Исследование реологических свойств расплава полилактида в смеси с древесным наполнителем
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-1-173-179Ключевые слова:
полилактид, биодеградируемые полимеры, древесный наполнитель, термическая модификация, 3D-нить, реологические свойства, показатель текучести расплаваАннотация
Композиционные материалы на основе древесного наполнителя, являясь перспективными, активно завоевывают рынок. Это связано с преимуществами применения данных материалов в различных областях: стойкость к атмосферным воздействиям и экологичность, легкость механической обработки и возможность утилизации отходов. Кроме того, это и рациональное использование низкосортной древесины, а также отходов лесопиления, мебельной и деревообрабатывающей промышленности. Известно применение древесной муки в качестве одного из компонентов в аддитивных технологиях 3D-печати. За последнее десятилетие коммерческое использование 3D-принтеров возросло благодаря тому, что они позволяют создавать объекты-прототипы сложной формы на основе компьютерной модели. Проведены экспериментальные исследования по определению предела прочности на разрыв и реологических свойств композита из полилактида 4043D и термически обработанной при температуре 200 и 240 °С и необработанной древесной муки марки 140, предназначенного для создания трехмерных объектов методом экструзии с помощью 3D-принтера. Установлено, что с увеличением количества наполнителя в композите уменьшается предел прочности при растяжении, а также что по сравнению с образцами из необработанного наполнителя у образцов из термически модифицированного наполнителя наблюдается возрастание предела прочности. Получены опытные образцы различных по составу 3D-нитей, для которых был исследован показатель текучести расплава. Показано, что с ростом температуры обработки древесного наполнителя этот показатель повышается. При меньшем содержании древесной муки в составе расплава отмечается его увеличение в 2 раза. Знание реологических свойств получаемых композиций позволит достигнуть максимальной производительности, снизить энергозатраты и себестоимость готовой продукции.
Для цитирования: Sabirova G.A., Safin R.R., Galyavetdinov N.R., Shaikhutdinova A.R., Khayrullin R.Z. Studying the Rheological Properties of a Polylactide Melt Mixed with Wood Filler // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 1. С. 173–179. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1-173-179
Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-33-90249.
Скачивания
Библиографические ссылки
Касьянов Г.И. Биоразрушаемая упаковка для пищевых продуктов // Вестн. науки и образования Северо-Запада России. 2015. Т. 1, № 1. С. 112–119 [Kasyanov G.I. Biodegradable Food Packaging. Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii [Journal of Science and Education of the North-West Russia], 2015, vol. 1, no. 1, pp. 112–119].
Левченко Е.В., Чернышева Н.Л. Производство биоразлагаемого полимера полилактида // Вестн. молодеж. науки. 2016. № 4(6). С. 1–5. [Levchenko E.V., Chernysheva N.L. Production of biodegradable Polymer Polylactidе. Vestnik molodezhnoy nauki [Journal of Youth Science], 2016, no. 4(6), pp. 1–5].
Лысыч М.Н., Белинченко Р.А., Шкильный А.А. Технологии 3D печати // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. № 4-3(9-3). С. 215–219. [Lysych M.N., Belinchenko R.A., Shkil’nyy A.A. Technologies 3D Printing. Aktual’nyye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika [Actual Directions of Scientific Researches of the XXI Century: Theory and Practice], 2014, no. 4-3(9-3), pp. 215–219]. DOI: 10.12737/6147
Лысыч М.Н., Шабанов М.Л., Качурин А.А. Обзор современных технологий 3D печати // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 6. С. 26–30. [Lysych M.N., Shabanov M.L., Kachurin A.A. Review Modern Technologies 3D Printing. Sovremennyye naukoyemkiye tekhnologii [Modern high technologies], 2015, no. 6, pp. 26–30].
Черкасова Н.Г., Стрикун В.В. Влияние древесной пыли на качество композиционных строительных материалов // Хвойные бореальной зоны. 2017. Т. XXXV, № 1-2. С. 106–110. [Cherkasova N.G., Strikun V.V. Influence of Wood Dust on Quality Composite Construction Materials. Hvojnye boreal’noj zony [Conifers of the boreal area], 2017, vol. 35, no. 1-2, pp. 106–110].
Ayrilmis N., Kariž M., Kitek Kuzman M. Effect of Wood Flour Content on Surface Properties of 3D Printed Materials Produced from Wood Flour/PLA Filament. International Journal of Polymer Analysis and Characterization, 2019, vol. 24, iss. 7, pp. 659–666. DOI: 10.1080/1023666X.2019.1651547
Ayrilmis N., Kaymakci A., Ozdemir F. Physical, Mechanical, and Thermal Properties of Polypropylene Composites Filled with Walnut Shell Flour. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2013, vol. 19, iss. 3, pp. 908–914. DOI: 10.1016/j.jiec.2012.11.006
Butylina S., Martikka O., Timo K. Comparison of Water Absorption and Mechanical Properties of Wood-Plastic Composites Made from Polypropylene and Polylactic Acid. Wood Material Science & Engineering, 2010, vol. 5(3-4), pp. 220–228. DOI: 10.1080/17480272.2010.532233
Hammiche D., Boukerrou A., Azzeddine B., Guermazi, N., Budtova T. Characterization of Polylactic Acid Green Composites and Its Biodegradation in a Bacterial Environment. International Journal of Polymer Analysis and Characterization, 2019, vol. 24, iss. 3, pp. 236–244. DOI: 10.1080/1023666X.2019.1567083
Hiziroglu S., Zarate S. Mechanical Properties and Surface Characteristics of Colombian Wood Composites. Journal of Composite Materials, 2007, vol. 41, iss. 18, pp. 2225– 2234. DOI: 10.1177/0021998307075432
Kariz M., Sernek M., Obućina M., Kitek Kuzman M. Effect of Wood Content in FDM Filament on Properties of 3D Printed Parts. Materials Today Communications, 2018, vol. 14, pp. 135–140. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2017.12.016
Khasanshin R.R., Safin R.R., Razumov E.Y. High Temperature Treatment of Birch Plywood in the Sparse Environment for the Creation of a Waterproof Construction Veneer. Procedia Engineering, 2016, vol. 150, pp. 1541–1546. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.108
Li Y., Shimizu H. Toughening of Polylactide by Melt Blending with a Biodegradable Poly(ether)urethane Elastomer. Macromolecular Bioscience, 2007, vol. 7, iss. 7, pp. 921–928. DOI: 10.1002/mabi.200700027
Mandal D.K., Bhunia H., Bajpai P.K. Thermal Degradation Kinetics of PP/PLA Nanocomposite Blends. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2019, vol. 32, iss. 12, pp. 1714–1730. DOI: 10.1177/0892705718805130
Moetazedian A., Gleadall A., Han X., Silberschmidt V.V. Effect of Environment on Mechanical Properties of 3D Printed Polylactide for Biomedical Applications. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2020, vol. 102, art. 103510. DOI: 10.1016/ j.jmbbm.2019.103510
Murphy W.L., Kohn D.H., Mooney D.J. Growth of Continuous Bonelike Mineral within Porous Poly(lactide-co-glycolide) Scaffolds in vitro. Journal of Biomedical Materials Research, 2000, vol. 50, iss. 1, pp. 50–58. DOI: 10.1002/(sici)1097-4636(200004)50:1<50::aidjbm8> 3.0.co;2-f
Qiang T., Yu D., Gao H., Wang Y. Polylactide-Based Wood Plastic Composites Toughened with SBS. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 2012, vol. 51, iss. 2, pp. 193–198. DOI: 10.1080/03602559.2011.618518
Qiang T., Yu D., Wang Y., Gao H. Polylactide-Based Wood Plastic Composites Modified with Linear Low Density Polyethylene. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 2010, vol. 52, iss. 2, pp. 149–156. DOI: 10.1080/03602559.2012.734359
Razumov E.Y., Safin R.R., Barcík S., Kvietková M., Romelevich K.R. Studies on Mechanical Properties of Composite Materials Based on Thermo Modified Timber. Drvna industrija, 2013, vol. 64, no. 1, pp. 3–8. DOI: 10.5552/drind.2013.1206
Vančo M., Mazáň A., Barcík S., Rajko L., Koleda P., Vyhnáliková Z., Safin R.R. Impact of Selected Technological, Technical, and Material Factors on the Quality of Machined Surface at Face Milling of Thermally Modified Pine Wood. BioResources, 2017, vol. 12, no. 3, pp. 5140–5154. DOI: 10.15376/biores.12.3.5140-5154
Vert M., Santos I.D., Ponsart S., Alauzet N., Morgat J.-L., Coudane J., Garreau H. Degradable Polymers in a Living Environment: Where Do You End Up? Polymer International, 2002, vol. 51, iss. 10, pp. 840–844. DOI: 10.1002/pi.903
