Vliv plniva na bázi křídy na mechanické vlastnosti polypropylénových kompozitů

Abstract

V této práci se studuje vliv mikro/nano rozměrového plniva křídy na fyzikálně-chemické a mechanické vlastnosti naplněného polypropylénu (108MF10 a 33MBTU od Saudi Basic Insdustries Corpor. a HE125MO typ od Borealis) kompozitních matric. Celá řada mechanických vlastností, ohybových vlastností, lomové houževnatosti, vrubové rázové pevnosti (při pokojové teplotě a při -20 deg. C), napětí při přetržení, rázová pevnost) společeně s měřením mikrotvrdosti a tepelné stability v rozmezí teplot 40 až 600 deg.C měřené diferenciální termickou analýzou a termogravimetrickou analýzou. S narůstajícím obsahem plniva docházelo k nárustu mechanické pevnosti příslušných kompozitních materiálů se současným poklesem lomové houževnatosti. Pozorovaný nárůst v tahové mechanické pevnosti se pohyboval mezi 15 až 25% (maximální tahová pevnost při přetržení byla 22 MPa). Nárůst v mechanické pevnosti současně vedl ke zvýšené křehkosti, která se projevila v poklesu střední rázové pevnosti z původní hodnoty 18 kJ/m^2 (pro originální vzorky polypropylenu) na 14 kJ/m^2, tj. 23% pokles. Podobná závislost byla rovněž zjištěna pro vzorky kondicionovány při -20 deg.C (pokles 12,5 %). S rostoucím stupněm naplnění kompozitní matrice křída-polypropylen docházelo ke zvýšení její termooxidační stability, největší nárůst byl pozorován pro 20 hm.% vyorek (rozkladní teplota = 482 deg.C, v porovnání 392 deg.C pro originální vzorek polymeru).

This research examines the effect of a microsize/nanosize talc filler on the physicochemical and mechanical properties of filled polypropylene (108MF10 and 33MBTU from Saudi Basic Industries Corp. and HE125MO grade from Borealis) composite matrices. A range of mechanical properties were measured [tensile properties, bending properties, fracture toughness, notched impact strength (at the ambient temperature and -20 degrees C), strain at break, and impact strength] along with microhardness testing and thermal stability testing from 40 to 600 degrees C as measured by differential thermal analysis and thermogravimetric analysis. Increasing filler content lead to an increase in the mechanical strength of the composite material with a simultaneous decrease in the fracture toughness. The observed increase in tensile strength ranged from 15 to 25% (the maximum tensile strength at break was found to be 22 MPa). The increase in mechanical strength simultaneously led to a higher brittleness, which was reflected in a decrease in the mean impact strength from the initial 18 kJ/m(2) (for the virgin polypropylene sample) to 14 kJ/m(2), that is, a 23% decrease. A similar dependency was also obtained for the samples conditioned at -20 degrees C (a decrease of 12.5%). With increasing degree of filling of the talc-polypropylene composite matrix, the thermooxidative stability increased

the highest magnitude was obtained for the 20 wt % sample (decomposition temperature = 482 degrees C, cf. 392 degrees C for the virgin polymer).