CZ2011856A3

CZ2011856A3 - Composite material with natural fibrous filling agents based on flax for producing plastic components

Info

Publication number: CZ2011856A3
Application number: CZ20110856A
Authority: CZ
Inventors: Lenfeld@Petr; Ausperger@Ales; Behálek@Lubos; Bobek@Jirí; Lukes@Michal; Seidl@Martin; Severa@Zdenek
Original assignee: Technická univerzita v Liberci; Magna Exteriors&Interiors (Bohemia) S.R.O.
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-07-31

Abstract

Polymerní kompozit s prírodními vlákennými plnivy na bázi lnu pro výrobu plastových dílu, kde kompozit obsahuje od 58,5 do 88,5 hmotnostních % polypropylenu, 10 az 40 hmotnostních % prírodních vláken lnu s délkou vláken od 0,2 do 2 mm a 1 az 1,5 hmotnostní % aditiva na bázi silikonu a 0,1 az 0,5 hmotnostního % aditiva na bázi peroxidických dialkylu.Polymer composite with flax-based natural fiber fillers for the manufacture of plastic parts, wherein the composite contains from 58.5 to 88.5% by weight polypropylene, 10 to 40% by weight of natural flax fibers with fiber lengths from 0.2 to 2 mm and 1 to 1.5 wt% silicone additive and 0.1 to 0.5 wt% peroxidic dialkyl based additive.

Description

Kompozitní materiál s přírodními vlákennými plnivy na bázi lnu pro výrobu plastových dílůComposite material with natural fiber fillers based on flax for the production of plastic parts

Oblast technikyField of technology

Technické řešení se týká složení polymemího kompozitu s přírodními vlákennými plnivy na bázi lnu pro výrobu plastových dílů s vyššími užitnými vlastnostmi.The technical solution relates to the composition of a polymer composite with natural fiber fillers based on flax for the production of plastic parts with higher utility properties.

Dosavadní stav technikyState of the art

Polymerní materiály a jejich kompozity patří k nej progresivněji se rozvíjejícím se materiálům, protože polymerní materiály představují nej významnější segment výroby a spotřeby podle objemu mezi všemi technickými materiály a nelze pochybovat o tom, že jsou klíčové pro moderní technickou společnost. Současný vývoj polymerních materiálů a jejich technologií zpracování bude pokračovat ve stále větším objemu a úspěch jednotlivých materiálů vyvinutých základním a aplikovaným výzkumem bude v rozhodující míře ovlivněn poměrem mezi cenou a užitnou hodnotou materiálu. Do této oblasti výzkumu patří i náhrada skelných vláken vlákny přírodními, které jsou z environmentálního hlediska předmětem zájmu polymerních zpracovatelů. Aplikace přírodních vláken je významnou materiálovou obměnou, která tradičně směřuje nejenom do automobilového průmyslu, ale i do oblastí spotřebního průmyslu, zdravotnických aplikací, apod. Výhodou přírodních vláken, při srovnání s ostatními vláknitými materiály (používanými při výrobě kompozitů), je jejich nízká hmotnost, nízká abraze (zabraňující opotřebení zpracovatelských strojů), spalitelnost, netoxičnost, biodegradabilita a především nízká cena, nezávislá na ceně ropy.Polymeric materials and their composites are among the most progressively evolving materials, as polymeric materials represent the most important segment of production and consumption by volume among all technical materials and there can be no doubt that they are key to modern technical society. The current development of polymeric materials and their processing technologies will continue in an ever-increasing volume, and the success of individual materials developed by basic and applied research will be decisively influenced by the ratio between price and utility value of the material. This area of research also includes the replacement of glass fibers with natural fibers, which are of environmental interest to polymer processors. The application of natural fibers is a significant material change, which traditionally goes not only to the automotive industry, but also to consumer industry, medical applications, etc. The advantage of natural fibers, compared to other fibrous materials (used in the production of composites) is their low weight. low abrasion (preventing wear of processing machines), combustibility, non-toxicity, biodegradability and above all low price, independent of the price of oil.

Přírodní vlákna jsou v průmyslu používána nyní jako výztuž tvarovaných velkoplošných dílů, např. dřevěné piliny, obsahující vlákna celulózy a netkané lnové materiály s polypropylenem. Je však třeba zdůraznit, že se jedná prakticky pouze o výrobky vzniklé lisováním, nikoliv jejich vstřikováním, kde jsou kladeny vysoké nároky na kvalitu, rozměrovou a tvarovou přesnost vyráběných dílů. Vstřikování syntetických kompozitů s přírodními plnivy je doposud velmi málo prozkoumanou oblastí s velkými možnostmi a potenciálem i předpokladem značného nárůstu a do této oblasti také směřuje toto navržené technické řešení.Natural fibers are now used in industry as a reinforcement for large-area molded parts, such as wood sawdust, containing cellulose fibers and nonwoven linen materials with polypropylene. However, it should be emphasized that these are practically only products created by pressing, not by injection molding, where high demands are placed on the quality, dimensional and shape accuracy of the manufactured parts. The injection molding of synthetic composites with natural fillers is so far a very little explored area with great possibilities and potential and a precondition for a significant increase, and this proposed technical solution is also directed to this area.

Z historického hlediska lze aplikaci kompozitů datovat od roku 1908, kdy bylo poprvé použito kompozitního materiálu na bázi fenolické pryskyřice zpevněné dřevěnou moučkou (L. Baekeland). Vývojem skelných vláken u firmy Owens-Illincis Glass Co. (1933) se postupně objevují první aplikace tzv. sklolaminátů, tj. polymerních kompozitů se skelnými vlákny, např. kryty radaru letadel (1942) nebo díly karosérie osobních automobilů (1956, fy. Citroen), apod. Kromě skelných vláken jsou během vývoje polymerních kompozitů aplikována jako výztuž také vlákna uhlíková, borová, keramická, aj. Skrytou realitou dneška je použití přírodních vláken a to pro výrobu polymerních kompozitů používaných k výrobě velkoplošných dílů vnitřního polstrování a vnějších dílů karoserií automobilů a dalších dopravních technologií. Podíl biokompozitů sice každoročně narůstá, ale technických řešení a možností je stále velmi málo. Nejpoužívanějšími přírodními vlákny jsou především konopí, juta, len, bavlna, sisal a dřevo. Známými aplikacemi jsou díly v Mercedesu třídy C, Daimler AG. (např. výplně dveří a zvukové izolace), zadní kryt motoru autobusu vyrobený z rohože přírodních vláken, apod.From a historical point of view, the application of composites can be dated from 1908, when a composite material based on phenolic resin reinforced with wood flour (L. Baekeland) was first used. With the development of glass fibers at Owens-Illincis Glass Co. (1933) gradually introduced the first applications of so-called fiberglass, ie polymer composites with glass fibers, such as aircraft radar covers (1942) or car body parts (1956, Citroen), etc. In addition to glass fibers are composites applied as reinforcement also carbon, pine, ceramic fibers, etc. The hidden reality of today is the use of natural fibers for the production of polymer composites used for the production of large-area interior upholstery and exterior car body parts and other transportation technologies. Although the share of biocomposites is growing every year, there are still very few technical solutions and options. The most used natural fibers are mainly hemp, jute, flax, cotton, sisal and wood. Well-known applications are parts in the Mercedes C-Class, Daimler AG. (eg door panels and sound insulation), rear cover of the bus engine made of a mat of natural fibers, etc.

Navržené technické řešení reaguje na vzrůstající poptávku a požadavky na tyto materiály, které jsou však v České republice doposud velmi málo rozšířené. Tlak na aplikace takovýchto materiálů neustále vzrůstá, a to nejenom v důsledku ekonomické situace (cena ropy se nejenom neustále mění, ale hlavně roste), nejenom v důsledku možností ovlivnění konečných a užitných vlastností výrobků, ale i z hlediska klimatických změn (téměř neřešená recyklace současných dílů ze syntetických plastů, spalování syntetických plastů, skládkování).The proposed technical solution responds to the growing demand and requirements for these materials, which are, however, very widespread in the Czech Republic. The pressure to apply such materials is constantly increasing, not only due to the economic situation (the price of oil is not only constantly changing, but mainly rising), not only due to the possibility of influencing the final and useful properties of products, but also in terms of climate change (almost unresolved recycling of current parts of synthetic plastics, incineration of synthetic plastics, landfilling).

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Technické řešení si dává za cíl vytvoření kompozitu s cíleným složením matrice, aditiva a plniva na bázi přírodních materiálů pro zlepšení konečných a užitných vlastností plastových dílů s vyšší přidanou hodnotou a ekologicky mnohem nižší zatížitelností oproti 100% syntetickým produktům, tedy environmentálních výhod. Podstata technického řešení spočívá vtom, že kompozit obsahuje od 58,5 do 88,5 hmotnostních % polypropylenu, 10 až 40 hmotnostních % přírodních vláken lnu (délka vláken od 0,2 do 2 mm) a 1 až 1,5 hmotnostního % aditiva na bázi silikonu a 0,1 až 0,5 hmotnostního % aditiva na bázi peroxidických dialkylů, které plní funkci chemického katalyzátoru.The technical solution aims to create a composite with a targeted composition of matrix, additives and fillers based on natural materials to improve the final and useful properties of plastic parts with higher added value and ecologically much lower load capacity compared to 100% synthetic products, ie environmental benefits. The essence of the technical solution lies in the fact that the composite contains from 58.5 to 88.5% by weight of polypropylene, 10 to 40% by weight of natural flax fibers (fiber length from 0.2 to 2 mm) and 1 to 1.5% by weight of additive per silicone-based and 0.1 to 0.5% by weight of a peroxide-dialkyl-based additive which acts as a chemical catalyst.

Získaný kompozit je standardně dodáván ve formě granulí a je určen pro širokou oblast technologií pro zpracování plastů, např. vstřikování.The obtained composite is supplied in the form of granules as standard and is intended for a wide range of plastics processing technologies, such as injection molding.

Příklady provedení vynálezuExamples of embodiments of the invention

Polymerni kompozit s přírodními vlákennými plnivy na bázi lnu je následně popsán na následujících příkladech včetně uvedení vhodné aplikace, přičemž složku A tvoří polypropylenu, složku B přírodní vlákna lnu (délka vláken od 0,2 do 2 mm), složku C aditivum na bázi silikonu, složku D tvoří aditivum na bázi peroxidických dialkylů.The polymer composite with natural flax-based fiber fillers is subsequently described in the following examples, including the indication of a suitable application, component A consisting of polypropylene, component B natural flax fibers (fiber length 0.2 to 2 mm), component C silicone-based additive, component D is an additive based on peroxide dialkyls.

Varianta 1:Option 1:

Složka A: 88,5 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 88.5% by weight of polypropylene

Složka B: 10 hmotnostních % přírodních vláken lnuComponent B: 10% by weight of natural flax fibers

Složka C: 1,5 hmotnostní % aditiva na bázi silikonuComponent C: 1.5% by weight of silicone-based additive

Složka D: 0,2 hmotnostní % aditiva na bázi peroxidických dialkylůComponent D: 0.2% by weight of peroxide dialkyl additive

Varianta 2:Option 2:

Složka A: 78,5 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 78.5% by weight of polypropylene

Složka B: 20 hmotnostních % přírodních vláken lnuComponent B: 20% by weight of natural flax fibers

Složka D: 0,2 hmotnostní % aditiva na bázi peroxidických dialkylůComponent D: 0.2% by weight of a peroxide dialkyl additive

Varianta 3:Option 3:

Složka A: 68,5 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 68.5% by weight of polypropylene

Složka B: 30 hmotnostních % přírodních vláken lnuComponent B: 30% by weight of natural flax fibers

Varianta 4:Option 4:

Složka A: 58,5 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 58.5% by weight of polypropylene

Složka B: 40 hmotnostních % přírodních vláken lnuComponent B: 40% by weight of natural flax fibers

Polymerní kompozit s přírodními vlákennými plnivy na bázi lnu lze s výhodou použít pro výrobu plastových dílů rozdílnými technologickými procesy, které se vyznačují lepšími užitnými a konečnými vlastnostmi, např. mechanické vlastnosti, rozměrová stabilita, atd., ekonomickou úsporou, zkrácením výrobních cyklů, environmentálními aspekty, apod.Polymer composite with natural fiber fillers based on flax can be advantageously used for the production of plastic parts by different technological processes, which are characterized by better utility and final properties, eg mechanical properties, dimensional stability, etc., economic savings, shortening production cycles, environmental aspects , apod.

Průmyslová využitelnost:Industrial applicability:

Polymerní kompozit s přírodními vlákennými plnivy na bázi lnu podle předloženého technického řešení je vhodný pro výrobu plastových dílů rozdílnými technologickými procesy.The polymer composite with natural fiber fillers based on flax according to the presented technical solution is suitable for the production of plastic parts by different technological processes.

Claims

PATENT CLAIMS

Polymeric composite with natural flax-based fiber fillers for the manufacture of plastic parts, characterized in that the composite contains from 58.5 to 88.5% by weight of polypropylene, 10 to 40% by weight of natural flax fibers (fiber length from 0.2 to 2) mm) and 1 to 1.5% by weight of a silicone-based additive and 0.1 to 0.5% by weight of a peroxide-dialkyl additive.