Кенаф поможет получить более прочные древесно-полимерные композиционные материалы

Древесно-полимерные композиты (ДПК) завоевали популярность благодаря своей неприхотливости, высокой надёжности и устойчивости к нашествиям термитов и иных насекомых. Однако широкому распространению материалов мешают дороговизна производства и случаи недостаточной прочности (при попытке удешевить техпроцесс, что в конечном итоге компрометирует всю идею).

Кенаф, или гибискус конопляный, очень высок, но это не мешает ему сохранять очевидное родство с остальными представителями рода конопляных (то же лыко и тот же лист, но без наркотических веществ). (Фото USDA ARS.)

В рассматриваемом исследовании сотрудники Технологического университета МАРА (Малайзия) детально изучили возможность использования в качестве наполнителя при производстве ДПК смолотой в порошок сердцевины кенафа (однолетнего растения гибискус коноплёвый), составляющей около 65% стебля.

Кенафовый порошок, получаемый из волокна, которое образует сердцевину стебля, может решить проблему постоянной нехватки традиционного наполнителя для ДПК, над которой так долго бьётся промышленность. Стебель кенафа состоит из двух сильно различающихся типов волокон — лыка (коры растения) и образующих сердцевину волокон (древесины). Лыко, по-видимому, не обладает важными свойствами, а вот сердцевина — дело другое. Добавление необходимого количества полипропилена, модифицированного малеиновым ангидридом, позволяет не только создать великолепный интерфейс между измельчённой сердцевиной кенафа (ИСК) и основным полимером, составляющим ДПК (простой полипропилен), но и значительно улучшить способности конечного материала к распределению нагрузки.

Кроме того, наблюдается весомое увеличение прочности и жёсткости получаемого ДПК при возможности внесения большего количества ИСК-наполнителя (до 65% содержания), что позволяет сэкономить на полимере без снижения потребительских качеств продукта. Да, стоит упомянуть, что в качестве наполнителя обычно выступают древесные опилки (хотя сложно поверить, что их может не хватать).

Итак, процедура компаундинга выглядит следующим образом. ИСК высушивается и вносится в полипропилен при интенсивном перемешивании, после чего к смеси добавляется агент кросс-сочетания (модифицированный малеиновым ангидридом полипропилен) — для лучшего взаимодействия между полипропиленовой матрицей и наполнителем. Затем готовая смесь подаётся в червячный экструдер для завершения процесса. Готовый компаунд заправляется в инжекционно-литьевую машину (термопластавтомат) для производства листов размером 153×153×3 мм.

В сравнительных экспериментах образцы с ИСК (вместо опилок) продемонстрировали самые высокие значения предела прочности и модуля Юнга.

Важно также то, что кенаф, являясь однолетним волокнистым растением (по сути, травой), представляет собой возобновляемый источник наполнителя для ДПК (в отличие от тех же древесных опилок). Деревья, конечно, пилят постоянно, но очень хочется, чтобы когда-нибудь это закончилось, что в случае использования ИСК никак не отразится на производстве древесно-полимерных композитов.

Подготовлено по материалам Asia Research News.