Microfoaming of flax and wood fibre reinforced polypropylene composites

Abstract

Natural and wood fibre reinforced plastics as a relatively new group of environmental friendly materials have been extensively applied in interior, building applications and in the automobile industry. Among others, natural and wood fibre reinforced foamed polymer materials are of high significance because of the possibility of their reducing the density of automotive components which have a cellular structure. However, the properties of these materials have not been fully investigated and described. Microcellular composites of polypropylene containing natural and wood fibre was prepared using an injection moulding process. In the present work, the manufacturing technology of natural and wood fibre reinforced polymer microfoams was developed and the influence of fibre and microvoid content on its property spectrum was systematically investigated. The forming of microvoids and the degree of foaming related to the variation of the processing parameters in connection with manufacture technology was characterised. Measurement of density, cell size, tensile and flexural properties of the prepared composites was carried out. The cell structure is dependent on flow direction of foaming. The density of microfoamed wood fibre-PP composites was reduced by about 24% and decreased by as much as 0.77 g/cm³.Light microscopy showed that the cells are circular and it was also observed that the maximum cell sizes are between 10–50 μm. Water absorption and scanning electron microscopy of the composites were also investigated. Considering the experimental results, it can be deduced that the microcellular composites exhibit a possible combination of relatively good engineering properties and lower density for different technical applications.

Zusammenfassung

Natur- und holzfaserverstärkte Kunststoffe, als relativ neue Gruppe von umweltfreundlichen Werkstoffen, werden derzeit in beachtlichem Umfang in der Bauindustrie (Dach-, Boden- und Wändeabdeckungen) und Automobilindustrie verwendet. Ausserdem haben natur- und holzfaserverstärkte Polymerwerkstoffe –Mikroschäume, die wegen ihrer zellularen Struktur die Dichte der Bauteile noch reduzieren können, eine immer größere Bedeutung erlangt. Bisher sind die Eigenschaften dieser Werkstoffe nur beschränkt untersucht und beschrieben worden. Natur- und holzfaserverstärkte PP-Mikroschäume wurden im Spritzgießverfahren hergestellt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Fertigungstechnik der natur- und holzfaserverstärkten Polymere-Mikroschäume entwickelt und systematisch der Einfluss des Faser-/ und Mikroporengehalts auf das Eigenschaftsspektrum dieser Werkstoffe untersucht. Mikroporen und Schäumungsgrad in Abhängigkeit von der Variation der Verarbeitungsparameter wurden in Verbindung mit dem Herstellungsprozess charakterisiert. Die Dichte, die Zellgröße, die Zug- und Biegeparameter der hergestellten Compositen wurden ermittelt. Die Schaumstruktur ist vom Fließweg abhängig. Die Dichte von geschäumten holzfaserverstärkten PP kann bis ca. 24% reduziert werden und erreicht Werte von 0,77 g/cm³. Die mikroskopischen Aufnahmen zeigen, dass die Mikroporen eine runde Struktur aufweisen, und der Porendurchmesser zwichen 10–50 μm liegt. Die Wasseraufnahme wurde ebenfalls untersucht. Die erzielten Ergebnisse belegen, dass diese Werkstoffe für verschidene Anwendungen in der Technik geeignet sind.