The influence of spherical silica prepared by sol-gel method on mechanical properties of polypropylene-SiO2 composite

• Autorzy: Jakubowska P. , Martyla A. , Przekop R. , Sztorch B. , Kopczyk M. , Osinska-Broniarz M. , Majchrzycki Ł.

Warianty tytułu

PL

Wpływ sferycznej krzemionki otrzymywanej metodą zol-żel na właściwości mechaniczne kompozytu polipropylen-SiO2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present paper the spherical silica material Innosilica was proposed to be used as filler for a composite with polypropylene. The spherical silica synthesis was based on a modified Stöber method. The aim of the study was to obtain a composite of better properties than those of pure polypropylene. The composite system with 1, 5, 10% of silica fillers were used. The characteristics of the obtained systems were defined by scanning microscopy. A universal fatigue testing machine Zwick Roell Z020 was employed to determine the tensile properties of the input material and composites under static extension and to the test of flexure resistance of the composites. The impact test with a composite notch and input material was determined using an Instron pendulum hammer type and the hardness property was measured with Shore hardness tester with a sharp conic indenter made by Zwick. As the reference material unmodified polypropylene and it’s composite with market silica - Aerosil 200 were used. The results of our researches indicate that the presence of the silica fillers improved the polypropylene properties. Parameters change depending on the content of the fillers. Innosilica allowed to obtain better results than the commercial silica. The study showed that the mechanical properties of silica-filled polypropylene material depend on weight ratio of the individual components of their constituent and on the geometry also. The filler of a spherical construction has a greater influence on the increase in composite stiffness than a filler of an irregular shape (Aerosil 200). This suggests that the higher structural homogeneity of composites PP/Innosilica exhibits the better mechanical properties.

PL

W pracy zaproponowano materiał krzemionkowy w postaci sferycznej krzemionki - Innosilica do zastosowania jako wypełniacz w kompozycie polipropylenowym. Sferyczna krzemionka została otrzymana za pomocą zmodyfikowanej metody Stöbera. Celem badań było otrzymanie kompozytu o lepszych właściwościach w porównaniu z niemodyfikowanym polipropylenem. Zastosowano 1, 5, 10% dodatek wypełniaczy krzemionkowych. Charakterystykę struktury materiałów przeprowadzono z wykorzystaniem mikroskopii skaningowej. Badania właściwości wytrzymałościowych kompozytów i materiału wejściowego przy statycznym rozciąganiu oraz pomiar wytrzymałości na zginanie kompozytów przeprowadzono z użyciem uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej Zwick Roell Z020. Udarność z karbem określono, stosując młot wahadłowy firmy Instron, model CEAST 9050, a pomiar twardości wykonano za pomocą analogowego twardościomierza Shore'a firmy Zwick. Jako materiał referencyjny zastosowano niemodyfikowany polipropylen oraz jego kompozyt z handlową krzemionką Aerosil 200 jako wypełniaczem. Przeprowadzone badania wykazały, że wprowadzenie do polipropylenu wypełniaczy krzemionkowych powoduje polepszenie jego właściwości mechanicznych. Parametry zmieniają się wraz z zawartością wypełniacza w kompozytach. Innosilica pozwoliła osiągnąć lepsze rezultaty niż handlowa krzemionka. Stąd można przypuszczać, że wpływ na właściwości kompozytu ma nie tylko zawartość wypełniacza (wyrażona w procentach wagowych), ale przede wszystkim jego kształt. Sferyczna krzemionka Innosilica wykazuje mniejsze powinowactwo do tworzenia aglomeratów w osnowie polimerowej w porównaniu do nieregularnych kształtów Aerosilu 200. Kompozyty PP/Innosilica wykazują wyższą jednorodność strukturalną, a wysoka homogeniczność układu skutkuje lepszymi właściwościami mechanicznymi.

Słowa kluczowe

EN

sol-gel; polypropylene; Stöber SiO2; composite; mechanical properties

PL

zol-żel; polipropylen; krzemionka Stöbera; kompozyt; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 1
• Strony: 47--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Jakubowska P.

• Poznan University of Technology, Institute of Chemical Technology and Engineering, ul. Berdychowo 4, 60-965 Poznan, Poland

autor

Martyla A.

• Institute of Non-Ferrous Metals, Division in Poznan, Central Laboratory of Batteries and Cells, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznan, Poland

autor

Przekop R.

• Center of Advanced Technologies Adam Mickiewicz University, ul. Umultowska 89c , 61-614 Poznan, Poland

autor

Sztorch B.

• A. Mickiewicz University, Faculty of Chemistry, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznan, Poland

autor

Kopczyk M.

• Institute of Non-Ferrous Metals, Division in Poznan, Central Laboratory of Batteries and Cells, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznan, Poland

autor

Osinska-Broniarz M.

• Institute of Non-Ferrous Metals, Division in Poznan, Central Laboratory of Batteries and Cells, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznan, Poland

autor

Majchrzycki Ł.

• Center of Advanced Technologies Adam Mickiewicz University, ul. Umultowska 89c , 61-614 Poznan, Poland

Bibliografia

• [1] Streller R.C., Thomann R., Torno O., Mulhaupt R., Isotactic poly(propylene) nanocomposites based upon boehmite nanofillers, Macromolecular Materials and Engineering 2008, 293 218-227.
• [2] Mittal V.J., Polypropylene-layered silicate nanocomposites: filler matrix interactions and mechanical properties, Journal of Thermoplastic Composite Materials 2007, 20 575-599.
• [3] Yuan Q., Wu D.Y., Gotama J., Bateman S.J., Wood fiber reinforced polyethylene and polypropylene composites with high modulus and impact strength, Journal of Thermoplastic Composite Materials 2008, 21, 195-208.
• [4] Liu X.H., Wu Q.J., PP/clay nanocomposites prepared by grafting-melt intercalation, Polymer 2001, 42 10013-10019.
• [5] Nejad S.J., Ahmadi S.J., Abolghasemi H., Mohaddespour A., Influence of electron beam irradiation on PP/clay nanocomposites prepared by melt blending, e-Polymers 2007, 7, 1465-1475.
• [6] Vu-Khanh T., Fisa B., Impact fracture of glass-flake reinforced polypropylene, Polymer Composites 1986, 7, 375-382.
• [7] Rong M.Z., Zhang M.Q., Zheng Y.X., Zeng H.M., Freidrich K., Improvement of tensile properties of nano-SiO2/PP composites in relation to percolation mechanism, Polymer Communication Polymer 2001, 42, 3301-3304.
• [8] Pustak A., Smit I., Svab I., Musil V., Silica-Reinforced Polypropylene Composites, Proceedings of Conference Microscopy-Advanced Tools for Tomorrow’s Materials 08, Berlin 2007.
• [9] Garcia M., Van Vliet G., Jain S., Schrauwen B.A.G., Sarkissov A., Van Zyl W.E., Boukamp B., Polypropylene/SiO2 nanocomposites with improved mechanical properties, Reviews of Advanced Materials Science 2004, 6, 169-175.
• [10] Huang L., Zhan R.B., Lu Y.F., Mechanical properties and crystallization behaviour of polypropylene/nano-SiO2 composites, Journal of Reinforced Plastics and Composites 2006, 25, 1001-1005.
• [11] Rong M.Z., Zhang M.Q., Zheng Y.X., Zeng H.M., Walter R., Friedrich K., Irradiation graft polymerization on nanoinorganic particles: an effective means to design polymerbased nanocomposites, Journal of Materials Science Letters 2000, 19, 1159-1161.
• [12] Rong M.Z., Zhang M.Q., Zheng Y.X., Zeng H.M., Walter R., Friedrich K., Structure-property relationships of irradiation grafted nano-inorganic particle filled polypropylene composites, Polymer 2001, 42, 167-183.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.