Odlewanie rotacyjne polimerów z napełniaczami naturalnymi

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Odlewanie rotacyjne polimerów z napełniaczami naturalnymi"

Agata Dorota Leszczyńska
8 lat temu
Przeglądów:

Odlewanie rotacyjne polimerów z napełniaczami naturalnymi KEYWORDS: Rotational molding, Natural fillers, Wood-Polymer Composites, Processing,

1 Odlewanie rotacyjne polimerów z napełniaczami naturalnymi KEYWORDS: Rotational molding, Natural fillers, Wood-Polymer Composites, Processing, Mechanical & Physical Properties, Reinforcements, Applications Dr hab. eng. Marek Szostak Associate professor Poznan University of Technology

Processing, Mechanical & Physical Properties, Reinforcements,

2 Wiele wieków p.n.e. w Egipcie jako budowlany materiał kompozytowy używano glinę zmieszaną ze słomą i wysuszoną na słońcu. Już w 1896 r. stosowano włókna naturalne z małą ilością spoiwa polimerowego na siedziska w samolotach i zbiorniki paliwa. Po wielu latach przypomniano sobie, iż natura produkuje co roku nowe surowce, które mogą być stosowane do wzmacniania tworzyw na różnego rodzaju wyroby kompozytowe. Jeżeli uwzględni się cenę, a także dostępność różnego rodzaju włókien oraz pozytywny wpływ ich uprawy na środowisko to okaże się, że włókna roślinne mogą stanowić tanie i wygodne uzupełnienie włókien wzmacniających dotychczas stosowanych w kompozytach polimerowych.

Po wielu latach przypomniano sobie, iż natura produkuje co roku nowe surowce, które mogą być stosowane do wzmacniania tworzyw na różnego rodzaju wyroby kompozytowe.

3 Źródła pochodzenia napełniaczy naturalnych Naturalne napełniacze Organiczne Nieorganiczne Zwierzęce z drzew z łodyg z liści z owoców - krzemionka, - jedwab - mączka - kokos - kreda, - wełna drzewna - kapok - talk, - bawełna - tuf (proszek wulkaniczny). - len - ramia - juta - konopie - kenaf - banan - agawa - urena Cechy włókien roślinnych: odnawialność, biodegradowalność, niska cena, mała gęstość, dobre właściwości mechaniczne. - sizal - manila - abaka - ananas - banan

4 Wood-Plastic Composites Nazwa WPC jest bezpośrednim tłumaczeniem angielskiego zwrotu Wood- Plastic Composites" czyli kompozyty drewno - tworzywo Kompozytami WPC nazywa się wszelkie materiały zawierające w sobie drewno (bądź inny surowiec pochodzenia roślinnego np. łuskę kukurydzianą) oraz materiał polimerowy Pierwsze WPC zastosowano w początkach XX wieku (1916) na rączkę skrzyni zmiany biegów w samochodach Rolls Royce, którą wykonano z Bakelitu - żywicy fenolowo - formaldehydowej wypełnionej włóknem drzewnym

5 Dlaczego włókno drewniane? ekologia cena i dostępność łatwość mieszania budowa włóknista doświadczenie możliwość regeneracji

6 WPC współcześnie Stany Zjednoczone rok - wyprodukowano prawie ton takich kompozytów (głównie na osnowie polietylenu w przeciwieństwie do Europy gdzie dominuje polipropylen) z czego 87% stanowiły te napełniane mączką drzewną a 13% innymi włóknami naturalnymi. Największy udział w rynku pod względem zastosowania maję deski podłogowe t/rok, następnie stolarka budowlana (przede wszystkim profile okienne) t/rok i części dla przemysłu samochodowego (profile drzwi, listwy itd.). Tempo wzrostu rynku WPC w USA jest wysokie, począwszy od wczesnych lat 90-tych a szacuje się iż produkty będą zdobywać rynek w tempie 3,6 % rocznie przy wartości ich sprzedaży w 2009 roku na poziomie 6,6 mld USD. Rynek desek: % % * The European Wood Plastics Composites Market 2006, Hackwell Group

Produkcja w Europie intensywnie wzrasta i w 2009 stanowiła około 10% wszystkich kompozytów Głównym odbiorcą był dotychczas przemysł samochodowy około 50 % WPC wytwarzanych w Europie obecnie

7 Produkcja w Europie intensywnie wzrasta i w 2009 stanowiła około 10% wszystkich kompozytów Głównym odbiorcą był dotychczas przemysł samochodowy około 50 % WPC wytwarzanych w Europie obecnie intensywny rozwój zastosowań PP 74 %, PVC 14%, recyklaty poliolefin 8%, HDPE 4% Tech-Wood, PPT, Rettenmaier, Polyplank, Kosche and Deceuninck... Ceny od 2 euro za kilogram granulatu Produkcja kompozytów napełnianych mączką drzewną jest znaczna zarówno w krajach silnie uprzemysłowionych USA, Niemcy, Japonia (ze względu na spore koszty specjalistycznych linii do przetwórstwa) jak i w krajach takich jak Indie czy Chiny gdzie występuje duże zapotrzebowanie na tanie kompozyty np. w budownictwie.

.. Ceny od 2 euro za kilogram granulatu Produkcja kompozytów napełnianych mączką drzewną jest znaczna zarówno w krajach silnie uprzemysłowionych USA, Niemcy, Japonia (ze

8 Typowe kształty użytej mączki w postaci sypkiej, jak i jej przekrój przedstawiono poniżej: rozwinięta powierzchnia włókien

9 Zgład (z lewej) i przełom otrzymany w ciekłym azocie PELD z dodatkiem mączki drzewnej 2000x 1000x dobra adhezja mączki do polimerowej osnowy

10 Polimery na osnowę WPC - odmiany do wtrysku, wytłaczania, prasowania i odlewania rotacyjnego o wysokim wskaźniku płynięcia: PP, PVC, HDPE a także: PS, PC, PET, LDPE i PA Zalety granulatów: - redukcja zapylenia - lepsze dozowanie - lepsze wymieszanie

płynięcia: PP, PVC, HDPE a także: PS, PC, PET, LDPE i PA

11 Właściwości WPC Wysoka sztywność wyrobów znaczny wzrost modułu sprężystości (w zależności od ilości i rodzaju włókien mączki) nawet do poziomu MPa 30% MPa 50% MPa Dobra wytrzymałość (szczególnie na zginanie) MPa Odporność na moczenie w wodzie niewielkie zmiany właściwości nawet po kilku latach moczenia (dla kompozytów o około % udziale mączki), Chłonność wody od kilku do maksymalnie 10% Odporność na promieniowanie UV i procesy starzeniowe Odporność na grzyby (przy zastosowaniu odpowiednich dodatków)

000 MPa 30% - 3000-4000 MPa 50% - 5000-6000 MPa Dobra wytrzymałość (szczególnie na zginanie) 50 70 MPa Odporność na moczenie w wodzie

12 PRZETWÓRSTWO Kompozyty WPC mogą zawierać różną ilość naturalnego napełniacza (wagowo od 10% aż do 90%) Dominującą rolę w procesie przetwórstwa tworzyw napełnionych włóknami naturalnymi odgrywa wytłaczanie, które jest stosunkowo proste w przypadku wyrobów zawierających do około 40% napełniacza

przetwórstwa tworzyw napełnionych włóknami naturalnymi odgrywa

13 70-90% zawartość mączki drzewnej Wytłaczarki dwuślimakowe o ślimakach stożkowych BEZ KALIBRACJI CHŁODZENIE POWIETRZEM wytłaczanie drewna 40-70% zawartość mączki drzewnej Wytłaczarki dwuślimakowe o ślimakach stożkowych 5-40% zawartość mączki drzewnej Wytłaczarka jedno lub dwuślimakowa, tradycyjne oprzyrządowanie KALIBRACJA CHŁODZENIE WODĄ nisko napełniane wytłaczanie kompozytu

Wytłaczarki dwuślimakowe o ślimakach stożkowych 5-40% zawartość mączki drzewnej Wytłaczarka

14 Konstrukcja ślimaka i rozkład temperatur transport uplastycznienie temperatura ciśnienie

15 Linia do wytłaczania Ślimakowy, pionowy podajnik mączki drzewnej Ślimakowy dozownik PP ze strefami grzanymi Chłodzona głowica pełniąca również funkcję kalibratora Stół chłodzący rolkowy

16 Wytłaczarka Cincinnati Extrusion Conical Machine Concept Strefa dozowania APC - chłodzenie powietrzne Przekładnia Silnik, AC or DC Aktywna lub wewnętrzna kontrola temp. ślimaka

17 Wytłaczanie drewna czy klasyczne wyższe koszty inwestycji niższe koszty przetwórstwa aplikacje wewnętrzne mniejsze koszty inwestycji wyższe koszty przetwórstwa wyroby zewnętrzne i wewnętrzne większą wydajność Wybór zależy od produktu i możliwości rynku

koszty inwestycji wyższe koszty przetwórstwa wyroby zewnętrzne

18 Wtrysk wtrysk kompozytów WPC o zawartości mączki drzewnej do około 50-60% (zwykle po wcześniejszej granulacji) i produkcja na ich bazie przykładowo pojemników, donic, palet, a także profili drzwi i elementów wykańczających (przemysł samochodowy).

na ich bazie przykładowo pojemników, donic, palet, a także

19 Wytłaczanie z prasowaniem duże przedmioty grubsze ścianki Rotomoulding Średnie i duże przedmioty niższe serie cieńsza niż w prasowaniu ścianka

20 Wykonywanie proszków z kompozytów WPC 1. shrinkage (%) Polymer PE: 1 % WPC: ~ 0-0,1 % 2. density (g/cm3) Polymer PE: 0,96 WPC: 0,43-0,90

21 Porównanie lepkości WPC i PP

22 Zmienne parametry procesu rotowania WPC

23 Wytrzymałość na zginanie WPC

24 Widok próbki badawczej i jej przekroju Rotational molding machine used in research Specimen produced during tests

25 Wyniki badań mechanicznych wykonanych kompozytów PE/napełniacz naturalny mączka drzewna (wood flour softwood) Rm [MPa] Re [MPa] E [MPa] ε Rm [%] ε zryw [%] PE 17,3 6, PE + 10% sosna PE + 20% sosna PE + 10 łuski orkiszowe PE + 20 łuski orkiszowe 15,4 6, ,4 5, ,2 6, ,6 6, Łuska orkiszowa (spelt husk)

26 Możliwe rynki zastosowań WPC

27 Widok formy i wyrobu z WPC

28 Wyroby z WPC CUBO Ligno

29 ZASTOSOWANIE KOMPOZYTÓW WPC Wytłaczanie

30 deski - poprawa sztywności (w porównaniu z wyrobami z samych tworzyw sztucznych) - możliwość odchudzenia konstrukcji (ekonomiczność) - naturalne ciepło i mniejsza elektrostatyczność

32 Przemysł samochodowy

33 Dziękuję za uwagę Materiały Rettenmaier Cincinnati Nan Ya Plastics Continental Pau Thai Okura Sekisui Plawood LG TPC Möller Tech-Wood, PPT, Polyplank, Kosche and Deceuninck IPT Vismar... etc.

Podobne dokumenty

PL B1. INSTYTUT CHEMII PRZEMYSŁOWEJ IM. PROF. IGNACEGO MOŚCICKIEGO, Warszawa, PL BUP 22/13

PL B1. INSTYTUT CHEMII PRZEMYSŁOWEJ IM. PROF. IGNACEGO MOŚCICKIEGO, Warszawa, PL BUP 22/13 PL 218146 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 218146 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 399021 (22) Data zgłoszenia: 27.04.2012 (51) Int.Cl.