CZ2013420A3

CZ2013420A3 - Composite material with synthetic polymeric matrix and banana tree fibrous material

Info

Publication number: CZ2013420A3
Application number: CZ2013-420A
Authority: CZ
Inventors: Petr Lenfeld; Luboš Běhálek; Jiří Bobek; Pavel Brdlík; Jiří Habr; Martin Seidl
Original assignee: Technická univerzita v Liberci - Katedra strojírenské technologie, oddělení tváření kovů a zpracování plastů
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2015-01-07

Abstract

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 (environmentální výhody). Podstata technického řešení spočívá v tom, že kompozit obsahuje od 56 do 86 % hmotnostních syntetické matrice polypropylenu (PP), 10 až 40 % hmotnostních přírodních vláken banánovníku (délka vláken od 0,2 do 3 mm) a 2 až 4 % hmotnostní aditiva na bázi maleinanhydridu.The aim of the solution is to create a composite with a targeted composition of matrix, additive and filler based on natural materials to improve the final and utility properties of higher value added plastic parts and environmentally much lower load capacity than 100% synthetic products (environmental benefits). The essence of the technical solution is that the composite contains from 56 to 86% by weight of a synthetic polypropylene matrix (PP), 10 to 40% by weight of natural banana fibers (fiber length from 0.2 to 3 mm) and 2 to 4% by weight of additive to maleic anhydride base.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká složení polymemího kompozitu s přírodními vlákennými plnivy banánovníku pro výrobu plastových dílů s vyššími užitnými vlastnostmi.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the composition of a polymer composite with natural fiber fillers of a banana tree for the manufacture of plastic parts having higher performance properties.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Polymerní materiály a jejich kompozity patří k nej progresivněji se rozvíjejícím se materiálům, protože polymerní materiály představují nejvýznamnější 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 developing materials, because polymeric materials represent the most important segment of production and consumption by volume among all engineering materials and there is no doubt that they are key to a modern engineering company. The current development of polymeric materials and their processing technologies will continue to grow in volume, and the success of individual materials developed by basic and applied research will be largely influenced by the price / 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 an important material variation, which is traditionally directed not only to the automotive industry, but also to the areas of consumer industry, medical applications, etc. The advantage of natural fibers compared to other fibrous materials (used in composites) is their low weight, low abrasion (preventing wear on processing machines), combustibility, nontoxicity, biodegradability and above all low price, independent of oil price.

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 reinforcement of shaped large-area parts, eg wood sawdust, containing cellulose fibers and polypropylene non-woven linen materials. However, it should be pointed out that these are practically only: products made by pressing, not by injection molding, where high demands are placed on the quality, dimensional and shape accuracy of the manufactured parts. Injection of synthetic composites with natural fillers is a very poorly explored area with great potential and potential and a prerequisite 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, Eij. 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. Nej používanějšími 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.Historically, the application of composites dates back to 1908, when a composite material based on phenolic resin reinforced with wood flour (L. Baekeland) was first used. Owens-Illincis Glass Co. developed glass fibers (1933), the first applications of so-called fiberglass, ie polymer composites with glass fibers, such as aircraft radar covers (1942) or body parts of passenger cars (1956, by Citroen), are gradually emerging. composites applied as reinforcement also carbon, pine, ceramic, Eij. The hidden reality of today is the use of natural fibers for the production of polymer composites used for the production of large-area parts of inner padding and outer parts of car bodies and other transport technologies. The share of biocomposites is growing every year, but there are still few technical solutions and possibilities. The most used natural fibers are mainly hemp, jute, flax, cotton, sisal and wood. Well-known applications are parts in Mercedes C-Class, Daimler AG. (eg door panels and sound insulation), the rear engine cover made of natural fiber mats, 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 increasing demand and requirements for these materials, which, however, have not been widely used in the Czech Republic. The pressure on the application of such materials is constantly increasing, not only because of the economic situation (the price of oil is not only constantly changing but also increasing), not only due to the possibility of influencing the final and utility properties of products, from synthetic plastics, combustion of synthetic plastics, landfilling).

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Technické řešení podle tohoto vynálezu 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 (environmentální výhody). Podstata technického řešení spočívá v tom, že kompozit obsahuje od 56 do 86 hmotnostních % syntetické matrice polypropylenu (PP), 10 až 40 hmotnostních % přírodních vláken banánovníku (délka vláken od 0,2 do 3 mm) a 2 až 4 hmotnostní % aditiva na bázi maleinanhydridu.The technical solution according to the invention aims to create a composite with a targeted composition of matrix, additive and filler based on natural materials to improve the end and utility properties of plastic parts with higher added value and ecologically much lower loadability compared to 100% synthetic products (environmental benefits). The essence of the invention is that the composite comprises from 56 to 86% by weight of a polypropylene (PP) synthetic matrix, 10 to 40% by weight of natural banana fibers (fiber length from 0.2 to 3 mm) and from 2 to 4% by weight of an additive maleic anhydride base.

Takto připravený kompozit může být dle požadavků na konečné a užitné vlastnosti dílů a polotovarů nebo dle požadavků procesu doplněn dalšími přísadami, jako jsou maziva, anorganická plniva, barviva, UV stabilizátory, retardéry hoření, pigmenty, antistatika, nukleací činidla, apod. Toto procentuální doplnění může být provedeno z hlediska snížení hmotnostních % přírodních vláken anebo z hlediska snížení hmotnostních % syntetické matrice.The composite thus prepared can be supplemented with other additives such as lubricants, inorganic fillers, colorants, UV stabilizers, flame retardants, pigments, antistatic agents, nucleating agents, etc., depending on the requirements for the final and utility properties of the parts and semi-finished products or process. it can be done in terms of weight% natural fiber reduction or in terms of weight% synthetic matrix.

Základem kompozitu jsou vlákna banánovníku potřebné definované kvality z hlediska dopadů a účinků teplot a namáhání během procesu přípravy vláken, procesu granulace a dalšího postupného zpracování, např. vstřikování. Získaný kompozit je standardně dodáván ve formě granulí z hlediska dobré sypné hmotnosti a snížení prašnosti a je určen zejména pro technologické procesy vstřikování, ale je aplikovatelný i pro další technologie zpracování plastů, např. vytlačování.The composite is based on the banana tree fibers of the defined quality in terms of the effects and effects of temperatures and stresses during the fiber preparation process, the granulation process and other sequential processing, such as injection molding. As a standard, the obtained composite is supplied in the form of granules in terms of good bulk density and dust reduction and is intended mainly for technological injection molding processes, but is also applicable to other plastics processing technologies such as extrusion.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Polymemí kompozit s přírodními vlákennými plnivy banánovníku je následně popsán na následujících příkladech včetně uvedení vhodné aplikace, přičemž složku A tvoří syntetická matrice polypropylenu (PP), složku B přírodní vlákna banánovníku (délka vláken od 0,2 do 3 mm), složku C aditivum na bázi maleinanhydridu.The polymer composite with natural banana fiber fillers is then described in the following examples, including an appropriate application, wherein component A is a synthetic polypropylene (PP) matrix, component B is natural banana fiber (fiber length from 0.2 to 3 mm), component C additive for maleic anhydride base.

Příklady variant bez přísad:Examples of variants without additives:

Varianta 1:Option 1:

Složka A: 86 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 86% by weight of polypropylene

Složka B: 10 hmotnostních % přírodních vláken banánovníkuComponent B: 10% by weight of natural banana fibers

Složka C: 4 hmotnostní % aditiva na bázi maleinanhydriduComponent C: 4% by weight maleic anhydride additive

Varianta 2:Option 2:

Složka A: 77 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 77% by weight of polypropylene

Složka B: 20 hmotnostních % přírodních vláken banánovníkuComponent B: 20% by weight of natural banana fibers

Složka C: 3 hmotnostní % aditiva na bázi maleinanhydridu • · · ·Component C: 3% by weight maleic anhydride additive

Příklady variant s použitím přísad:Examples of variations using additives:

Varianta 3:Option 3:

Složka A: 64 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 64 wt% polypropylene

Složka B: 30 hmotnostních % přírodních vláken banánovníkuComponent B: 30% by weight of natural banana fibers

Složka D: 2 hmotnostní % dalších přísad (pigmenty)Component D: 2% by weight of other additives (pigments)

Varianta 4:Option 4:

Složka A: 66 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 66 wt% polypropylene

Složka B: 28 hmotnostních % přírodních vláken banánovníkuComponent B: 28% by weight of natural banana fiber

Složka D: 2 hmotnostní % dalších přísad (maziva)Component D: 2% by weight of other additives (lubricants)

Polymemí kompozit s přírodními vlákennými plnivy banánovníku 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.The polymer composite with natural fiber fillers of the banana tree 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., economical savings, shortening of production cycles, environmental aspects, etc. .

Průmyslová využitelnost:Industrial Applicability:

Polymemí kompozit s přírodními vlákennými plnivy banánovníku podle předloženého vynálezu je vhodný pro výrobu plastových dílů rozdílnými technologickými procesy.The polymer composition of the natural fiber fillers of the banana tree of the present invention is suitable for the production of plastic parts by different technological processes.

Claims

PATENT CLAIMS

A composite material with a synthetic polymer matrix and banana tree fibers, in particular for the manufacture of plastic parts, characterized in that the composite comprises from 56 to 86% by weight of polypropylene (PP), 10 to 40% by weight of natural banana fibers (fiber length from 0, 2 to 3 mm) and 2 to 4% by weight of a maleic anhydride additive.

2. A composite material with a synthetic polymer matrix and banana fiber fibers, in particular for the production of plastic parts according to claim 1, characterized in that the composite is supplemented with other additives such as lubricants, inorganic fillers, dyes, UV stabilizers, flame retardants, antistatic agents, nucleating agents. and the like, wherein this percentage addition is made to reduce the weight% natural fibers and / or to reduce the weight% synthetic polymer matrix.