PL245064B1 - Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego metodą odlewania rotacyjnego - Google Patents
Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego metodą odlewania rotacyjnego Download PDFInfo
- Publication number
- PL245064B1 PL245064B1 PL433445A PL43344520A PL245064B1 PL 245064 B1 PL245064 B1 PL 245064B1 PL 433445 A PL433445 A PL 433445A PL 43344520 A PL43344520 A PL 43344520A PL 245064 B1 PL245064 B1 PL 245064B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- composite
- polymer
- casting
- prepreg
- insert
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 29
- 238000010106 rotational casting Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 22
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 14
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 4
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 2
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 claims description 2
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 239000000454 talc Substances 0.000 claims description 2
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 claims 1
- 229920010126 Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) Polymers 0.000 claims 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 23
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 9
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 8
- 238000001175 rotational moulding Methods 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 229920005601 base polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011173 biocomposite Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 1
- 240000001439 Opuntia Species 0.000 description 1
- 235000004727 Opuntia ficus indica Nutrition 0.000 description 1
- 240000009297 Opuntia ficus-indica Species 0.000 description 1
- 235000013389 Opuntia humifusa var. humifusa Nutrition 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 244000193174 agave Species 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000005297 material degradation process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu polimerowego metodą odlewania rotacyjnego. W pierwszej kolejności metodą prasowania, wytłaczania, pultruzji, wtryskiwania, bądź inną techniką przetwórstwa materiałów kompozytowych umożliwiającą wytworzenie materiału polimerowego o zawartości napełniacza od 0,1% do 95% wytwarza się litą wkładkę kompozytową (prepreg), przy czym powierzchnia prepregu zależna jest od wymiarów wytwarzanego wyrobu, korzystnie od 1 cm2 do 10 m2, a grubość prepegu uzależniona jest od wymaganej grubości dla wyrobu odlewanego i może wahać się od 0,1 mm do 30 mm, korzystnie osnowę polimerową wkładki stanowi materiał identyczny z tym zastosowanym jako proszek w procesie odlewania rotacyjnego, tak przygotowany prepreg w trakcie procesu przetwórczego danego wyrobu umieszcza się i mocuje trwale na ściance formy odlewniczej po czym przeprowadza się odlewanie rotacyjne.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytów polimerowych metodą odlewania rotacyjnego inaczej zwaną rotomoldingiem.
Technologia odlewania rotacyjnego stanowi jedną z nielicznych odmian przemysłowych procesów przetwórstwa tworzyw sztucznych, w których materiał nie jest poddawany topieniu poprzez zastosowanie ślimakowych układów uplastyczniających. Dodatkowo metoda ta pozwala wytwarzać wyroby wielkogabarytowe o kubaturze często przekraczającej 1 m3. Niestety ze względu na charakter procesu rotomoldingu jest mało wydajny, na co główny wpływ długi czas wymagany na podgrzanie i schłodzenie materiału wsadowego. Kolejnym ograniczeniem jest bardzo wąski wybór materiałów polimerowych nadających się do produkcji wyrobów odlewanych rotacyjnie, gdzie większość wyrobów jest wytwarzana z polietylenu, rzadziej polipropylenu lub polimerów technicznych jak poliwęglan lub poliamid. Kompozyty polimerowe produkowane są niezwykle rzadko, głównie ze względu na znaczne pogorszenie się właściwości mechanicznych tego typu materiałów. Próby badań w tym temacie dowodzą jednak, że z technologicznego punktu widzenia jest to możliwe. Przykład stanowią tu badania nad zastosowaniem włókien naturalnych do wzmocnienia PE [Cisneros-López EO, Gonzalez-López ME, Perez-Fonseca AA, Gonzalez-Niinez R, Rodrigue D, Robledo-Ortiz JR. Effect of fiber content and surface treatment on the mechanical properties of natural fiber composites produced by rotomolding. Composite Interfaces 2017; 24: 35-53. doi:10.1080/09276440.2016.1184556; López-Banuelos RH, Moscoso FJ, Ortega-Gudino P, Mendizabal E, Rodrigue D, Gonzalez-Niinez R. Rotational molding of polyethylene composites based on agave fibers. Polymer Engineering & Science 2012; 52: 2489-97. doi:10.1002/pen.23168; Torres FG, Aragon CL. Final product testing of rotational moulded natural fibre-reinforced polyethylene. Polymer Testing 2006; 25: 568-77. doi:10.1016/j.polymertesting.2006.03.010.; Cisneros-López EO, PerezFonseca AA, Fuentes-Talavera FJ, Anzaldo J, Gonzalez-Niinez R, Rodrigue D, et al. Rotomolded polyethylene-agave fiber composites: Effect of fiber surface treatment on the mechanical properties. Polymer Engineering & Science 2016; 56: 856-65. doi:10.1002/pen.24314; Vazquez-Fletes RC, Rosales-Rivera LC, Moscoso-Sanchez FJ, Mendizabal E, Ortega-Gudino P, Gonzalez-Niinez R, et al. Preparation and characterization of multilayer foamed composite by rotational molding. Polymer Engineering & Science 2016; 56: 278-86. doi:10.1002/pen.24253.] oraz PLA [Gonzalez ME, Aida L, Fonseca AP, Cisneros EO, Ricardo L, Gonzalez M, et al. Effect of Maleated PLA on the Properties of Rotomolded PLA-Agave Fiber Biocomposites. Journal of Polymers and the Environment 2018; 0:0. doi:10.1007/s10924-018-1308-2; Cisneros-López EO, Perez-Fonseca AA, Gonzalez-Garcia Y, Ramirez-Arreola DE, Gonzalez-Niinez R, Rodrigue D, et al. Polylactic acid-agave fiber biocomposites produced by rotational molding: A comparative study with compression molding. Advances in Polymer Technology 2018; 37: 2528-40. doi:10.1002/adv.21928.].
W każdym z tych przypadków jednak, obecność włókien krótkich prowadziła do osłabienia materiału, w szczególności pogorszyła udarność.
Zasada procesu odlewania rotacyjnego polega na umieszczeniu polimeru w formie proszku lub mikrogranulatu we wnętrzu zamkniętej formy. W kolejnym kroku forma umieszczana jest na uchwycie umożliwiającym jej obrót w dwóch osiach. Następnie obracająca się forma jest umieszczana w komorze cieplej umożliwiającej rozgrzanie powierzchni formy powyżej temperatury topnienia przetwarzanego polimeru. Proces wygrzewania jest prowadzony do momentu całkowitego stopienia materiału wsadowego, co może trwać od kilku do kilku dziesięciu minut, w zależności od gabarytów wyrobu i ilości materiału. Po etapie grzania rozgrzana i obracająca się forma jest wyjmowana z komory grzewczej i schładzana poprzez nawiew schłodzonego powietrza lub natrysk medium chłodzącego. Po osiągnięciu temperatur odformowania forma jest otwierana a wyrób usuwany z jej wnętrza tak by przygotować przestrzeń na kolejną porcje materiału wsadowego.
Dotychczas znane są rozwiązania tego typu stosowane dla materiałów przygotowywanych metodą reaktywnego odlewania rotacyjnego. W opisie patentowym US20110297296A1 została zaprezentowana zbliżona metoda wykonywania odlewów kompozytowych przy użyciu mieszanki poliuretanowej. W opisanej metodzie wzmocnienie kompozytowe może zostać użyte w formie pierwotnej czyli tkaniny lub maty z włókien szklanych. Niestety metoda ta nie nadaje się do przetwórstwa polimerów termoplastycznych, głównie ze względu na wysoką lepkość polimerów w stanie stopionym. Opisywane w opisie patentowym żywice poliuretanowe, poliestrowe lub epoksydowe charakteryzują się lepkością kilka rzędów wielkości niższą od stopionych polimerów termoplastycznych, dlatego możliwa jest impregnacja tkaniny wzmacniającej przez osnowę. Podobne rozwiązanie uwzględniające zastosowanie techniki odlewania rotacyjnego z wykorzystaniem insertu umieszczonego w formie opisuje US3989787A. W tym jednak przypadku głównym przedmiotem patentu jest sposób wytwarzania elementów rurowych, poprzez połączenie fragmentów orurowania w procesie odlewania rotacyjnego. Metoda ta stanowi w istocie pewną odmianę technologii zgrzewania rur, jednak w jej wyniku nie następuje pełne przetopienie polimeru termoplastycznego, a połączenie ma charakter mechaniczny.
Kolejnym z przykładów prób zastosowania wzmocnienia włóknami długimi stanowi praca A. Greco z 2015 roku [Greco A, Maffezzoli A. Rotational molding of biodegradable composites obtained with PLA reinforced by the wooden backbone of opuntia ficus indica cladodes. Journal of Applied Polymer Science 2015; 132: 42447. doi:10.1002/app.42447.], w badaniach tych wzmocnienie kompozytowe stanowiła mata otrzymana z włókien opuncji, polimerem bazowym zaś był polilaktyd PLA. Mata wzmacniająca została docięta tak by możliwe było jej zamocowanie na jednej ze ścianek formy odlewniczej. Zastosowana odmiana PLA odznaczała się niską lepkością, jednak konieczne było dodatkowe zastosowanie plastyfikatora w postaci glikolu polietylenowego (PEG). Ci sami autorzy są też twórcami badań w zakresie prób wzmacniania polietylenu za pomocą taśmy pultrudowanej [Greco A, Romano G, Maffezzoli A. Selective reinforcement of LLDPE components produced by rotational molding with thermoplastic matrix pultruded profile. Composites Part B 2014; 56: 157-62. doi:10.1016/j.compositesb.2013.08.047.]. Materiał osnowy stanowił polimer LLDPE, w technice odlewania rotacyjnego materiał ten stanowi dominujące tworzywo. Jako wzmocnienie zastosowano taśmę wzmocnioną włóknem szklanym na osnowie z żywicy winylowo-estrowej. W omawianym przykładzie wzmocnienie kompozytowe zostało umieszczone selektywnie na obwodzie produkowanego wyrobu, co zapewniło zwiększoną sztywność detalu oraz ograniczyło deformację w trakcie prób ciśnieniowych.
Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu polimerowego metodą odlewania rotacyjnego, w którym w pierwszej kolejności metodą prasowania, wytłaczania, pultruzji, wtryskiwania, bądź inną techniką przetwórstwa materiałów kompozytowych umożliwiającą wytworzenie materiału polimerowego o zawartości napełniacza od 0,1% do 95% wytwarza się litą wkładkę kompozytową (prepreg). Przy czym powierzchnia prepregu zależna jest od wymiarów wytwarzanego wyrobu, korzystnie od 1 cm2 do 10 m2, a grubość prepegu uzależniona jest od wymaganej grubości dla wyrobu odlewanego i zwiera w zakresie od 0,1 mm do 30 mm. Osnowę polimerową wkładki stanowi materiał identyczny z tym zastosowanym jako proszek w procesie odlewania rotacyjnego. Tak przygotowany prepreg umieszcza się i mocuje trwale na ściance formy odlewniczej po czym przeprowadza się odlewanie rotacyjne.
Osnowę polimerową dla napełniacza stanowi liniowy polietylen polietylen niskiej gęstości (LLDPE) lub poliaktyd (PLA).
Natomiast napełniacz kompozytowy stanowią włókna bazaltowe lub lniane w postaci tkanin, mat, rowingu lub włókien ciętych o długości od 0,01 mm do 10 m.
W korzystnym wariancie napełniacz kompozytowy może stanowić rozdrobniona frakcja mineralna w postaci talku, kredy lub napełniacza nieorganicznego w postaci proszkowej, rozdrobnione proszki metaliczne; miedź, aluminium, mosiądz lub żelazo, nanododatki: glinki bentonitowe, montmorylonit, haloizyt, nanorurki węglowe, grafen lub wzmocnienie w postaci płytkowej, sferycznej lub włóknistej o rozmiarze cząstek nie przekraczającym 500 μm.
Opisywana metoda wytwarzania wyrobów kompozytowych techniką odlewania rotacyjnego według wynalazku charakteryzuje się zbliżoną do tradycyjnego procesu metodologią. Wkładka kompozytowa wzmacniająca zewnętrzną powłokę wyrobu, zostaje umieszczona na wewnętrznej ściance formy. W zależności od wymagań procesu wkładka może być mocowana mechanicznie za pomocą kołków lub śrub, bądź przyklejona odpowiednio dobranym spoiwem. Po zamontowaniu wkładki forma odlewnicza jest napełniana proszkiem polimerowym i zamknięta. Następnie procedura wytwarzania przebiega w identycznych sposób jak w przypadku wyrobów tradycyjnych, czyli poprzez podgrzanie formy i stopienie proszku, a następnie utwardzenie materiału w cyklu chłodzenia.
Cechą wyróżniającą omawianą technikę od tradycyjnych technik odlewania rotacyjnego jest zastosowanie kompozytowego wzmocnienia, w postaci wkładki wzmacniającej. Jak wcześniej wspomniano najbardziej optymalnym układem jest zastosowanie jako materiału kompozytowej wkładki na osnowie termoplastycznej, najbardziej korzystnie, gdy osnowę polimerową wkładki stanowi materiał identyczny z tym zastosowanym jako proszek we właściwym procesie odlewania rotacyjnego. Nie stanowi to jednak reguły koniecznej, jeśli adhezja wkładki kompozytowej do polimeru odlewanego jest wystarczająca i zapewnia prawidłowe wtopienie się wkładki. Proponowana technika wytwarzania wkładek
PL 245064 Β1 kompozytowych jest prasowanie, jednak możliwe jest również zastosowanie technologii pultruzji. Istotne ze względu na właściwości mechaniczne wkładek jest zastosowanie odpowiedniej ilości włókien wzmacniających, w ilości od 0,1 do 95%. Zastosowana forma wzmocnienia mogą być włókna długie (rowing), tkaniny, maty, włókna cięte lub nawet krótkie w zakresie długości od 0,1 mm do kilku metrów. Możliwy do zastosowania typ wzmocnienia mogą stanowić włókna szklane, węglowe, bazaltowe, aramidowe, naturalne, oraz innego typu włókniste wzmocnienie w formie włókien mineralnych, syntetycznych lub naturalnych możliwych do wytworzenia dostępnymi technikami przetwórstwa kompozytów.
Omawiana metoda obejmuje sposób przygotowania kompozytowego wyrobu poprzez umiejscowienie prepregu we wnętrzu formy odlewniczej, co zapewnia trwałe połączenie elementu wzmacniającego z pozostałą częścią wyrobu odlewanego. Poprzez zastosowanie kompozytowej wkładki możliwe będzie zwiększenie wytrzymałości powłoki wyrobu odlewanego, co może pozwolić na podwyższenie jego cech mechanicznych lub redukcję masy poprzez zmniejszenie wymaganej grubości powłoki produkowanego detalu.
Zaprezentowany w niniejszym opisie sposób wytwarzania kompozytów umożliwia przygotowanie wzmocnionych wyrobów odlewanych rotacyjnie, bez konieczności modyfikacji materiału polimerowego stosowanego w trakcie procesu. Dzięki zastosowaniu wkładek możliwe jest selektywne pozycjonowanie kompozytowego wzmocnienia, tylko w miejscach gdzie jest to niezbędne ze względu na warunki eksploatacyjne.
Przykłady zamieszczone poniżej mają na celu przedstawienie możliwych wariantów metody przygotowania kompozytów polimerowych z zastosowaniem kompozytowej wkładki.
Przykład 1
Wkładka w postaci płaskiej płyty o grubości 0,5 mm, wykonany techniką prasowania poprzez wzmocnienie polietylenu LLDPE tkaniną bazaltową, zostaje zamocowany na ściance formy odlewniczej. W innych przypadkach wzmocnienie kompozytowe stanowić mogą włókna szklane, węglowe lub włókna naturalne. W przypadkach zaś gdy napełniacz polimerowy stanowić będzie materiał w postaci rozdrobnionej lub proszkowej, zastosowanie znaleźć mogą napełniacze mineralne, metaliczne lub nanonapełniacze, mogące w korzystny sposób wpłynąć na właściwości kompozytowej wkładki. W kolejnym etapie forma zostaje napełniona proszkiem polietylenowym, ilość proszku powinna zapewnić pokrycie ścianki formy do grubości 1 mm, jednak przyjmuje się możliwość zastosowania takiej ilości materiału która zapewnia uzyskanie grubości ścianki w przedziale od 0,5 do 30 mm. Zamknięta forma zostaje umieszczona na ramieniu obrotowym maszyny rotacyjnej, a następnie uruchomiony zostaje ruch obrotowy formy. W kolejnym etapie forma zostaje przemieszczona do zamkniętej komory grzewczej, temperatura panująca w komorze wynosi 210°C, jednak ze względu na możliwość zastosowania innej grubości ścianki wyrobu, może się wahać w przedziale od 150 do 320°C. Czas nagrzewania wynosi 30 minut, w tym czasie forma odlewnicza obraca się stałą prędkością w dwóch osiach obrotu, w zależności od grubości ścianki wyrobu czas nagrzewania również może się zawierać w przedziale czasowym od 10 do 120 minut. Etap chłodzenia prowadzony jest niezwłocznie po wysunięciu formy z komory grzewczej. Czynnikiem chłodzącym jest wymuszony obieg powietrza. Czas chłodzenia wynosi 20 minut, względnie od 10 do 120 minut dla innych grubości ścianki. Po tym czasie schłodzony wyrób może zostać odformowany. W tabeli 1 prezentowane są wyniki badań wytrzymałościowych prowadzonych zgodnie z normą ISO 527.
Tabela 1
Właściwości kompozytów LLDPE/tkanina bazaltowa otrzymanych metodą odlewania rotacyjnego
| próbka | Wytrzymałość doraźna, pr/y rozciąganiu | Moduł sprężystości, przy rozciąganiu | Wydłużenie przy zerwaniu, pr/y rozciąganiu |
| MPa | MPa | % | |
| LLDPE | 20 | 850 | 350 |
| LLDPE/bazalt (wyrób) | 120 | 1200 | 4,5 |
Przykład 2
Metodyka przygotowania próbek omawianego przykładu 2 jest identyczna z metodą odlewania opisywaną w przykładzie 1. O różnicy stanowią zastosowane materiały, gdzie polimerem bazowym jest
PL 245064 Β1 polilaktyd (PLA). Wkładkę kompozytową stanowi materiał PLA wzmocniony tkaniną lnianą, grubość kompozyty wynosi 1,0 mm. Podobnie jak w przykładzie 1 rolę napełniacza stanowić mogą innego typu materiały w postaci tkanin, mat, włókien, proszków lub granulatów. W kolejnym etapie forma zostaje napełniona proszkiem PLA, ilość proszku powinna zapewnić pokrycie ścianki formy do grubości 2 mm, jednak przyjmuje się możliwość zastosowania takiej ilości materiału która zapewnia uzyskanie grubości ścianki w przedziale od 0,5 do 30 mm. Zamknięta forma zostaje umieszczona na ramieniu obrotowym maszyny rotacyjnej, a następnie uruchomiony zostaje ruch obrotowy formy. W kolejnym etapie forma zostaje przemieszczona do zamkniętej komory grzewczej, temperatura panują w komorze wynosi 210°C, jednak ze względu na możliwość zastosowania innej grubości ścianki wyrobu, może się wahać w przedziale od 150 do 320°C, należy jednak pamiętać o niskiej odporności PLA na wysokie temperatury, dlatego ekspozycja w przypadku temperatur powyżej 200°C powinna być zminimalizowana. Czas nagrzewania wynosi 20 minut, w tym czasie forma odlewnicza obraca się stała prędkością w dwóch osiach obrotu, w zależności od grubości ścianki wyrobu czas nagrzewania również może się zawierać w przedziale czasowym od 10 do 120 minut. Podobnie jak w przypadku parametru temperaturowego zbyt długi czas przebywania w komorze pieca, może skutkować degradacja materiału nawet przy zachowaniu optymalnej temperatury procesu. Etap chłodzenia prowadzony jest niezwłocznie po wysunięciu formy z komory grzewczej. Czynnikiem chłodzącym jest wymuszony obieg powietrza. Czas chłodzenia wynosi 20 minut, względnie od 10 do 120 minut dla innych grubości ścianki. Po tym czasie schłodzony wyrób może zostać odformowany. W tabeli 2 prezentowane są wyniki badań wytrzymałościowych prowadzonych zgodnie z normą ISO 527.
Tabela 2 Właściwości kompozytów PLA/tkanina lniana otrzymanych metodą odlewania rotacyjnego
| próbka | Wytrzymałość doraźna, przy rozciąganiu | Moduł sprężystości, przy rozciąganiu | Wydłużenie przy zerwaniu, przy rozciąganiu |
| MPa | MPa | % | |
| PLA | 52 | 3800 | 1,5 |
| PLA/len (wyrób) | 46 | 5300 | 1,0 |
Claims (2)
1. Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego metodą odlewania rotacyjnego, w którym w pierwszej kolejności metodą prasowania, wytłaczania, pultruzji, wtryskiwania, bądź techniką przetwórstwa materiałów kompozytowych umożliwiającą wytworzenie materiału polimerowego o zawartości napełniacza od 0,1 % do 95% wytwarza się litą wkładkę kompozytową (prepreg), znamienny tym, że powierzchnia prepregu zależna jest od wymiarów wytwarzanego wyrobu, korzystnie od 1 cm2 do 10 m2, a grubość prepegu uzależniona jest od wymaganej grubości dla wyrobu odlewanego i zawiera się w zakresie od 0,1 mm do 30 mm, korzystnie osnowę polimerową wkładki stanowi materiał identyczny z tym zastosowanym jako proszek w procesie odlewania rotacyjnego, tak przygotowany prepreg umieszcza się i mocuje trwale na ściance formy odlewniczej po czym przeprowadza się odlewanie rotacyjne, przy czym osnowę polimerową dla napełniacza stanowi liniowy polietylen niskiej gęstości (LLDPE) lub poliaktyd (PLA), a napełniacz kompozytowy stanowią włókna bazaltowe lub lniane w postaci tkanin, mat, rowingu lub włókien ciętych o długości od 0,01 mm do 10 m.
2. Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego według zastrz. 1, znamienny tym, że napełniacz kompozytowy stanowi rozdrobniona frakcja mineralna w postaci talku, kredy lub napełniacza nieorganicznego w postaci proszkowej, rozdrobnione proszki metaliczne: miedź, aluminium, mosiądz lub żelazo, nanododatki: glinki bentonitowe, montmorylonit, haloizyt, nanorurki węglowe, grafen lub wzmocnienie w postaci płytkowej, sferycznej lub włóknistej o rozmiarze cząstek nie przekraczającym 500 μητ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL433445A PL245064B1 (pl) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego metodą odlewania rotacyjnego |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL433445A PL245064B1 (pl) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego metodą odlewania rotacyjnego |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL433445A1 PL433445A1 (pl) | 2021-10-04 |
| PL245064B1 true PL245064B1 (pl) | 2024-05-06 |
Family
ID=78055888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL433445A PL245064B1 (pl) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego metodą odlewania rotacyjnego |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL245064B1 (pl) |
-
2020
- 2020-04-03 PL PL433445A patent/PL245064B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL433445A1 (pl) | 2021-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Preparation of short CF/GF reinforced PEEK composite filaments and their comprehensive properties evaluation for FDM-3D printing | |
| Sang et al. | Development of 3D-printed basalt fiber reinforced thermoplastic honeycombs with enhanced compressive mechanical properties | |
| Liang et al. | Mechanical properties, crystallization and melting behaviors of carbon fiber-reinforced PA6 composites | |
| EP1578576B1 (en) | Near net shape prepreg | |
| Kim et al. | Effect of fiber length on mechanical properties of injection molded long-fiber-reinforced thermoplastics | |
| Wang et al. | Flexural properties and morphology of microcellular-insert injection molded all-polypropylene composite foams | |
| Gupta et al. | Effect of industrially processed glass fibre dust on mechanical, thermal and morphological properties mixed with LLDPE for rotational molding process | |
| Wu et al. | Simultaneous binding and toughening concept for textile reinforced pCBT composites: Manufacturing and flexural properties | |
| Gupta et al. | Effect of coir content on mechanical and thermal properties of LLDPE/coir blend processed by rotational molding | |
| Vatandaş et al. | Additive manufacturing and mechanical performance of short fiber reinforced PEEK (polyether ether ketone) thermoplastic composites in a vacuum environment | |
| Ketabchi et al. | Critical concerns on manufacturing processes of natural fibre reinforced polymer composites | |
| Yadav et al. | A comprehensive review to evaluate the consequences of material, additives, and parameterization in rotational molding | |
| Banu et al. | Synthesis, characterization, thermal and mechanical behavior of polypropylene hybrid composites embedded with CaCO 3 and graphene nano-platelets (GNPs) for structural applications | |
| Zhang et al. | Mechanical properties of basalt-fiber-reinforced polyamide-6/polypropylene composites | |
| PL245064B1 (pl) | Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego metodą odlewania rotacyjnego | |
| Park et al. | Fabrication and analysis of long fiber reinforced polypropylene prepared via injection molding | |
| Thomanny et al. | The influence of yarn structure and processing conditions on the laminate quality of stampformed carbon and thermoplastic polymer fiber commingled yarns | |
| Ghanem et al. | Rotational molding of plasma treated polyethylene/short glass fiber composites | |
| Doğru et al. | Comparison of wood fiber reinforced PLA matrix bio-composites produced by Injection Molding and Fused Filament Fabrication (FFF) methods | |
| Agma et al. | Synthetic, hybrid and natural composite fabrication processes | |
| IE911786A1 (en) | A process for preparing moldings from thermoplastic long fiber granules | |
| Dong et al. | A facile method for improving interlayer adhesion of polyamide 6/carbon fiber composites for fused filament fabrication | |
| Verma | The manufacturing of natural fibre-reinforced composites by resin-transfer molding process | |
| Ziegmann et al. | Recent trends in “conventional” manufacturing of composites | |
| Iqbal et al. | Manufacturing and Properties of Jute Fiber Reinforced Epoxy Composites—A Comprehensive Review |