Improving the mechanical performance of PLA composites with natural, man-made cellulose and glass fibers — a comparison to PP counterparts

• Autorzy: Jaszkiewicz A. , Bledzki A. K. , Franciszczak P.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the first part of this study, the improvement of mechanical performance of composites based on polylactide in comparison to petrochemical polypropylene is presented. This approach focuses on understanding the micromechanical aspects of brittle and ductile failure mechanisms of composites with natural fiber abaca, man-made cellulose and glass fiber. The basic principal is hereby the utilization of cellulosic fibers in a biogenic matrix polymer and the comparison to PP-based composites. The findings obtained in the first sections are the main essentials for the second part of this paper: further improvement of crash resistance of PLA composites. The main objective is to improve the mechanical parameters while the primarily targeting is on the impact strength of the brittle polylactide composites. In the course of this thesis, the ultimate proof of the reinforcing effects of cellulosic fibers was provided. Finally, a selective modification of the interphase was accomplished and accordingly, the highest known values of impact strength for PLA composites were achieved.

PL

W artykule zaprezentowano biokompozyty do zastosowań technicznych, charakteryzujące się właściwościami pozwalającymi na zastąpienie nimi klasycznych kompozytów polipropylen/włókno szklane (PP/GF) i spełniających następujące warunki: zarówno wzmocnienie, jak i osnowa są pochodzenia naturalnego, kompozyt ma mały ciężar właściwy, a jednocześnie zachowuje korzystne właściwości mechaniczne. W charakterze wzmocnienia zastosowano włókna abaki oraz regenerowanej celulozy (Cell). Polilaktyd PLA posłużył jako osnowa kompozytu termoplastycznego, w całości wytworzonego z surowców pozyskiwanych ze źródeł odnawialnych. W celach porównawczych otrzymano kompozyty na bazie surowca petrochemicznego — polipropylenu (PP), a także kompozyty na osnowie PLA wzmocnione włóknem szklanym (GF). Ponadto, za pomocą odpowiednich dodatków modyfikowano warstwę graniczną włókno/osnowa. Szczegółowa ocena właściwości mechanicznych, wykraczająca poza standardowe badania quasi-statyczne w kierunku analizy mikromechaniki pękania oraz mikrostruktury, pozwoliła na oszacowanie cech użytkowych opracowanych biokompozytów. Wyniki badań udarnościowych i odkształcalności kompozytu PLA/Cell wskazują, że materiały takie dorównują, a w zakresie właściwości quasi-statycznych znacznie przewyższają PP/GF. Modyfikowane powierzchniowo włókna celulozowe wpływają na znaczne zwiększenie odporności PLA na kruche pękanie, umożliwiając tym samym zastosowanie tego biopolimeru do produkcji tworzyw konstrukcyjnych. Udarność z karbem kompozytów PLA/Cell osiąga wyraźnie większe wartości niż w przypadku analogów na osnowie PP. Dodatek włókien abaki wpływa na poprawę sztywności PLA, ale w niewielkim tylko stopniu zmienia właściwości wytrzymałościowe i odporność na kruche pękanie.

Słowa kluczowe

EN

biocomposite; natural fiber; man-made cellulose; glass fiber; polylactide; polypropylene

PL

biokompozyt; włókna naturalne; regenerowana celuloza; włókno szklane; polilaktyd; polipropylen

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 58, nr 6
• Strony: 435--442
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Jaszkiewicz A.

autor

Bledzki A. K.

autor

Franciszczak P.

• Universität Kassel, Institut für Werkstofftechnik, Mönchebergstr. 3, 34125 Kassel,

Bibliografia

• 1. Bledzki A. K., Faruk O., Sperber V. E.: Macromol. Mater. Eng. 2006, 291, 449.
• 2. Bledzki A. K., Jaszkiewicz A., Scherzer D.: Bioplastics Magazine 2008, 3(02), 12.
• 3. Bledzki A. K., Jaszkiewicz A., Murr M., Sperber V. E.: „Processing techniques for natural- and wood-fibre composites” in „Properties and performance of natural-fibre composites”(Ed. Pickering K. L.),Woodhead Publishing Ltd, Cambridge 2008, pp. 163—192.
• 4. Jaszkiewicz A.: „Gegenüberstellung von biobasierten Polylactid- und Polypropylen-Compositen — Funktionsadditive, Cellulose- und Glasfasern, Prozessführung”, Kassel2011, ISBN 978-83-7815-404-4.
• 5. Kozlowski R., Wladyka-Przybylak M., Kicinska Jakubowska A.: „State of art in the research on natural fibres and their properties used in composites”, in Proc.: 7th Global WPC and Natural Fibre Composites Congress, June 18—19, 2008, Kassel, Germany.
• 6. Scherübl B.: „An Innovative Composite Solution in the New Mercedes A Class — A Successful Story about the Natural Fibre ABACA”, 6th Global Wood and Natural Fibre Composites Symposium, April 5—6, 2006, Kassel/Germany.
• 7. Klemm D., Heublein B., Fink H.-P., Bohn A.: „Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material”, Angewandte Chemie International 2005, 44, pp. 3358—3393.
• 8. N/N: Rohstoffe im Wandel, Positionspapier von DECHEMA, GDCh, DGMK, VCI, Frankfurt, 2010.
• 9. Hafellner R., Pichler M., Wörndle R., Steinbichler G.: Kunststoffe 2000, 90(3), 44.
• 10. Bürkle E., Sieverding M., Mitzler J.: Kunststoffe 2003, 93(3), 47.
• 11. Plackett D.: J. Polym. Environ. 2004, 12(3), 131.
• 12. Bax B., Müssig J.: Compos. Sci. Technol. 2008, 68(7—8), 1601.
• 13. Fink H.-P., Ganster J.: „Novel Commodity Composites with Man-Made Cellulose Fibres”, Konferenzmaterialien: 6th Global Wood and Natural Fibre Composites Symposium, April 05—06, 2006, Kassel, Germany.
• 14. Fink H.-P., Ganster J.: „Novel Thermoplastic Composites from Commodity Polymers and Man-Made Cellulose Fibres”, Macromolecular Symposia 244, 2006, 1, pp. 107—118.
• 15. Ganster J., Fink H.-P.: Cellulose 2006, 13(3), 271.
• 16. Einsidel R., Uihlein K., Ganster J., Rihm R.: „Cordenka Reinforced PLA—Advanced Bio-Derived Composite Material”, Konferenzmaterialien: Annual Technical Conference, May 16—20 2010, Orlando, FL, USA.
• 17. Jaszkiewicz A., Bledzki A. K.: Polimery 2008, 53, 564.
• 18. Schoßig M., Grellmann W., Mecklenburg T.: J. Appl. Polym. Sci. 2010, 115(4), 2093.
• 19. Bledzki A. K., Jaszkiewicz A., Scherzer D.: Composites Part A 2009, 40(4), 404.