Главная » Исследования » Композиты на основе полимолочной кислоты, армированные базальтовым волокном, для применения в инженерных конструкциях
basalt_fiber_reinforced_PLA_composite-basalttoday

Композиты на основе полимолочной кислоты, армированные базальтовым волокном, для применения в инженерных конструкциях

В ходе нашей работы было изучено армирование минеральным базальтовым волокном наиболее перспективного биоразлагаемого полимера полимолочной кислоты (PLA) с целью проанализировать пригодность к эксплуатации готового композитного материала для надежного использования в инженерных конструкциях.

В соответствии с полученными ранее результатами, были использованы оптимизированные условия сушки с целью проанализировать их влияние на свойства композитов на основе полимолочной кислоты, армированных базальтовым волокном.

С помощью экструзии или литьевого прессования были созданы композиты с содержанием базальтового волокна в количестве 5, 10, 15, 20, 30 и 40 мас%. Было обнаружено, что базальтовые волокна существенно повышают все проанализированные механические характеристики (предел прочности при растяжении, эластические свойства, прочность при ударе) и это повышение находится в линейной зависимости с увеличением содержания базальтового волокна в случае прочности на разрыв, модуля упругости при растяжении и придела прочности при изгибе, модуля упругости при изгибе.

При использовании 30 мас% базальтовых волокон были достигнуты и даже превышены следующие показатели: прочность на разрыв и модуль упругости при растяжении — 119,7 МПа и 7,62 Гпа, а предел прочности при изгибе и модуль упругости при изгибе — 180,0 МПа и 10,37 Гпа. Один из основных недостатков полимолочной кислоты — низкая прочность при ударе также необычайно увеличилась с 23,0 до 38,4 кДж /м2 и с 2,7 до 9,5 кДж /м2 в соответствии с ударной прочностью без надреза или с надрезом соответственно.

Наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа показали, что наблюдалось очень крепкое склеивание между двумя фазами, так как были замечены полностью встроенные и пропитанные базальтовые волокна. Было обнаружено, что базальтовые волокна не только оказывают значительный армирующий эффект на полимолочную кислоту, но они также оказывают влияние на кристаллизацию. В то же самое время, желаемая полукристаллическая полимолочная кислота, которой соответствует высокое значение теплостойкости при изгибе — 120°C может быть достигнута только при использовании низкой скорости охлаждения 5 °С / мин.

При использовании технологий высоких скоростей охлаждения, таких как литьевое прессование, было обнаружено, что более или менее половины максимально возможной степени кристалличности полимолочной кислоты может быть достигнута. Базальтовые волокна не только оказывали влияние на кристаллизацию, но они также увеличивали модуль упругости. При использовании 40 мас% базальтовых волокон, модуль упругости увеличивался на 194% и 940% в зависимости от величины модуля упругости, измеренного при 40°С и 120°С соответственно.

Было также показано, что базальтовые волокна могут сильно тормозить изгиб и деформацию образцов превышающих Tg, когда PLA входит в эластичное состояние. В то же время, несмотря на значительно сниженный изгиб при увеличении содержания базальтового волокна, стандартизированное значение теплостойкости при изгибе (HDT) образцов увеличилось всего на 5° C, при использовании 40 мас% базальтовых волокон, что может быть объяснено очень небольшим допустимым прогибом (0.33 мм) в соответствии со стандартным тестом HDT.

Тем не менее, значительное увеличение модуля упругости и эффект кристаллизации, вызванный базальтовыми волокнами, показывают, что при использовании дополнительных нуклеирующих агентов, таких как высокоэффективный тальк, могут быть созданы композиты на основе полимолочной кислоты с высоким значением теплостойкости при изгибе.

Наконец, в нашей работе была доказана возможность создания возобновляемых (PLA) и естественных (на основе базальта) композитов с высокими механическими характеристиками не только с помощью технологий обработки с высоким временем цикла, таких, как укладка слоев или формование окунанием в раствор, с целью избежать разрушение волокна, но также возможность использования высокопродуктивной технологии прессования литьем с низким временем цикла для получения точных деталей сложных форм для использования в инженерных конструкциях, которые пользуются большим спросом.

О Olga Yurchenko

Olga Yurchenko
x

Читайте также

Рулонный изоляционный материал на основе базальтовой ткани и термопластичной матрицы

Рулонный изоляционный материал на основе базальтовой ткани и термопластичной матрицы

Приведены данные разработки технологии создания на основе полиэтиленовой пленки и базальтовой ткани рулонированных кровельных, изоляционных и дорожных покрытий