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May 31, 2023

押出成形品の寸法安定性と機械的特性

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10545 (2022) この記事を引用する 994 アクセス数 3 引用数 メトリクスの詳細 粒子サイズ 250 μm の木材とポリエチレン (PE) 材料を、

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10545 (2022) この記事を引用

994 アクセス

3 引用

メトリクスの詳細

粒子サイズ 250 μm の木材とポリエチレン (PE) 材料を 60/40、70/30、および 80/20 の混合比率で配合し (木材含有量を減らすためにポリマーを増加)、単軸押出機を使用して 200 ℃ で押し出しました。温度範囲は 110 ～ 135 °C です。 Gmelina Arborea、Tectona grandis、Cordia milleni、および Nauclea Diderichii の粒子と再生ポリエチレンを配合し、175 N/mm で圧縮してバイオポリマー複合材料を生成しました。 生体高分子複合材料を水浸法で 24 時間の寸法安定性試験に供し、耐荷重能力に耐える能力を調査しました。 結果から、押出圧縮バイオポリマー複合材料は、24 時間水に浸漬した際の観察された密度、吸水性、および厚さの膨張が 0.06 ～ 1.43 g/cm3、0.38 ～ 3.41%、および 0.82 ～ 6.85% の範囲の値を示したことがわかりました。テスト。 機械的特性の値は、曲げ弾性率と強度が 0.28 Nmm-2 ～ 21.35 Nmm-2、0.44 ～ 550.06 Nmm-2 の範囲でした。 引張弾性率と強度はそれぞれ 191.43 Nmm-2 ～ 1857.24 Nmm-2 と 0.35 Nmm-2 ～ 243.75 Nmm-2 です。 複合材料によって示される吸湿量と強度は、異なる混合比率で樹種に対して得られた値に応じて変化することが観察されました。 木材に配合されるポリエチレンの含有量が多いほど、寸法安定性、曲げ特性、引張特性が向上することが観察されています。 Cordia milleni の木材粒子を 60 対 40 (ポリエチレン/木材) の割合で配合したものは、寸法安定性と耐荷重能力において最高の性能を発揮しました。 この研究では、屋内と屋外の両方で使用する木材ポリマーベースの複合材を製造するための木材種と再生 PE に対する方法の影響を確認しました。

20 世紀初頭以来、ポリマー部門は拡大してきました。 世界中のさまざまな樹脂生産者と化学会社が主に年間 2 億トンを超えるプラスチック製品の生産量に貢献しています1,2。 これにより、世界中のポリマー加工産業が数万の中小企業から拡大することが可能になります。 ほとんどのポリマー製造業者は、作業に異なる機械を使用しています。 ほとんどの場合、押出機と射出成形機が使用されます。 ポリマー製造の最初の操作はペレット化ダイを通して行われ、2 番目の操作は最終成形です (Vlachopoulos と Wagner、2001)。 この 2 つの操作には、ポリマーの加熱と溶融が含まれます。溶融したポリマーを成形ユニットにポンプで送り込んで、冷却して固化させた後、必要な形状と寸法を形成します。 ポリマーと木材などの他の粒子の配合は、通常、特定の熱と圧力の下でスクリュー押出機を使用して行われます。 配合された材料は、最終製品にプレスまたは成形することも、射出成形機でさらに加工するためにペレットに成形することもできます。 ポリマー製品は、シートまたは異形押出、射出成形、カレンダー加工、熱成形、または圧縮成形で製造できます4。

ポリマー製品は、製造の容易さ、低密度、耐腐食性、電気絶縁性および断熱性、さらには単位重量あたりの良好な剛性と靭性などのユニークな特性を備えています3。 これらの特性により、ポリマー産業は、輸送、食品包装、住宅、電化製品のニーズが最も重要な発展途上国で成長を続けています。 製品の優れた特性と性能により、ポリマーに強化材として木繊維を添加することへの関心が年々高まっています5。 木材ポリマー複合材は、さまざまな用途に合わせて特性が改善された、有機結合パーティクルボードに代わるバイオ製品であることが知られています4。 木材とポリマーの組み合わせにより、他の木質パネル製品やプラスチック製品と比較して製品が機械的に改善されています6。 直接押出成形は、バイオポリマー複合材料の製造に使用される最も一般的な技術です。 この技術により、原材料を溶融配合し、同じプロセスステップで溶融材料をダイに押し込むことによって連続プロファイルに押し出すことができます7。 間接押出技術は、圧縮成形用のプロファイルまたはシート材料を製造することができます。 この研究では、ナイジェリアで栽培された厳選された木材種からバイオポリマーを生産するために両方の技術を採用しています。 製品の機械的安定性や寸法安定性などの特定の特性に対するそれらの影響を調査することを目的としていました。 温帯および熱帯地域の木材種の多くの粒子が調査されています。 マツ、カエデ、オークなどの樹種は、温帯地域での商業用木材とプラスチックの複合製品の製造に一般的に使用されています8。 これまでの研究では、木材種が WPC の機械的特性に影響を及ぼし、引張特性と熱たわみ温度の点で広葉樹粒子が針葉樹粉よりも優れていることが示されています 5,9。 技術が向上し、マーケティング需要も拡大しているため、木材とプラスチックの複合材メーカーのほとんどは、改良された先進技術を備えた世界の先進国にあります。 先進国でこの産業が成長する一方で、発展途上国では、多数の木材工場産業から大量の木材廃棄物が発生しているにもかかわらず、その技術に適応することが依然として困難であると感じています10、11。 製材工場産業によって発生する木材廃棄物は、埋め立てや焼却に使用されるのではなく、WPC の製造のために重要な産業用途に利用される可能性があります12。 ナイジェリアでは、さまざまなプラスチックバインダーや木材種を使用した WPC に関する研究の傾向が徐々に増加しており、評価されています。 いくつかの熱帯木材種が WPC の強度特性に及ぼす影響も調査されています 13,14。 スクリュー押出機と手動で製造された配合ホットプレス機を使用して、ナイジェリアでの WPC 生産のための熱帯木材種と農業残渣の可能性と可能性を調査しました。 セイバ・ペンタンドラ、トリプロキトン・スクレオキシロン、エンタンドロフラグマ・シリンドリクム、コルディア・アリオドラ、ファントゥミア・エラスティカ、ブラキステギア・ケネディ、カヤ・イボレンシス、テクトナ・グランディス、ターミナリア・スペルバ、ミリシア・エクセルサなどのナイジェリア産の広葉樹種が、カップリング剤を使用せずにWPCを製造するために使用されてきたことは注目に値します。単軸押出機および/または圧縮成形5、15、16、17、18。 これらの研究により、低応力の屋内用途に使用できる、低吸着特性を備えた強度が向上した製品が明らかになりました。 これらすべての木材種は、ナイジェリアの製材産業における構造目的での日常的な木材変換プロセスで定期的に検出されます。 最近、WPC に関する研究が進むにつれて、ナイジェリア産の木材種も調査する必要がますます増えています。 以前に調査された木材種の中には、比重 0.42 ～ 0.64 および 0.61 ～ 0.73 に該当する Gmelina Arborea および Tectona grandis があります。 これらの木材種は、輸出市場での需要が高いため、ナイジェリアの製材所では一般的であり、製紙、家具の成形、室内木工、造船および合板、極材、パーティクルボード、ベニヤ、およびその他の構造材に有用です19,20。 これらの木材種は、まだ調査されていないCordia milleniやNauclea Diderichiiなどの新種と比較するためにこの研究で使用されています。 これらの木材種は、Cordia milleni と Nauclea Diderichii の比重が 0.41 ～ 0.50 および 0.56 ～ 0.63 の半落葉樹林材です。 どちらの木材種も、Gmelina Arborea や Tectona grandis よりも比重が低いことがわかっており、一般建築や木質パネル製品に役立つ優れた特性も備えています。 特に、Nauclea Diderichii は、鉄道の枕木、重建設、淡水または海水と接触する水力工事などの屋外の目的に非常に有用であることがわかっています 21,22。 建設業界における屋根材、タイル、窓枠などの WPC 製品の需要が徐々に増加しているため、プラスチック業界での木材粒子の使用は増加すると予測されています 5,23。 WPC の商業用途はデッキ材や羽目板として非常に高く、これは先進国の将来の経済発展と成長の証拠と思われます 4,24。 WPC は徐々にナイジェリアなどの発展途上国にもその人気を広げており、発展途上国での構造用途を強化するために的を絞った商業化を行うには、材料と技術の両方で集中的な研究が必要です。