Новият метод дава възможност за еластичен полиетилен

2023 Автор: Hannah Pearcy | [email protected]. Последно модифициран: 2023-08-25 03:36

Полиетилен (PE) може да се намери в много ежедневни пластмасови изделия. Като чист материал, той е прост и може да бъде използван безкрайно много пъти: настържете, разтопете и оформете използвания продукт в нови компоненти с постоянно добро качество. Или PE се нагрява и се превръща обратно в суровини за химическата промишленост или строителни блокове за производство на въглеводородни материали - без остатъци. Точно по тази причина PE би бил идеален материал за олекотена конструкция: енергийно ефективен, може да се направи и от възобновяеми суровини и може да се рециклира почти без остатък.

Ултра високо молекулярно PE като алтернатива твърде скъпо

Към днешна дата обаче не може да се правят стабилни компоненти от обикновен PE, тъй като той не е достатъчно устойчив като материал. Досега пълнителите се използват за армиране, особено въглеродни или стъклени влакна. Балансът на енергията, суровините, околната среда и разходите се влошава драстично: Производството и рециклирането са значително по-трудни и скъпи. Алтернатива се предлага от т. Нар. Ултрависокомолекулярно PE (UHMWPE), което се използва като високоефективен материал, например при медицински импланти като ацетабуларни чаши или коленни стави. Този несмесен, високоякостен и устойчив на износване материал обаче не може да бъде обработен чрез леене под налягане: той трябва да бъде пресован в матрица по сложен и рентабилен начин като прах, спечен и след това смлян в точния компонент. UHMWPE влакна могат да постигнат здравината на стоманата, но те са скъпи и неподходящи за рециклиране на материали.

СЕМИНАРЕН СЪВЕТСеминарът „Леки материали в строителството“преподава методи, принципи на проектиране и методи за конструиране на леки конструкции. Участниците получават преглед на различни леки материали, научават критерии за подбора на материали и се запознават с предимствата, недостатъците и рисковете на различните материали.

Още информация

Еднокачествен PE композит чрез контролиран каталитичен процес

Учените от Fraunhofer IWM, MicroTribology Center µTC, заедно с центъра за изследвания на материали в Фрайбург и производителя на полиолефини LyondellBasell, сега извършиха проучвания в проекта Suscomp върху жизнеспособни, несмесени ПЕ композити, които могат да бъдат обработени чрез инжекционно формоване и непосредствено подсилени. Акцентът: подсилващите влакнести конструкции също са направени от PE и дори се оформят при шприцоване. "Компанията DSM вече върти високоефективни влакна от дълги UHMWPE молекулярни вериги, ориентирани по посока на влакната, така наречените влакна Dyneema", обяснява Раймунд Йегер, лидер на групата "Полимерна трибология и биомедицински материали “в Института по механика на материалите на Фраунхофер във Фрайбург. Технически би било възможно да се поставят такива влакна като подсилвания в PE,но се свързва с висока работа и разходи и е неподходящ за рециклиране на материали.

Произвеждайте PE в различни дължини на веригата

Проф. Д-р намери решението на това предизвикателство Ролф Мюлхапт и неговият екип в Центъра за изследвания на материали FMF в университета „Алберт Лудвигс“във Фрайбург: Той поставя различни катализатори, с помощта на които PE може да се произвежда с различна дължина на веригата, фино разпределени върху един и същ носител на катализатор.

При последващия синтез на PE чрез етиленова полимеризация, смеси от PE с ниско, средно и свръх високо молекулно тегло се получават едновременно върху този катализатор, така наречените реакторни смеси. „Този трик създава PE смеси директно по време на полимеризацията, която може да се инжектира без никакви проблеми“, обяснява проф. Д.ик.н. Mülhaupt.

Леката конструкция спестява ресурси и тегло и вече не играе само важна роля в автомобилната индустрия. Леката среща на строителните потребители обяснява как конструкциите стават леки, но стабилни и какви ползи носят.

Повече информация: Потребителска среща за олекотена конструкция

Процесът избягва високите вискозитети, които обикновено са предизвикателство, когато висок дял UHMWPE молекулни вериги трябва да се обработва чрез инжекционно формоване. Високите потоци на срязване, които възникват по време на леенето под налягане в тесни формовъчни форми, са отговорни за факта, че структурите, подобни на влакна UHMWPE, се формират от ултрависокомолекулните компоненти чрез самоорганизация на материала. Тези влакна подсилват компонента, дори се ориентират в желаната посока по време на леене под налягане и по този начин гарантират механична стабилност. И тези компоненти могат лесно да бъдат рециклирани: "Рециклирахме проби от тях общо десет пъти и винаги сме получавали същото добро качество, тъй като желаните материални структури постоянно се оформят чрез самоорганизация", казва проф. Д.ик.н. Mülhaupt.

Учените от Fraunhofer IWM са тествали проби от този нов високоефективен материал за техните материални свойства. Механичните свойства показват, че са възможни много приложения, например дълги мебелни части, водачи за релси и ролетни щори или части за интериора на автомобила. В допълнение към ниското тегло, компонентите имат и предимството, че могат да понасят много добре смазочните материали на водна основа.

Еднокласни PE композити за 3D печат

Следващият проект 3D-Suscomp вече е за обработка на материала с помощта на 3D принтер. Досега добрите свойства на еднокачествените композити могат да бъдат постигнати само ако полимерите са ориентирани в тясна форма за инжектиране. Обаче: укрепването чрез самоорганизация се осъществява изключително в посоката, посочена от формата за инжектиране. Учените откриха, че влакнестите структури също се образуват в дюзата на 3D принтер. За разлика от леенето под налягане, ориентацията им в компонента може да се контролира чрез движението на печатащата глава. В резултат на това са възможни много нови приложения за този рециклируем материал: в допълнение към зъбни колела в автомобила или в хранително-вкусовата промишленост, прилепващи роботи за захващане,медицински ортези или съединители могат да бъдат направени от една форма.