Стабильность размеров и механические свойства экструдированных

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10545 (2022) Цитировать эту статью

846 Доступов

3 цитаты

Подробности о метриках

Материалы из древесины и полиэтилена (ПЭ) размером 250 мкм смешивали в пропорциях смешивания 60/40, 70/30 и 80/20 (с увеличением количества полимера для уменьшения содержания древесины) и экструдировали с использованием одношнекового экструдера при температурный диапазон 110–135 °С. Частицы Gmelina Arborea, Tectona grandis, Cordia milleni и Nauclea Diderichii с переработанным полиэтиленом были смешаны и спрессованы при 175 Н/мм для получения биополимерных композитов. Биополимерные композиты были подвергнуты испытанию на стабильность размеров при 24-часовом методе вымачивания в воде и исследована способность выдерживать несущую способность. Результаты показывают, что экструдированные-компрессионные биополимерные композиты имели значения в пределах 0,06–1,43 г/см3, 0,38–3,41% и 0,82–6,85% для наблюдаемой плотности, водопоглощения и набухания по толщине через 24 часа выдержки в воде. тест. Значения механических свойств варьировались от 0,28 Нмм-2 до 21,35 Нмм-2 и от 0,44 до 550,06 Нмм-2 для модуля упругости при изгибе и прочности; и 191,43 Нмм-2–1857,24 Нмм-2 и 0,35 Нмм-2–243,75 Нмм-2 для модуля упругости и прочности соответственно. Было замечено, что поглощение влаги и прочность композитов соответственно различаются в значениях, полученных для пород древесины при разных пропорциях смешивания. Замечено, что чем больше полиэтилена содержится в древесине, тем лучше ее стабильность размеров, а также свойства на изгиб и растяжение. Древесные частицы Cordia milleni, составленные в соотношении 60 к 40 (полиэтилен/дерево), показали наилучшие показатели стабильности размеров и несущей способности. Это исследование подтвердило влияние методов на породы древесины и переработанный полиэтилен при производстве композита на основе древесного полимера для внутреннего и наружного применения.

С начала двадцатого века полимерный сектор расширяется; Различные производители смол и химические компании по всему миру вносят основной вклад в объем производимой ежегодно пластиковой продукции, который превышает 200 миллионов тонн1,2. Это позволяет промышленности по переработке полимеров во всем мире расширяться из десятков тысяч малых и средних предприятий. Большинство производителей полимеров используют для работы разные машины; большинство из них используют экструдеры и машины для литья под давлением. Первая операция производства полимера осуществляется через матрицу для гранулирования, а вторая – окончательное формование (Влахопулос и Вагнер, 2001). Две операции включают нагрев и плавление полимера путем перекачки расплавленного полимера в формовочную установку для придания ему необходимой формы и размеров, после охлаждения для затвердевания. Смешивание полимера и других частиц, таких как древесина, обычно производится с использованием шнековых экструдеров при определенном нагреве и давлении. Составной материал можно прессовать или формовать в конечный продукт или формовать в виде гранул для дальнейшей обработки в машине для литья под давлением. Полимерные изделия могут быть изготовлены методом листовой или профильной экструзии, литья под давлением, каландрирования, термоформования или компрессионного формования4.

Полимерные продукты обладают уникальными свойствами, которые включают простоту изготовления, низкую плотность, устойчивость к коррозии, электрическую и тепловую изоляцию, а также зачастую достаточную жесткость и ударную вязкость на единицу веса3. Благодаря этим свойствам полимерная промышленность продолжает расти в развивающихся странах, где их потребности в транспорте, упаковке пищевых продуктов, жилье и электроприборах имеют первостепенное значение. Интерес к добавлению древесного волокна в качестве армирования полимеров с годами возрос благодаря выдающимся свойствам и эксплуатационным характеристикам продуктов5. Известно, что древесно-полимерный композит является альтернативой органическим древесностружечным плитам с улучшенными характеристиками и подходит для различных применений4. Комбинация древесины и полимера показала механически улучшенные изделия по сравнению с другими изделиями из древесных плит и пластиковыми изделиями6. Прямая экструзия является наиболее распространенным методом производства биополимерных композитов. Этот метод позволяет смешивать сырьевые материалы в расплаве и экструдировать в непрерывный профиль, пропуская расплавленный материал через фильеру на одном и том же этапе процесса7. Метод непрямой экструзии может применяться к профилям или листовым материалам для изготовления компрессионного формования. В этом исследовании используются оба метода производства биополимера из выбранных пород древесины, выращенных в Нигерии; его целью было изучить их влияние на конкретные свойства, такие как механическая стабильность и стабильность размеров продукта. Были исследованы многие частицы древесных пород из умеренных и тропических регионов. Такие породы, как сосна, клен и дуб, обычно используются для производства коммерческих изделий из древесно-пластиковых композитов в умеренном регионе8. Предыдущие исследования показали, что породы древесины влияют на механические свойства ДПК: частицы древесины лиственных пород превосходят муку из древесины хвойных пород с точки зрения свойств на растяжение и температуры теплового отклонения5,9. Большинство производителей древесно-пластиковых композитов находятся в развитых странах мира с улучшенными и передовыми технологиями, поскольку технологии совершенствуются, а маркетинговый спрос также растет. Поскольку эта промышленность развивается в развитых странах, развивающимся странам по-прежнему трудно адаптироваться к новым технологиям, несмотря на огромное количество древесных отходов на многочисленных деревоперерабатывающих предприятиях10,11. Древесные отходы, образующиеся на предприятиях деревообрабатывающей промышленности, можно было бы использовать в промышленности для производства ДПК, а не выбрасывать на свалки или сжигать12. Наблюдается постепенное увеличение тенденции исследований ДПК в Нигерии с использованием различных пластиковых связующих и пород древесины. Также было исследовано влияние некоторых тропических пород древесины на прочностные характеристики ДПК13,14. Исследована возможность и потенциал использования тропических пород древесины и агроотходов для производства ДПК в Нигерии с использованием шнекового экструдера и изготовленной вручную машины для горячего прессования компаундов. Стоит отметить, что выращенные в Нигерии виды лиственных пород, такие как Ceiba pentandra, Triplochiton scleroxylon, Entandrophragma cylindricum, Cordia alliodora, Funtumia Elastica, Brachystegia Kennedy, Khaya Ivorensis, Tectona grandis, Terminalia Superba и Milicia excelsa, использовались для производства ДПК без использования связующих агентов. одношнековый экструдер и/или прессование5,15,16,17,18. Эти исследования выявили продукты повышенной прочности с низкими сорбционными свойствами, которые можно использовать в помещениях с низкими нагрузками17. Все эти породы древесины регулярно встречаются в ежедневном процессе переработки древесины на деревообрабатывающих предприятиях Нигерии для строительных целей. В последнее время, поскольку исследования ДПК растут, необходимо исследовать все больше и больше пород древесины, выращенных в Нигерии. Среди ранее исследованных пород древесины можно выделить Gmelina Arborea и Tectona grandis, удельный вес которых приходится на 0,42–0,64 и 0,61–0,73. эти породы древесины являются обычными для нигерийских лесопильных заводов из-за высокого спроса на экспортную рыночную стоимость. Эта порода древесины используется для изготовления бумаги, формовки мебели, внутренней обработки древесины, судостроения и фанеры, изготовления столбов, ДСП, шпона и некоторых других конструкций19,20. Эти породы древесины используются в этом исследовании для сравнения с новыми видами, такими как Cordia milleni и Nauclea Diderichii, которые еще предстоит изучить. Эти породы древесины представляют собой древесину полулиственных лесов с удельным весом 0,41–0,50 и 0,56–0,63 для Cordia milleni и Nauclea Diderichii. Установлено, что обе породы древесины имеют меньший удельный вес, чем Gmelina Arborea и Tectona grandis, а также обладают хорошими характеристиками, которые делают их пригодными для общего строительства и изготовления древесных плит; в частности, Nauclea Diderichii оказалась очень полезной для наружных работ, таких как железнодорожные шпалы, тяжелое строительство, гидравлические работы, контактирующие с пресной или морской водой21,22. Прогнозируется, что использование древесных частиц в промышленности пластмасс будет увеличиваться, поскольку спрос на продукцию из ДПК в строительной отрасли постепенно растет для кровли, черепицы и оконных рам5,23. Коммерческое применение ДПК очень широко используется для изготовления настилов и сайдинга, что, по-видимому, является свидетельством будущего экономического развития и роста развитых стран4,24. ДПК постепенно распространяют свою популярность на развивающиеся страны, такие как Нигерия, и необходимость целевой коммерциализации для расширения структурного применения в развивающихся странах требует интенсивных исследований как в области материалов, так и технологий.