Конопляное сырье как армирующий материал композитов для автопрома

Конопляное сырье как армирующий материал композитов для автопрома

Как конопляные, так и базальтовые волокна широко исследовались в качестве армирующих материалов в полимерных матрицах, но их комбинация в композитах из ПЭВП, армированных короткими волокнами, не рассматривалась. В автомобилях полимерные материалы на конопле могут использоваться во внутренних и внешних деталях, а среди различных полимеров полиолефины (полипропилен и полиэтилен высокой плотности) пережили огромный рост в автомобильной промышленности благодаря их превосходному соотношению цена-качество, низкой плотности, отличной погодоустойчивости и стойкости к атмосферным воздействиям, стойкости к истиранию и хорошая химическая стойкость. 

Выбор альтернативы стеклу для композитов

Базальтовые волокна производятся из минерального сырья и быстро завоевывают интерес в качестве замены волокон E-стекла в композитных приложениях благодаря улучшенным механическим свойствам и лучшему термическому сопротивлению, что, в принципе, может обеспечить лучшие перспективы для выживания в процессе переработки по окончании срока службы. 

Недавно исследовали композиты, армированные волокном конопли, на основе переработанного полиэтилена высокой плотности (rHDPE) и первичного полиэтилена высокой плотности (vHDPE). Для повышения совместимости волокна / матрицы волокна каннабис обрабатывали 5 мас.% NaOH. Результаты показали, что механические свойства композитов пенька – пПВД были совместимы с композитами пенька – пПВД или даже превосходили их. 

Термическая стабильность видов сырья

Также изучали термическую стабильность композитов HDPE / конопля, где волокна были подвергнуты двум различным химическим обработкам: NaOH и раствором силана (триэтоксивинилсилан). Сообщалось, что обработка силаном и NaOH улучшает термическую стабильность полученных композитов, но обработанные силаном композиты марихуаны -HDPE демонстрируют превосходную термическую стабильность благодаря лучшей межфазной границе. 

Что касается базальтовых волокон, то в нескольких работах была подтверждена их способность заменить стеклянные волокна, но из этих исследований ясно выявилась необходимость увеличения, в том числе и для базальтовых волокон, межфазной адгезии с полимерной матрицей. В настоящем исследовании изучено влияние компатибилизатора, а именно полиэтилена высокой плотности с привитым малеиновым ангидридом (MAPE), на механические и термические свойства конопли, базальта и их гибридных композитов. 

Возможность синергетических эффектов

Кроме того, с помощью тестов на фрагментацию отдельных волокон (SFFT) был оценен уровень межфазного сцепления двух имеющихся в продаже базальтовых волокон разного размера с целью выбора оптимального базальтового волокна для армирования из полиэтилена высокой плотности. 

В попытке пролить свет на возможные синергические эффекты между проклейкой волокна конопли или базальтового волокна и привитым малеиновым ангидридом связующим агентом из полиэтилена высокой плотности также были изготовлены некоторые композиционные составы с базальтовыми волокнами, предварительно подвергнутыми процессу удаления проклейки на основе комбинации обработки ацетоном и воздействие высоких температур. 

Материалы и методы исследования производственных возможностей

Материалы HDPE марки Eraclene MP90 для литья под давлением (скорость течения расплава при 190 ° C / 2,16 кг из 7 г / 10 мин и плотность 0,96 г / см3) от Eni Polimeri Europa (Мантуя, Италия) использовался в качестве матрицы, в то время как измельченный базальт волокна были предоставлены Incotelogy GmbH (Пульхайм, Германия). 

Средний диаметр волокон конопли составлял 13 мкм при номинальной длине 3,2 мм. Поверхность одного типа волокон была модифицирована с помощью силановой проклейки, оптимизированной для эпоксидных смол (Bas-EP), в то время как другой тип был модифицирован проклеивателем, совместимым с термопластами (Bas-PP), в частности с полипропиленом. 

Композиты из конопли были произведены с использованием коммерчески доступного соединения HDPE, содержащего 30 мас.% Волокон марихуаны, поставляемые AFT Plasturgie (Фонтен-ле-Дижон, Франция). Затем эту маточную смесь разбавляли чистым HDPE для получения дополнительных составов. Чтобы адаптировать межфазную поверхность волокна / матрицы, некоторые базальтовые, конопляные и гибридные составы также были произведены с использованием связующего агента. 

Методика модификаций

Матрицу на марихуане модифицировали добавлением 5 мас.% Polybond 3009, поставляемого Addivant Corporation (Данбери, США), который представляет собой стандартный полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом (MAPE) с высоким (0,8–1,2%) содержанием малеинового ангидрида (Melt Flow Норма при 190 ° C / 2,16 кг по 5 г / 10 мин и плотности 0,95 г / см3). 

Некоторые базальтовые волокна с проклейкой, оптимизированной для термопластов, также были подвергнуты экстракции Сокслета в ацетоне для оценки стабильности проклейки в соответствии с предыдущим исследованием [20]. В частности, волокна каннабис были подвергнуты только экстракции ацетоном (24 часа), а также комбинации экстракции ацетоном и термического воздействия на воздухе при T = 400 ° C в течение 4 часов в попытке удалить как физадсорбированные, так и ковалентно связанные компоненты калибровка.