Lukas Mathias Klink, Диссертация.
Диссертация посвящена исследованию процессов изготовления газонаполненных изделий на основе полипропилена, армированного длинными волокнами. В качестве процессов переработки использовали компрессионное газовое формование (GasComp) и процесс литья под давлением с помощью газа (GAIM).В работе использовались длинноволокнистые гранулы, изготовленные методом пултрузии с содержанием стекловолокна 30 и 40 мас.%.
Цель работы — показать возможный потенциал создания облегченных конструкций на основе полипропилена, армированного длинными волокнами, методами газового литья, дальнейшее развитие процессов переработки, в том числе, определить зависимость прочности, ориентации волокон и пористости от параметров процесса.
Для прямого сравнения компрессионного газового формования и газового литья под давлением разработано специальное оборудование, позволяющее изготавливать полые изделия. При этом варьировались как параметры процессов, так и давление газа.
Образцы, изготовленные таким образом, подвергались механическим испытаниям. Микроструктуру поперечного сечения и распределение длины волокна анализировали методами компьютерной томографии (КТ) и растровой электронной микроскопии (РЭМ).
Основное внимание уделялось ориентации волокон и пористости на границе между полимером и газовой фазой.
Результаты показывают, с одной стороны, что образцы, изготовленные GAIM имеют более однородную структуру. Форма пузырька газа имеет более однородную структуру поверхности и более выраженную ориентацию волокна в направлении потока, чем у образцов, полученных методом GasComp. С другой стороны, показано, что остаточная толщина стенки, пористость и ориентация волокон существенно зависят от выбранного процесса изготовления. Объем газового пузыря уменьшается с увеличением содержания стекловолокна.
Наибольшим потенциалом для уменьшения веса конструкции (по отношению к прочности на изгиб) демонстрируют те изделия, которые изготовлены методом GAIM на основе материала с содержанием волокна 30 мас.%.Данные образцы позволяют увеличить прочность на изгиб на 20% при снижении веса на 50% в сравнении с образцами, полученными литьем под давлением без газовой фазы. При малых давлениях газа образуется пористая структура, причем ориентация волокон влияет на форму пор. Этот фактор приводит к образованию пор эллипсоидной формы. Кроме того, с помощью РЭМ в пограничном слое наблюдали трещины и свободную кристаллизацию полимера.
Проведенные исследования позволили углубить не только знания в технологии изготовления изделий методами компрессионного газовое формование и литья под давлением с помощью газа из армированных термопластов, но и показали конструктивный потенциал и возможные области применения таких изделий.
РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ВОЛОКНИСТЫХ ТЕРМОЛАСТИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ