Plast- och kompositindustrin har växt i årtionden och den ständigt växande världen och ny teknik kräver ännu större mängder polymerkompositer för en mängd olika tillämpningar. Numera är de negativa miljöaspekterna av polymerproduktion och plastavfall kända, men trots detta är råoljafortfarande det primära råmaterialet för de flesta polymerer. Att hitta biobaserade material medtillräckliga egenskaper för att ersätta de fullt syntetiska materialen är avgörande för en hållbarutveckling. Detta examensarbete studerar både glasfiber och mikrokristallin cellulosaarmerade biooljebaserade polyamider, samt undersöker hur de kan kompatibiliseras, deras mekaniska egenskaper samt användbarheten för additiv tillverkning. Kompatibilisering är en viktig aspekt när två föreningar blandas för att göra en komposit. Enlämplig kompatibilisator kommer att förbättra vidhäftningen vid gränsytan mellan armeringsmaterialet och polymermatrisen och därmed öka de mekaniska egenskaperna hos materialet. Glasfiber / polyamid-kompositen kompatibiliserades med vinyltrimetoxisilan, medanmikrokristallin cellulosa / polyamid-kompositen kompatibiliserades med 4,4'-difenylmetandiiisocyanat. Båda kompositerna analyserades för att erhålla information om termiska, mekaniska och reologiska egenskaper. Yt- och sprickmorfologin undersöktes också. Resultaten indikerar att armeringen resulterade i förbättrade mekaniska egenskaper, även om den önskade kompatibiliseringen inte erhölls i experimentet. Det mest uppmuntrande resultatet var att den biobaserade cellulosaarmeringen förbättrade de mekaniska egenskaperna. Genom visuell undersökning fanns den helt biobaserade polymerkompositen vara mjukare än den glasfiberarmerade. Framtidsutsikterna visar att det finns vissa problem att ta itu med och övervinna för att dessa material ska göras lämpliga för additiv tillverkning. Nyckeln är att hitta en kompatibilisator som tålupprepad bearbetning vid höga temperaturer. För att upprätthålla enhetliga egenskaper krävskorrekt spridning av armeringsmaterialet, vilket uppnås genom att optimera tillverkningsmetoden. Dessutom är cellulosa benägen att termisk nedbrytning, så behandlingstemperaturerna för både armeringsmaterialet och polymermatrisen bör övervägas noggrant. / Plastics and composites have been a growing industry for decades, and the always growing worldand new technologies demand even greater amounts of polymeric composites for a variety ofapplications. Nowadays the negative environmental aspects of polymer production and plastic waste are known, but despite that crude oil is still the primary material for most polymers. Finding biobased materials with sufficient properties to replace the fully synthetic ones is crucial in sustainable development. This master’s thesis studies both glass fiber and microcrystalline cellulose reinforcedbio-oil based polyamide, how they could be compatibilized, the mechanical properties and applicability for additive manufacturing. Compatibilization is an important aspect when two compounds are mixed to make a composite. A proper compatibilizer will enhance the interfacial adhesion between the reinforcement and matrix, thus increasing the mechanical properties of the material. The glass fiber/polyamide11 composite was compatibilized with vinyltrimethoxysilane, and the microcrystalline cellulose/polyamide11 composite was compatibilized with 4,4'-diphenylmethane diisocyanate. Both composites were analyzed to obtain information about thermal, mechanical, and rheological properties. The surface and fracture morphology are examined, as well.The results indicate that reinforcing resulted to enhanced mechanical properties, even though the desired compatibilization was not acquired in the experiment. The most encouraging result was that the bio-based cellulose reinforcement enhanced mechanical properties, by visual examination thefully bio-based polymeric composite was found to be more ductile than the glass fiber reinforcedone. For future prospect, there are few issues to be addressed and overcome for these materials to bemade suitable for additive manufacturing. The key is finding a compatibilizer that can withstand high processing temperatures repeatedly. Maintaining uniform properties requires proper dispersion of reinforcement, which is achieved by optimizing the manufacturing method. In addition, cellulose is prone to thermal degradation, so the processing temperatures for both reinforcement and matrix should be considered carefully. / Muovit ja komposiitit ovat jo vuosikymmenien ajan ollut kasvava teollisuuden ala, ja alatikehittyvä maailma sekä uudenlainen teknologia vaatii entistä enemmän polymeerikomposiittejaerilaisiin käyttökohteisiin. Nykyään polymeerituotannon ja käytöstä poistuvien muovituotteidennegatiivisista ympäristövaikutuksista ollaan tietoisia. Tästä huolimatta raakaöljy on pääraaka-ainepolymeerien valmistuksessa. Ympäristövaikutusten minimoimiseksi olisi tärkeää löytääbiopohjaisia materiaaleja, jotka ominaisuuksiensa puolesta ovat riittäviä korvaamaan täysinsynteettisiä materiaaleja. Tässä työssä on tutkittu sekä lasikuidulla että mikrokiteisellä selluloosallavahvistetun bioöljypohjaisen polyamidin kompatibilisointia ja mekaanisia ominaisuuksia, sekäkyseisten komposiittien soveltuvuutta materiaalia lisääviin valmistusmenetelmiin.Kompatibilisaatio on tärkeää, kun yhdistetään kaksi eri komponenttia yhdeksikomposiittimateriaaliksi. Sen tarkoituksena on vahvistaa molekyylien rajapinnan adheesiotalujitteen ja sidemassan välillä, jolloin materiaalin mekaaniset ominaisuudet paranevat. Lasikuidullalujitettujen polyamidikomposiittien kompatibilisointiin käytettiin vinyylitrimetoksisilaanilla jamikrokiteisellä selluloosalla lujitettu polyamidikomposiitti kompatibilisoitiin 4,4'-difenyylimetaanidi-isosyanaatilla. Molempien komposiittien termiset, mekaaniset ja reologiset ominaisuudetarvioitiin. Lisäksi tutkittiin pinnan ja murtumakohdan morfologiaa.Tulokset osoittavat, että polymeerin lujittaminen parantaa mekaanisia ominaisuuksia, vaikkatavoiteltua kompatibilisaatioita materiaalien välillä ei tapahtunutkaan. Työn lupaavin tulos olibiopohjaisen mikrokiteisen selluloosan tuoma parannus materiaalin kestävyysominaisuuksille.Etenkin silmämääräisesti tarkastellessa täysin biopohjainen polymeerikomposiitti oli taipuisampaakuin lasikuidulla lujitettu komposiitti.Muutamaan asiaan tulee kiinnittää erityisesti huomiota, jos tämänkaltaisia materiaaleja halutaankäyttää materiaalia lisäävissä menetelmissä. Tärkeintä on löytää kompatibilisoija, joka kestääkorkeita lämpötiloja toistuvasti. Lujitteen tasainen dispersio on tärkeää, jotta saadaan aikaantasaista laatua ja ominaisuudet ovat samanlaiset koko materiaalissa. Tämä saavutetaanvalmistusmenetelmän optimoinnilla. Lisäksi tulee ottaa huomioon selluloosan taipumus termiseenhajoamiseen, jolloin sekä lujitteen että sidemassan prosessointilämpötilat tulisi ollasamansuuruiset.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-276065 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Muukka, Suvi |
| Publisher | KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2020:043 |
Page generated in 0.003 seconds