AGS-X, Biegeprüfung

3-Punkt-Biegeprüfung von Cellulose-Nanofasern-verstärkten Kunststoffen

Einführung

Kunststoffschaum ist leicht und hat hervorragende thermische isolierende und stoßdämpfende Eigenschaften, da das das Innere des Materials zahlreiche Hohlräume enthält. Andererseits Andererseits ist die Festigkeit von Kunststoffschaum geringer als die als die von nicht geschäumten Materialien, da das Volumen von Kunststoffen pro Volumen kleiner ist. Die Zugabe von Fasern oder anderen Verstärkungs Verstärkungsmaterialien ist eine Technik zur Erzielung einer zufriedenstellenden Festigkeit in Materialien zu erreichen, bei denen das Schäumen dazu dient Leichtigkeit und wärmeisolierende Eigenschaften zu verleihen. Obwohl Glasfasern und Kohlenstofffasern häufig als Verstärkungsmaterial verwendet Materialien verwendet werden, ist die Forschung und Entwicklung mit Zellulose Nanofasern (im Folgenden CNF) als pflanzliches Hochleistungsmaterial hochleistungsfähiges neues Material, hat in letzter Zeit Fortschritte gemacht. Cellulose, die hauptsächlich aus Substanzen wie Pflanzen Zellwänden und Baumwolle besteht, ist das häufigste Kohlenhydrat auf der Erde und wird seit langem als Rohstoff Rohstoff für Papier und Baumwollfasern verwendet. Kürzlich wurden CNF mit mit höherer Funktionalität, die durch Zerfasern von Cellulose auf auf Nanoebene realisiert wird, auf Interesse gestoßen. Als ein aus Pflanzen gewonnenes pflanzlichen Ursprungs, hat CNF eine geringe Umweltbelastung und eine Vielzahl wünschenswerter Eigenschaften, darunter geringe lineare Ausdehnung, eine Gasbarriere und Transparenz. Im Vergleich zu eisenhaltigen Materialien, CNF wiegt nur 1/5 des Gewichts, hat aber eine hohe spezifische Festigkeit, die 5 Mal höher ist als die von Stahl, und Festigkeit, die gleich oder höher ist als die herkömmlicher Materialien kann durch die Verbindung von CNF mit Kunststoffen und Gummi. Daher hat CNF Interesse als neues Material nach der Kohlenstofffaser. In diesem Artikel wird ein 3-Punkt-Biegeversuch unter Verwendung eines Durchbiegungsmessgerätes und der Prüfgeschwindigkeit in und Prüfgeschwindigkeit gemäß JIS K 7171, die allgemein zur Festigkeitsprüfung von Kunststoffen verwendet wird, und vergleicht die Unterschiede in der Biegefestigkeit mit/ohne CNF und mit/ohne Ausschäumen.

Exemplare

Polyethylen hoher Dichte (im Folgenden HDPE). Die Probekörper *1 wurden durch Zugabe von 5 % CNF zu HDPE als Matrixkunststoff hergestellt. Um Unterschiede im inneren Zustand zu untersuchen, wurden die Proben vor den Prüfungen mit einem Mikrofokus-Röntgen-CT-System inspeXio SMX- 100CT untersucht. Abb. 1 zeigt CT-Bilder der Proben, in denen Hohlräume als schwarze Bereiche erscheinen. Es gibt keinen großen Unterschied zwischen dem ungeschäumten Kunststoff ohne CNF (①) und dem ungeschäumten CNF-verstärkten Kunststoff ( ②). Bei den geschäumten Kunststoffen wurde festgestellt, dass im CNF-verstärkten Kunststoff (④) feinere Hohlräume in gleichmäßig verteilter Form vorhanden waren als im Kunststoff ohne CNF. Somit ist die Möglichkeit denkbar, dass CNF das Wachstum und die Koaleszenz von Hohlräumen behindert.

*1 Vom Kyoto Municipal Institute of Industrial Technology and Culture, einer lokalen Verwaltungsbehörde, zur Verfügung gestellte Exemplare.

Mess-System

Abb. 2 zeigt den Zustand der Prüfung, und Tabelle 1 zeigt die Prüfbedingungen. Nach der Messung des Biege Elastizitätsmoduls wurde die Prüfgeschwindigkeit geändert, um die um die Biegefestigkeit effizient zu messen. Für genaue Messung der Durchbiegung der Proben wurde die Prüfung unter Verwendung eines Deflektometer für die Verformungsmessungen verwendet.

Test Ergebnisse

Abb. 3 zeigt die Testergebnisse. Bei den CNF-verstärkten Kunststoffen (②, ④) kam es zu einer Sprödbruchbildung, wie man durch den starken Abfall der Prüfkraft nach Erreichen der maximalen Festigkeit. Die nicht-CNF-Kunststoffe ( ① , ③ ) zeigten ein duktiles Verhalten, bei dem die Prüfkraft allmählich abnahm. In Tabelle 2 sind die Prüfergebnisse für alle Proben zusammengefasst. Der Biegeelastizitätsmodul wurde berechnet aus der Steigung der Biegedehnung von 0,05 % bis 0,25 % berechnet. Der Vergleich der Werte des nicht mit CNF verstärkten HDPE (①, ③) und des CNF-verstärkten Kunststoffs ( ② , ④ ), zeigte der CNF verstärkte Kunststoff höhere Werte sowohl für den Biegeelastizitätsmodul und die Biegefestigkeit. Darüber hinaus ergab ein Vergleich der Variationskoeffizienten der der Biegefestigkeit des HDPE-Kunststoffschaums (③) und des CNF-verstärkten Kunststoffschaums (④), wurde festgestellt, dass die Variation des CNF-verstärkten Kunststoffs geringer war.

Schlussfolgerung

Durch die Zugabe von CNF konnten der Biegemodul Elastizitätsmodul und die Biegefestigkeit des Kunststoffs durch den Zusatz von CNF zu erhöhen. Neben der Verbesserung dieser Eigenschaften wurde im Fall von Kunststoffschaumstoffs wurde auch festgestellt, dass eine stabile Formung von Kunststoffschaum, z. B. ohne Schwankungen der Hohlraumgröße Größe, durch den Zusatz von CNF möglich ist. Obwohl verschiedene Arten von Bewertungen erforderlich sind für Anwendung von CNF-Verbundwerkstoffen an Bauteilen, ist die Bewertung der Festigkeit ein Schlüsselelement. In dieser Studie wurde die Durchbiegung der Probekörper mit hoher Genauigkeit gemessen werden mit hoher Genauigkeit gemessen werden, da ein Deflektometer verwendet wurde. Eine genaue Bewertung der mechanischen Eigenschaften von Materialien, die CNF enthalten, ist durch den Einsatz von Shimadzu-Messsystemen möglich.