Badania właściwości fizycznych i mechanicznych kompozytów polimerowo-drzewnych (WPC)

• Autorzy: Zajchowski S. , Gozdecki C. , Kociszewski M.

Warianty tytułu

EN

The investigation of physical and mechanical properties of wood plastic composites (WPC)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono badania kompozytów polimerowo-drzewnych zawierających Malen P, S-901 oraz mączkę drzewną stężeniu od 0:60%. Mączkę drzewną otrzymano na rozdrabniaczu własnej konstrukcji, umożliwiającym uzyskanie przemiałów charakteryzujących się wysoką gęstością nasypową, równomiernym rozkładem granulometrycznym ze śladowym udziałem frakcji pylistej (rys. 1). Cząstki o wielkości od 200 do 500 um mieszano z polipropylenem i metodą wtryskiwania uzyskano wypraski w postaci wiosełek i beleczek. Wypraski wiosełkowe miały długość 150 mm i dwa różne przekroje: 4x10 oraz 10x10 mm. W celu lepszego odniesienia badanych kompozytów do właściwości tworzyw drzewnych wykonano dodatkową płytę z gniazdem formującym o wymiarach 140x30x20 mm, umożliwiającym otrzymanie beleczek odpowiadających kształtem i wielkością próbkom stosowanym w badaniach materiałów drzewnych. Dla wszystkich badanych materiałów oznaczono podstawowe właściwości fizyczne i mechaniczne, tj. gęstość, skurcz liniowy, nasiąkliwość, wytrzymałość na roz­ ciąganie, udarność i twardość. Uzyskane właściwości odniesiono do stężenia mączki w kompozycie. Wykazano korzystny wpływ mączki drzewnej na skurcz liniowy (rys. 2). Stwierdzono, że wraz ze wzrostem stężenia napehiiacza wartość skurczu maleje liniowo, osiągając dla kompozytu zawierającego 60% mączki wartość 0,2%. Dla wszystkich otrzymanych wyprasek oznaczono gęstość, która w znacznym stopniu zależy od stężenia mączki drzewnej (rys. 3). Pomimo iż gęstość obydwu składników kompozytu jest niższa od 1g/cm3, wraz ze wzrostem stężenia mączki gęstość kompozytu zwiększa się, a przy stężeniu około 50% przekracza nawet 1 g/cm3. Modyfikacja polipropylenu mączką drzewną wpływa także na zauważalną tendencję do absorpcji wody, jest ona jednak znikoma w porównaniu z nasiąkliwością drewna sosnowego, MDF czy płyty wiórowej (rys. rys. 4 i 5). Wyniki pomiarów wytrzymałości na rozciąganie badanych WPC (rys. 6) wykazały, że wytrzymałość ta silnie zależy od przekroju poprzecznego próbki przy identycznej zawartości w nich mączki drzewnej. Dla wszystkich prób wytrzymałość maleje od wartości 31 MPa dla samego Malenu do wartości 3,7 i 10 MPa dla kompozytów zawierających 60% mączki. Podobnie wzrost stężenia mączki wpływa na udarność kompozytu (rys. 7). Zwiększenie zawartości napełniacza obniża wartość udarności, która powyżej 50% jej zawartości nie ulega zmianie, a nawet wykazuje tendencję wzrostową. Jednakże wartości udarności przy tej samej zawartości mączki, a różnych przekrojach znacząco się różnią. Badania twardości WPC wykazały, że parametr ten zależny jest od stopnia napełnienia mączką drzewną (rys. 8). Zauważono przy tym, że każdorazowo kompozyt miał dużo wyższą twardość niż porównywane materiały drzewne (rys. 9). Stwierdzono, że z jednej strony otrzymane WPC można porównywać z tworzywami polimerowymi i oceniać metodami dla nich opracowanymi. Z drugiej strony wysoki stopień napełnienia kompozytów mączką drzewną upoważnia do porównania ich z właściwościami drewna tworzyw drzewnych typu MDF, płyta wiórowa. W pracy przeprowadzono takie porównanie, stwierdzając jednocześnie konieczność opracowania metod badawczych, które byłyby reprezentatywne dla WPC, i jednocześnie tworzyw drzewnych.

EN

The investigation into wood polymer composites containing Malen P, S-901 and wood flour content of 0:60% was carried out. Wood flour was obtained using a grinder constructed by us that makes it possible to receive milling characterized by high bulk density and distribution uniform with regard to grain size with a vestigial share of powdery fraction (Fig. 1). Particles of 200 to 500 um size were mixed with polypropylene and moulders in a form of little paddles and beams were obtained by means of injection moulding. The paddle-like moulders were 150 mm long and had two sections: 4x10 mm and 10x10 mm. In order to better relate the composites examined to the properties of wood-based materials, a supplementary board with a moulding mortise of 140x30x20 mm size that makes it possible to obtain beams corresponding with regard to shape and height to the samples used in the investigations into wood-based materials. The basic physical and mechanical properties, that is density, linear shrinkage, water absorption, tensile strength, impact, and toughness were determined for all the materials examined. The obtained properties were related to the content of wood flour in a composite. An advantageous effect of wood flour on linear shrinkage was demonstrated (Fig. 2). It was found out that when the content of a filler increases, the value of shrinkage decreases linearly, reaching the value of 0.2% for the composite containing the wood flour content of 60%. For all the moulders obtained density was determined, that to a considerable degree depends on the wood flour content (Fig. 3). Despite the fact that the density of both components of the composite is lower than 1 g/cm3, the density of the composite increases with the growth of the wood flour content, and at the content of approximately 50% even exceeds 1 g/cm3. The modification of propylene with wood flour also affects a noticeable tendency to water absorption, but it is, however, insignificant when compared to water absorption of pine-wood, MDF or particle board (Figs 4, 5). The results of tensile strength measurements of the wood plastic composites (WPC) (Fig. 6) showed that the tensile strength strongly depends on the cross-section of a sample at the same wood flour content in them. For all tests tensile strength decreases from the value of 31 MPa for Malen itself, to the value of 3.7 and 10 MPa for the composites containing 60% of wood flour. Similarly,the increase in the wood flour content affects the impact strength of the composite (Fig. 7). The increase of the content of a filler reduces the value of impact strength that at over 50% of its content does not change, but even shows a tendency to grow. However, the values of impact strength at the same wood flour content but with different sections considerably differ. The examinations of the toughness of WPC showed that this parameter is dependent on the level of wood flour content (Fig. 8). It was observed that the composite each tune had much higher toughness that wood-based materials compared (Fig. 9). It was found out that on the one hand the obtained WPCs can be compared with polymers and evaluated by using methods elaborated for them. On the other hand, the high level of wood flour content in composites enables to compare them with the properties of wood and wood-based materials of a MDF or particleboard type. The comparison was also made, resulting in a conclusion that it is necessary to work out research methods that are representative for both WPCs and wood-based materials.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; kompozyt drzewno-polimerowy; właściwości mechaniczne; właściwości fizyczne

EN

composite; wood polymer composite; physical properties; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 3
• Strony: 45--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., wykr.,

Twórcy

autor

Zajchowski S.

• Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy, Katedra Chemii i Technologii Polimerów, ul. Seminaryjna 3, 85-326 Bydgoszcz

autor

Gozdecki C.

• Akademia Bydgoska im. Kazimierza Wielkiego, Instytut Techniki, ul. Chodkiewicza 30, 85-064 Bydgoszcz

autor

Kociszewski M.

• Akademia Bydgoska im. Kazimierza Wielkiego, Instytut Techniki, ul. Chodkiewicza 30, 85-064 Bydgoszcz

Bibliografia

• [1] Gajewski J., Kompozyty drewno/tworzywo - własności i zastosowania, X Seminarium Tworzywa Sztuczne w Budowie Maszyn, Kraków 2003, 153-158.
• [2] Svoboda M.A., Lang R.W., Property profiles and struktureproperty-relationships of polypropylene-wood-composites with high wood content, Wood-Plastic Composites, Wiena 2002.
• [3] Kuciel S., Proszek M., Liber A., Ocena możliwości kształtowania właściwości i zachowania się w gotowym wyrobie kompozycji recyklatów polietylenów z mączką drzewną, II Środkowoeuropejska Konferencja Recykling Materiałów Polimerowych Nauka-Przemysł, Toruń 2003.
• [4] Zajchowski S., Głowacka L., Formowanie kompozytu PP/mączka drzewna metodą wtryskiwania, (w:) Materiały polimerowe i ich przetwórstwo pod red. J. Koszkula i E. Bociągi, Częstochowa 2004, 161-168
• [5] Zajchowski S., Właściwości kompozytów PVC/mączka drzewna, III Środkowoeuropejska Konferencja Recykling Materiałów Polimerowych Nauka-Przemysł, Krynica 2004, 49-50.
• [6] Kikuchi T., Opportunities for interior furniture in wood plastic composites (Ein WoodTM) a Japanese perspective, Wood-Plastic Composites, Wiena 2003.
• [7] Letman M., Bledzki A., Shapovalov V., Tavroginskaya M., Physico-mechanical and technological characteristics of polypropylene and wood-based composites, 5th Global Wood and Natural Fibre Composites Symposium, Kassel 2004, P25-1.
• [8] Połeć I., Kozłowska A., Kozłowski M., Właściwości mechaniczne kompozytów hybrydowych PP, X Seminarium Tworzywa Sztuczne w Budowie Maszyn, Kraków 2003, 317- 322.
• [9] Zajchowski S., Laboratoryjny granulator do tworzyw polimerowych, III Środkowoeuropejska Konferencja Recykling Materiałów Polimerowych Nauka-Przemysł, Krynica 2004, 133-134.