Плотность пленки армированной: Применение армированной пленки

Содержание пустот в армированных пластмассах ASTM D2734

Определение содержания пустот в армированных пластмассах в соответствии с ASTM D2734.

Intertek проводит измерения пустот в полимерах и композитных материалах, используя метод ASTM D2734.

Содержание пустот в армированных пластмассах ASTM D2734 (метод испытаний A):
Содержание пустот измеряет количество пустот в армированных полимерах и композитах. Информация о содержании пустот полезна, поскольку высокое содержание пустот может значительно снизить прочность композитов. Мониторинг содержания пустот от партии к партии также может служить мерой постоянства процесса производства композитов.

Процедура измерения пустот:
Измеренная плотность материала определяется методом сухого/влажного веса ASTM D792, метод A. Для содержания пустот необходимо иметь теоретическую плотность как смолы, так и армирующего материала, чтобы определить теоретическая плотность. Индивидуальные плотности обычно получают от поставщика смолы и армирующего материала.

После определения фактической плотности материала навеску помещают в взвешенный тигель и обжигают в муфельной печи при 600°С на воздухе до тех пор, пока не останется только армирующий материал. Тигель охлаждают и взвешивают. Содержание смолы (потери при прокаливании) можно рассчитать в весовых процентах на основе имеющихся данных. Путем сравнения фактической плотности с теоретической плотностью вычисляется содержание пустот.

Размер образца:
Размер обычно составляет 1 дюйм на 1 дюйм x толщина.

Данные: 

T = теоретическая плотность
T _d = теоретическая плотность композита
R = масса смолы, %
r = масса арматуры, %
 
T = 100 / ( R / 0 0 d V = Содержание пустот (% по объему)
M _d = измеренная плотность композита
D = Плотность смолы
d = Плотность армирования
V = ( T _d — M _d ) / T _d     

Испытания композитов:

• ASTM Testing for Plastics and Polymers
• Тестирование композитов
• Методы испытаний композитных материалов

Нужна помощь или есть вопрос?

+1 413 499 0983

Нужна помощь или есть вопрос?

+1 413 499 0983

Уилтон, Великобритания:

+44 1642 435 788

Бенилюкс:

+31 88 126 8888

Азиатско-Тихоокеанский регион:

+65 6805 4800

Германия:

0800 5855888

+49 711 27311 152

Швейцария:

+41 61 686 4800

Мексика:

01 800 5468 3783

+52 55 5091 2150

Бразилия:

+55 11 2322 8033

Австралия:

+61 1300 046 837

Индия:

+91 22 4245 0207

Брошюры:

Брошюра по испытаниям, проверке и решению проблем полимеров (PDF)

Брошюра по испытаниям пластмасс, эластомеров, композитов и пленок (PDF)

Polymers and Plastics

• Global Polymers and Plastics Testing
• Polymer and Plastics Services from A-Z

Characterization of Nanosilica/Low-Density Polyethylene Nanocomposite Materials

On this page

AbstractIntroductionMethodsResults and DiscussionConclusionData AvailabilityConflicts of InterestReferencesCopyrightRelated Articles

Шесть соотношений частиц нанокремнезема использовались для изготовления композитов из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) с использованием методов смешивания в расплаве и горячего формования. Несколько композитных пленок с различным соотношением (0,5, 1, 2,5, 5, 7,5 и 10  мас.%) SiO ₂ были подготовлены. Полученные композитные пленки были идентифицированы и охарактеризованы с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) и спектроскопии в ультрафиолетовом и видимом диапазонах (UV-VIS). При определенном соотношении смешивания пропускание дальнего инфракрасного излучения было запрещено, в то время как пропускание ультрафиолетового и видимого диапазонов разрешено; это будет подробно объяснено. Оптические измерения показывают, что композитные пленки препятствуют прохождению ИК-излучения вблизи 9  мкм м и обеспечивают пропускание УФ-видимого излучения во время солнечного сияния. Механическое поведение композита ПЭНП, армированного нанокремнеземом, исследовали с помощью испытаний на растяжение. Добавление 1 % масс. нанокремнезема успешно улучшило механические свойства материала LDPE.

1. Введение

Полимерные материалы широко используются в пищевой упаковке и в теплицах. Типичными примерами таких материалов являются полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ) и полиэтилентерефталат (ПЭТФ) [1, 2].

В последние годы много усилий было направлено на полимерные нанокомпозиты [3]. Полимерные нанокомпозиты часто демонстрируют превосходные механические свойства по сравнению с традиционными композитами при более низкой загрузке наночастиц [4]. До сих пор в нескольких исследованиях изучалось влияние различных наночастиц на характеристики композитных материалов, таких как наносиликат [3]. Отличные характеристики кремнеземной пленки привлекли внимание в научных кругах и промышленности благодаря ее антисопротивлению, твердости, коррозионной стойкости [5], диэлектрическим свойствам [6], оптической прозрачности и т. д. [7]. Кремнезем в виде тонкой пленки широко используется для улучшения свойств поверхности материалов. Вот почему тонкие пленки кремнезема используются во многих областях, например, в области просветляющих пленок [8]. В упаковочной промышленности кремнеземные пленки используются в качестве барьерных слоев в полимерных упаковочных материалах. Большинство современных упаковочных материалов не обеспечивают эффективного барьера против проникновения газов. Это приводит к тому, что еда и напитки быстро портятся. Благодаря этому кремнеземная пленка, нанесенная на поверхность полимерной упаковки, становится популярной и незаменимой. Кроме того, кремнеземные пленки можно использовать и в качестве антикоррозионных слоев металлов. В связи с универсальным применением пленок диоксида кремния в различных областях получение кремнезема высокого качества всегда является важной целью научных исследований [9].].

В последнее время разрабатывался ряд различных барьерных технологий. Теоретически барьерная функция может быть реализована в материале на основе пластика двумя способами: либо путем смешивания барьерного материала с базовым полимером, либо путем нанесения слоя барьерного материала на поверхность полимера [10, 11].

Традиционный метод приготовления композитов полимер/диоксид кремния заключался в прямом смешивании диоксида кремния с полимером. Смешивание может осуществляться путем смешивания в расплаве и смешивания в растворе. Основная трудность в процессе смешивания заключается в эффективном диспергировании наночастиц кремнезема в полимерной матрице, поскольку они обычно склонны к агломерации [12].

В данной работе представлены результаты оптических и тепловых экспериментов с ПЭНП, смешанным с частицами наносиликата в различных соотношениях (0,5, 1, 2,5, 5, 7,5 и 10 % масс.). Цель состоит в том, чтобы получить нанокомпозит, который предотвращает пропускание ИК-излучения и обеспечивает пропускание УФ-видимого излучения, чтобы сохранить большую часть теплового излучения земли и растений в теплице. Также были оценены и обсуждены механические свойства нанокомпозита, такие как предел прочности при растяжении, удлинение при разрыве и модуль Юнга.

При изучении теплового излучения абсолютно черного тела было показано, что все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают энергию в виде электромагнитного излучения. Черное тело — это теоретическое или модельное тело, которое поглощает все падающее на него излучение. Это гипотетический объект, являющийся «идеальным» поглотителем и «идеальным» излучателем излучения. Электромагнитное излучение, испускаемое черным телом, имеет определенный спектр и интенсивность, которые зависят только от температуры тела; например, тепловое излучение, спонтанно испускаемое обычными объектами, землей и растениями, может быть аппроксимировано излучением черного тела. На рис. 1 показан спектр излучения абсолютно черного тела в точках 273, 293, 313, 333, 373, 393, 413, 433 и 453 K. Нас интересует окрестность 10  µ м (от 9 до 11), так как при температурах около 0°C (273 K) тепловое излучение от земли максимально при 10  μ м, а при температуре 30°C (303 K) тепловое излучение от земли максимально при 9,5  μ м [9].

2. Материалы и методы

2.1. Материалы

Полиэтилен низкой плотности (LDPE), термопласт, изготовленный из мономера этилена с плотностью 0,922  г/см ³ , был приобретен у Saudi Basic Industries Corporation (SABIC). Высокочистый коллоидный нанокремнезем (%) со средним размером частиц ~12 нм и торговой маркой А200 был получен от Evonik Degussa AG (Германия). В табл. 1 представлены основные физико-химические свойства коллоидного нанокремнезема, использованного в настоящей работе.

2.2. Подготовка образцов

Образцы были приготовлены путем смешивания ПЭНП и диоксида кремния в различных соотношениях (0,5, 1, 2,5, 5, 7,5 и 10% масс.). Различные соотношения нанокремнезема механически смешивали с гранулами ПЭНП при температуре обработки 130°C и скорости 50 об/мин в течение 10 мин с использованием внутреннего смесителя (Brabender Plasti-Corder PL-2200, W50, Германия). Пленки с размерами чистого ПЭНП и нанокомпозитов были получены методом горячего прессования при 140°С и давлении 50 бар. Для испытаний на механическое поведение композита по вышеописанной методике были изготовлены другие пластины толщиной 0,5 мм.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Исследование механических свойств

Для исследования механических свойств образцы для испытаний были отформованы и вырезаны в соответствии с размерами, указанными в таблице 2.

Испытание на растяжение проводилось с использованием машины растяжения-сжатия (Adamel Lhomargy DY34) при атмосферных условиях. . Для каждого соотношения, включая чистый ПЭНП (контрольный образец), тестировали пять образцов и их значения усредняли. Испытания на растяжение проводились со скоростью 5 мм/мин. В таблице 3 приведены сводные данные по растяжению для контрольного образца и образцов из шести композитов.

Кривые напряжения-деформации, полученные в результате испытаний на растяжение нанокомпозитов ПЭНП/диоксид кремния, показаны на рисунке 2. Можно заметить, что напряжение при разрыве постепенно увеличивается с увеличением доли диоксида кремния до 1  мас.%. Этот результат предполагает, что частицы нанокремнезема будут усиливать напряжение и вызывать увеличение прочности на разрыв нанокомпозита.

На рис. 2 также показано, что значения удлинения при разрыве нанокомпозита значительно увеличиваются с увеличением доли частиц нанокремнезема, которая также составляет до 1% масс. Это можно объяснить увеличением поверхностной связи между молекулами полимера при добавлении к нему частиц нанокремнезема. Аналогичные результаты были получены и с другими оксидами [13].

За пределами 1  вес.% из рисунка 2 видно, что значения как предела прочности при растяжении, так и относительного удлинения при разрыве нанокомпозита уменьшаются с увеличением доли включенных частиц нанокремнезема. Этот результат можно объяснить агломерацией частиц нанокремнезема внутри полимерной матрицы. Эту агломерацию можно увидеть даже невооруженным глазом в виде белых пятен внутри образцов (см. рис. 3).

На рис. 4 показаны изменения модуля Юнга нанокомпозита в зависимости от соотношения частиц нанокремнезема. Удлинение при разрыве также было добавлено к цифре. Можно заметить, что модуль Юнга увеличивается при доле частиц нанокремнезема до 5% масс. За пределами этого значения мы замечаем, что значения модуля Юнга остаются практически постоянными (с точностью до неопределенностей). Уже упомянутое уменьшение удлинения при разрыве объясняется агломерацией частиц нанокремнезема внутри полимерной матрицы, как уже упоминалось.

3.2. Оптическое исследование

3.2.1. Инфракрасное спектроскопическое исследование

Пропускание образцов исследовали с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) (спектрометр VERTEX 70/70v FT-IR от Bruker™ Optics) в диапазоне длин волн 1-25  мк мкм. На рис. 5 представлены спектры пропускания пленок SiO ₂ /ПЭНП с различным соотношением. В MIR-диапазоне можно выделить различные пики поглощения. Первый на ~3  мк м обусловлен группой ОН; другие пики на ~ 9 мк м, ~12  мк м и ~21  мк м обусловлены резонансной модой колебаний Si-O-Si [14]. Некоторые из этих пиков также связаны с подложкой из ПЭНП в ИК-спектрах поглощения. Пик на 9  мкм м придает SiO ₂ его важность и позволяет использовать его в этом приложении. Мы наблюдаем уменьшение коэффициента пропускания при увеличении соотношения смешивания SiO ₂ . Изменения среднего коэффициента пропускания для длин волн от 7 до 10,5  мкм м показаны на рис. 6. Мы замечаем резкое снижение коэффициента пропускания при увеличении отношения SiO ₂ .

3.2.2. Ультрафиолетово-видимая спектроскопия Исследование

Измерения оптического пропускания пленок нанокомпозитной подложки LDPE/диоксид кремния проводились с помощью спектрофотометра UV-Vis-NIR (A560 UV Spectrophotometer, AOE Instruments) при нормальном падении света в диапазоне длин волн 200–200°С. 1100 нм. На рис. 7 представлены спектры пропускания образцов. УФ-спектры показывают, что композитные подложки (0,5, 1, 2,5, 5 и 7,5% масс. SiO ₂ ) не оказывают существенного влияния на коэффициент пропускания. С другой стороны, значительное снижение коэффициента пропускания наблюдается при соотношении компонентов смеси 10 мас.% SiO ₂ по сравнению с ПЭНП без смешивания. Это уменьшение рассматривается в разделе «Результаты и обсуждение».

3.

3. Тепловое исследование

Мы построили мини-теплицу из ПЭНП без смешивания и еще одну из ПЭНП, смешанного с 2,5  вес.% SiO ₂ . Мы также построили третью минитеплицу из оконного стекла Silka (толщина стекла 6 мм, коэффициент пропускания от 350 до 1100 нм примерно 88%) (см. рис. 8). Все три теплицы имеют форму куба со стороной 20 см. Внутрь каждой теплицы ставим небольшое растение. Эти растения ранее выращивались в аналогичных условиях.

Температура внутри каждой теплицы измерялась с использованием идентичных датчиков температуры (Tecnologic UK с разрешением 0,1°C). Внешняя температура также измерялась идентичным датчиком. Все измерения проводились в один и тот же момент каждые 30 минут, начиная с 13:00. до 6 утра следующего дня. На рис. 9 показаны изменения температуры внутри трех теплиц вместе с температурой наружного воздуха. Повышение температуры внутри теплицы с добавлением 2,5% масс. SiO ₂ замечено. По оценкам, это повышение составляет более 2°C по сравнению с теплицей из LDPE без перемешивания (2°C в целом и 2,2°C между 23:00 и 5:00). Мы также заметили, что коэффициент пропускания теплицы, смешанной с 2,5 % масс. SiO ₂ , близко приближается к коэффициенту пропускания стеклянного дома (см. зеленый и синий треугольники на рисунке 9). На самом деле, средняя разница температур в целом составляет около 0,14 ° C, и две температуры между 23:00 и 5:00 очень хорошо совпадают друг с другом.

Изучая ИК-пропускание на рисунках 5, 6 и 10, было замечено уменьшение пропускания вблизи 9  мк м с увеличением отношения смеси. Этот результат объясняет повышение температуры внутри минитеплиц (показан на рис. 10). Барьерные пленки из нанокомпозита LDPE/диоксид кремния сохраняют тепловое излучение земли. Таким образом поддерживается внутренняя температура внутри теплицы.

Можно также заметить, что в районе 9  µ м коэффициент пропускания образца с содержанием 5 мас.% SiO ₂ очень близок к образцу с содержанием SiO ₂ 2,5 мас.%. Мы делаем вывод, что может быть не очень выгодно выходить за рамки соотношения 2,5  вес. % SiO ₂ .

При изучении пропускания в УФ-видимой области на рис. 7 заметно значительное снижение коэффициента пропускания пленки с содержанием 10 мас.% SiO ₂ по сравнению с другими пленками с меньшим соотношением (0,5, 1, 2,5, 5 и 7,5% масс. SiO ₂ ). Эти пять композиционных барьерных пленок не оказывают значительного влияния на коэффициент пропускания по сравнению с LDPE без смешивания. Таким образом, пленка с содержанием 2,5 мас.% SiO 9Для строительства минитеплицы был выбран композит 0029 2 . Это не влияет на пропускание УФ-видимого излучения, но снижает максимальное пропускание ИК-излучения примерно до 9  мкм м.

Показатель преломления ПЭНП в видимой области равен 1,51, а в мнимой части [15]. Оно очень близко к значению действительной части показателя преломления SiO ₂ , равному 1,43 [16]. Поэтому не должно быть существенного изменения коэффициента пропускания ПЭНП в видимом диапазоне при смешивании с SiO ₂ . Это хорошо видно на рис. 7), за исключением последнего случая, когда соотношение SiO ₂ составляет 10 мас.%. Следовательно, не должно быть каких-либо значительных изменений температуры в теплице во время солнечного сияния. Значительное снижение коэффициента пропускания в случае соотношения 10 мас.% SiO ₂ , вероятно, связано с рассеянием Ми [17].

4. Заключение

На протяжении всего исследования использовались пленки диоксида кремния с различным соотношением (0,5, 1, 2,5, 5, 7,5 и 10 мас. % SiO ₂ ) смешивали с полимером полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) с использованием техники смешения в расплаве.

Было исследовано влияние введения 0,5–10 % масс. частиц кремнезема на свойство ПЭНП при растяжении. Результаты показали, что добавление 1  мас.% нанокремнезема успешно повысило прочность на растяжение и удлинение при разрыве материала ПЭНП, наполненного наносиликатом. Введение >1 % масс. частиц нанокремнезема вызвало агломерацию и неравномерное распределение частиц в ПЭНП.

Используя эти нанокомпозиты LDPE/диоксид кремния для создания мини-теплицы, SiO ₂ снижает пропускание излучения около 9  мкм м и позволяет проходить через них ультрафиолетовому и видимому излучению в дневное время (солнечный период, без нахождение под прямыми солнечными лучами). Таким образом, нам удалось сохранить тепловое излучение грунта, подняв внутреннюю температуру теплицы более чем на 2°С по сравнению с той же теплицей без перемешивания. Было обнаружено, что температура внутри теплицы из полиэтилена низкой плотности/кремнезема практически идентична температуре внутри стеклянной теплицы.

Статистически выводы приемлемы, поскольку эксперимент повторялся много раз. Основное преимущество заключается в том, что в теплице из полиэтилена низкой плотности/кремнезема такая же температура, как и в стеклянной теплице.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. А. Кузьминова, А. Шелемин, М. Петр, О. Килиан и Х. Бидерман, «Барьерные покрытия на полимерной пленке для упаковки пищевых продуктов», в WDS’13 Proceedings of Contributed Papers, Part III , стр. 128–133, Прага, Чешская Республика, 2013.

   Просмотр по адресу:

   Google Scholar

2. О. Килиан, А. Чукуров, Л. Ханикова и Х. Бидерман, «Плазменная технология для полимеров материалы для упаковки пищевых продуктов», в Экологически устойчивые полимерные наноматериалы для упаковки пищевых продуктов: инновационные решения, потребности в характеристиках, вопросы безопасности и охраны окружающей среды , с. 119, Taylor and Francis Group, 2013.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

3. С. Джу, М. Чен, Х. Чжан и З. Чжан, «Диэлектрические свойства композитов нанокремнезем/полиэтилен низкой плотности». : поверхностная химия наночастиц и глубокие ловушки, индуцированные наночастицами», Express Polymer Letters , vol. 8, нет. 9, стр. 682–691, 2014.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

4. H. H. Redhwi, M. N. Siddiqui, A. L. Andrady, and S. Hussain, «Долговечность нанокомпозитов LDPE с глиной, кремнеземом и оксидом цинка: часть I: механические свойства нанокомпозитных материалов», Журнал наноматериалов , том. 2013 г., идентификатор статьи 654716, 6 страниц, 2013 г.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

5. A. Pal, Low-Power VLSI Circuits and Systems , Springer India, 2015 г. и У. Радзионай, «Низкотемпературное осаждение пленок диоксида кремния в плазме высокой плотности», Физика полупроводников, квантовая электроника и оптоэлектроника , том. 16, нет. 2, стр. 216–219, 2013 г.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

6. А. Делими, Ю. Коффинье, Б. Тали, Р. Букерруб и С. Зюнериц, «Исследование защиты от коррозии SiOx-подобных оксидных пленок, нанесенных на углеродистую сталь методом химического осаждения из газовой фазы с плазменным усилением». », Electrochimica Acta , vol. 55, нет. 28, стр. 8921–8927, 2010.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Академия Google

7. W.T.Li, R.Boswell, M. Samoc, A. Samoc и R.P. Wang, Thin Solid Films , vol. 516, нет. 16, pp. 5474–5477, 2008.

   Просмотр по адресу:

   Сайт издателя

8. Альгдейр М., Майя К., Диб М. и Альгораиби И. «Характеристика композита SiO _{2 LDPE} » барьерные пленки», Journal of Materials and Environmental Sciences , vol. 9, нет. 7, стр. 2042–2050, 2018.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

9. Z. Liu, Z. Sun, X. Ma и C.L. Yang, «Характеристика композитных SiOx/полимерных барьерных пленок», Packaging Technology and Science , vol. 26, стр. 70–79, 2013 г.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

10. J. Lange и Y. Wyser, «Последние инновации в барьерных технологиях для пластиковой упаковки — обзор», Packaging Technology and Science , vol. 16, нет. 4, стр. 149–158, 2003 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Академия Google

11. Х. Цзоу, С. Ву и Дж. Шен, «Нанокомпозиты полимер/диоксид кремния: получение, характеристика, свойства и применение», Chemical Reviews , vol. 108, нет. 9, стр. 3893–3957, 2008 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

12. C. Y. Chee, N. L. Song, L. C. Abdullah, T. S. Y. Choong, A. Ibrahim, and T. R. Chantara, «Характеристика механических свойств: нанокомпозит из полиэтилена низкой плотности с использованием частиц нанооксида алюминия в качестве наполнителя», Журнал наноматериалов , том. 2012 г., идентификатор статьи 215978, 6 страниц, 2012 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

13. Р. Китамура, Л. Пилон и М. Йонас, «Оптические константы кварцевого стекла от крайнего ультрафиолета до дальнего инфракрасного диапазона при температуре, близкой к комнатной», Applied Optics , vol. 46, нет. 33, стр. 8118–8133, 2007.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

14. Б.