Polyamides from renewable sources as matrices of short fiber reinforced biocomposites

• Autorzy: Kuciel S. , Koźniar P. , Liber-Kneć A.

Warianty tytułu

PL

Poliamidy ze źródeł odnawialnych jako osnowy biokompozytów wzmacnianych krótkimi włóknami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

At present, in production of commercially available biopolyamides, castor oil is used as one of raw materials. In this paper possibilities of processing biocomposites based on biopolyamide (commercially delivered by Chinese company Suzhou Hipro Polymers) filled with 10 or 20 wt. % of glass, carbon or flax fibers were presented. Tensile properties (tensile strength, modulus of elasticity and elongation at break) of the composites in their conditioned state and afterwater soaking were discussed. As the results showed, a strong effect of reinforcement was obtained for all of the composites. The composites with glass and flax fibers have a great elongation and impact resistance. To evaluate fatigue stress of tested materials, simplified shortened Lehr’s method was used. The results of this work can be used in the designing process of structural materials with varying stiffness and ability to dissipate energy depending on the expectations of the recipient.

PL

W pracy zaprezentowano aktualne możliwości wytwarzania i modyfikacji poliamidów z surowców odnawialnych. Na przykładzie poliamidu otrzymywanego z oleju rycynowego i produkowanego na skalę przemysłową (Hiprolon 211) przedstawiono wyniki badań kompozytów z dodatkiem 10 lub 20 % mas. włókien — szklanych, węglowych lub lnianych. Porównano podstawowe właściwości wytrzymałościowe czystego biopoliamidu i jego kompozytów o różnym stopniu napełnienia (rys. 2—4). Wprowadzenie włókien we wszystkich przypadkach dało wyraźny efekt wzmocnienia. Wyznaczono wartości gęstości, temperatury mięknienia Vicata, udarności określanej metodą Charpy'ego z karbem (tabela 1), a także chłonności wody po 1, 7 i 30 dniach moczenia. Zbadano również zmiany właściwości wytrzymałościowych po 30-dniowej inkubacji w wodzie (rys. 6 i 7) czystego biopoliamidu i kompozytów z dodatkiem 10 % mas. napełniaczy. Techniką SEM wykonano fotografie powierzchni przełomów po rozciąganiu wytworzonych kompozytów. Widoczne są na nich charakterystyczne cechy struktury i morfologia różnych włókien (rys. 3). Przedstawiono rezultaty badań dynamicznych kompozytów, a w szczególności poziomy sił wymuszających, średnie wydłużenie oraz energie dyssypacji odpowiadających narastającym ilościom pętli mechanicznej histerezy (tabela 2, rys. 9). Porównano pętle histerezy kompozytów z włóknami szklanymi, węglowymi i lnianymi (rys. 8). Wyniki przedstawionych badań wykazały, że istnieją duże możliwości projektowania właściwości wytrzymałościowych kompozytów na osnowie długołańcuchowych biopoliamidów, ponieważ właściwości te zależą od rodzaju oraz ilości wprowadzanych włókien.

Słowa kluczowe

EN

biopolyamide; biocomposite; renewable sources; flax fiber; glass fiber; carbon fiber

PL

biopoliamid; biokompozyt; surowce odnawialne; włókna lniane; włókna szklane; włókna węglowe

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 57, nr 9
• Strony: 627--634
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz.

Twórcy

autor

Kuciel S.

autor

Koźniar P.

autor

Liber-Kneć A.

• Cracow University of Technology Institute for Materials Engineering al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków, Poland,

Bibliografia

• 1. Thielen M.: Bioplastics Magazine 2010, 5, No. 3, 50.
• 2. Ogunniyi D. S.: Bioresour. Technol. 2006, 97, 1086.
• 3. Florjańczyk Z., Dębowski M., Chwojnowska E., £okaj K., Ostrowska J.: Polimery 2009, 54, 609.
• 4. Endres H. J., Siebert-Raths A.: „Engineering Biopolymers Markets, Manufacturing, Properties and Applications”, Carl Hanser Verlag, Munich 2011, p. 95.
• 5. Bechthold I., Bretz K., Kabasci S., Kapitzky R., Springer A.: Chem. Eng. Technol. 2008, 31, 647.
• 6. Kohan M. I., Mestemacher S. A., Pagilagan R. U., Redmond K.: „Polyamides in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry”, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2003.
• 7. Pat. USA 0 149 777 A1 (2007).
• 8. Saskiawan I.: Microbiol. Indonesia 2008, 2, 119.
• 9. Błędzki A., Feldman A., Jaszkiewicz A., Häger H., Bollmann S.: Bioplastics Magazine 2010, 3, No. 3, 26.
• 10. Błędzki A. Jaszkiewicz A., Feldman M., Sperber V. E.:World J. Eng. 2010, 7, Supplement 2, P168.
• 11. Liu Z., Zhou P., Yan D.: J. Appl. Polym. Sci. 2004, 91, 1834.
• 12. Zeng H., Gao C.,Wang Y.,Watts P. C. P., Kong H., Cui X.,Yan D.: Polymer 2006, 47, 113.
• 13. Liu T., Lim K. P., TjiuW. C., Pramoda K. P., Chen Z. K.: Polymer 2003, 44, 3529.
• 14. Rajesh J. J., Bijwe J.: Wear 2004, 256, 1.
• 15. Kuciel S., Liber-Kneæ A.: Polimery 2011, 56, 218.
• 16. Błędzki A. K., Jaszkiewicz A.: Polimery 2008, 53, 564.
• 17. Epaarachchi J. A., Clausen P. D.: Composites Part A 2005, 36, 1236.
• 18. Mishnaevsky L., Brondsted P.: Int. J. Fract. 2007, 144, 149.
• 19. Pach E., Korin I., Ipina J. P.: Exp. Tech. 2012, 36, 76.
• 20. Katarzyński S., Kocańda S., Zakrzewski M.: „Badania właściwości mechanicznych metali”, WNT, Warszawa 1967.
• 21. Kocańda S., Szala J.: „Podstawy obliczeń zmęczeniowych”, PWN, Warszawa 1991.
• 22. Mazurkiewicz S., Żmudka S.: „Ocena własności zmęczeniowych kompozytów za pomocą badań przyspieszonych”, Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej. Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją, 2010, No. 12, pp. 241—246.
• 23. Liber-Kneć A., Żmudka S., Kuciel S.: „Polimery i kompozyty konstrukcyjne” (red. Wróbel G.), Cieszyn 2010, str. 198—205.
• 24. Liber-Kneć A., Kuciel S., Kuźniar P.: „A shorten method of fatigue strength estimation of degradable biopolymers filled with flax fibers”, Materials of 3nd International Conference on Innovative Natural Fibre Composites for Industrial Applications, Rome 2011.
• 25. http://azoty.tarnow.pl/media/documents/t27_pl.pdf
• 26. Sroka M., Pyko G., Kuciel S.: Inżynieria Biomateriałów 2011, 12, 116.