок 3c). RHF показал наилучший эффект усиления по сравнению с другими волокнами при загрузке волокна 30 вес.%, но показатели RHF не повышались при 50% -ном уровне загрузки волокна.

Подобно ПЭВП / волокнистые композиты, армированные волокнами переработанного ПЭВП композиты также были относительно лучше по модуль накопления (E') и модулю потерь (E”), но уменьшена прочность на растяжение и ударную вязкость (таблица 3) по сравнению с чистым ПЭВП. По E' И E” ПЭВП армированный наполнителем WF показал самые высокие значения по сравнению с другими композитами при обеих скоростях загрузки волокна, в то время как композиты ПЭВП/RHF представил наименьшее значение E'И E”, вероятно, это вызвано различным содержаниям целлюлозы и остатков золы.

Рис.3 - Сравнение влияния составного типа и скорость загрузки волокна по (а) модулю (б) растяжение, прочность и (с) ударную вязкость полученных композитов. Изменение свойств (%) равных дифференциальным составным и аккурат свойствам композита/чистый полимер.

Таблица 3 - Влияние типа волокна и нагрузки волокна на механические свойства композитов ПЭВП / волокно и ПЭВП / волокно

Кроме того, «квадратная» форма RHF, показывает наименьшее сопротивление, что делает его более прочным, в отличие от других использованных типов наполнителей с более высоким коэффициентом данного показателя. По той же причине показатели E' И E”композита ПЭВП/SSF выше от относительного «высшего» аспекта соотношений SSF. Так же отмечается, что умеренное соотношение SLF к SWF привело к умеренному значению E' и E”. Прочность на растяжение композитов ПЭВП/волокно была хуже, чем у чистого ПЭВП и уменьшалась при добавлении наполнителя (Таблица 3). RHF показала самый плохой показатель прочности на разрыв среди всех3 полученных композитов со значением 19,7 МПа, что является лишь половиной чистой прочности ПЭВП (Рисунок 3b). Кроме того, нет существенных различий среди трех композиций, армированных рисовой соломой. Однако при опыте на удар SSF и WSF показали более высокие показатели в сравнении с SLF при двух скоростях загрузки волокна (рис.3с). Результат также показал, что добавление 30 вес.% RHF не влияет на ударную прочность композитов, однако при увеличении от 30 до 50 мас.% RHF заметно снижается ударная прочность примерно на 40%.

Вывод

Композиты на основе первичной и вторичной переработки ПЭВП и пяти типов натуральных наполнителей имеют совокупное распределение длины и пропорции различных волокон после фрезерования и литья. Механические свойства как VHDPE(ПЭВП чистый), так и RHDPE(ПЭВП переработанный) с рисовой соломой были сопоставимы с композициями древесных композитов. Увеличенные модули и уменьшенная прочность на растяжение и ударопрочность композитов наблюдалась при увеличении загрузки волокна. В частности, композиты из HDPE из рисовой шелухи имели наименьший запас прочности, но ударопрочность была сопоставима или лучше, чем у других композитов соломенного волокна. Очень заметна разница в механических свойствах среди листьев риса, стеблей и цельных композиций соломенного волокна.

Переработанный ПЭВП и его композиты имели сравнительно лучшие модули и прочностные свойства, вероятно, из-за используемых добавок. Во время начальной обработки. Эксперименты XRD и DSC были проведены для исследования влияния излучения на кристаллизацию ПЭВП в композитах. Результаты показали, что введение волокна в ПЭВП не меняло пиковое положение, но наполнитель увеличивал кристаллическую толщину системы ПЭВП.

Эксперименты ДСК показали более высокие скорости кристаллизации для VHDPE(чистый), чем RHDPE(переработанный), показанный на значительно большем пиковом тепловом потоке во время охлаждения. Использование волокна в обеих системах расплава привели к уменьшению пиковой температуры

Плавление - это исследование показало, что рисовые соломенные волокна могут хорошо работать с VHDPE(чистым) и RHDPE(переработанным) в качестве армирующего наполнителя. Также, различные компоненты рисовой соломы местами имели значительные влияния на механические свойства композитов.

Это может подразумевать перспективу применения удобного введения рисовой соломы в термопластичную композитную промышленность, подразумевается, что особое внимание должно быть уделено рисовым отходам, и разделения их на различные типы т.к. для определенных композитов, из-за их различных механических свойств, требуется определенный тип соломы.

Литературный список

1. Bledzki, A.K., Gassan, J., 1999. Composites reinforced with cellulose based ?bres. Prog. Polym. Sci. 24, 221-274.

2. Bledzki, A.K., Sperber, V.E., Faruk, O., 2002. Natural and wood ?bre reinforcement in polymers. Rapra Rev. Rep. 13, 152. FAO, 2006. Rice Market Monitor, June, volume IX, issue no. 2.

3. Ganan, P., Mondragon, I., 2003. Thermal and degradation behavior of ?que ?ber reinforced thermoplastic matrix composites. J. Therm. Anal. Calorim. 73, 783-795.

4. Grozdanov, A., Buzarovska, A., Bogoeva-Gaceva, G., Avella, M., Errico, M.E., Gentille, G., 2006. Rice straw as an alternative reinforcement in polypropylene composites. Agron. Sustain. Dev. 26, 251-255.

5. Ishak, Z.A.M., Yow, B.N., Ng, B.L., Khalil, H., Rozman, H.D., 2001. Hygrothermal aging and tensile behavior of injection-molded rice husk-?lled polypropylene composites. J. Appl. Polym. Sci. 81, 742-753.

6. Jackson, M.G., 1977. Review article: the alkali treatment of straws. Anim. Feed Sci. Technol. 2, 105-130. Kamel, S., 2004. Preparation and properties of composites made from rice straw and poly(vinyl chloride) (PVC). Polym. Adv. Technol. 15, 612-616.

7. Lei, Y., Wu, Q., Yao, F., Xu, Y., 2007. Preparation and properties of recycled HDPE/natural ?ber composites. Composites A: Appl. Sci. Manuf. 38, 1664-1674.

Размещено на Allbest.ru