Forschungsrichtungen bei hochfesten Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen

Bei der Kombination von thermoplastischen Polymeren mit Holzfasern mittels herkömmlicher Verfahren, stark hydrophile Eigenschaften von Lignocellulosematerialien Dadurch sind sie mit den stark hydrophoben Thermoplasten inkompatibel. Diese Inkompatibilität führt dazu, dass schlechte Grenzflächenhaftung Zwischen der thermoplastischen Matrix und den Holzfüllstoffen kann es zu Wechselwirkungen kommen, die die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs beeinträchtigen. Darüber hinaus kann die Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Hydroxylgruppen der Holzfasern während des Compoundierens zu Faseragglomeration und damit zu einer ungleichmäßigen Verteilung in der unpolaren Polymermatrix führen. Holzmehl besteht hauptsächlich aus Cellulose, Hemicellulose, Lignin und Pektin, wodurch Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (WPC) eine hohe Feuchtigkeitsaufnahme aufweisen und leicht Faserablösungen begünstigen. Die hohe Hygroskopizität der Naturfasern kann außerdem zu Dimensionsänderungen der resultierenden Verbundwerkstoffe führen und die Grenzflächenhaftung schwächen. In der Praxis lassen sich die Eigenschaften von WPC durch die Zugabe verschiedener Additive je nach Anwendungszweck modifizieren, wodurch Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften entstehen.

Einige Forscher haben die Auswirkungen von vier anorganischen Mineralien untersucht –Talk, Kalziumkarbonat, Speckstein und Wollastonit– hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften von WPC. Es wurde festgestellt, dass alle vier anorganischen Mineralien die mechanischen Eigenschaften von WPC verbessern können, wobei Talkum die Zugfestigkeit und Wollastonit die Härte signifikant erhöhen. Weitere Studien haben gezeigt, dass die Zugabe geringer Mengen (7–10 %) anorganischer Füllstoffe, wie z. B. Nanoton, Talkum oder CalciumcarbonatTalkum und Nanoton können die mechanische Festigkeit von Holz-Polymer-Verbundwerkstoffen (WPC) erhöhen. Zugmodul der Verbundwerkstoffe, während Kalziumkarbonatpulver die Eigenschaften besser verbessert ZugfestigkeitDie

Zusätzlich, Nanocellulose (CNF)-verstärkte WPCs Durch physikalische Vorbehandlung und PEO-Dispersion (Polyethylenoxid) hergestellte Proben weisen signifikante Verbesserungen der Biegefestigkeit und des Biegemoduls auf. Bei einem CNF-Gehalt von 20 % zeigten WPCs, die mittels physikalischer Vorbehandlung und PEO-Dispersion hergestellt wurden, folgende Eigenschaften: Die Biegefestigkeit erhöht sich um 36,2 % bzw. 21,7 %., Und Der Elastizitätsmodul erhöht sich um 48,9 % bzw. 34,1 %.Dadurch wurden jeweils ideale Verstärkungseffekte erzielt. Die physikalische Vorbehandlung zeigte eine bessere Verstärkung und machte sie somit zu einem grüne und effiziente VorbehandlungsmethodeAnorganische Füllstoffe wie z. B. Nano-Calciumcarbonat und Talkum kann nicht nur die Beständigkeit der Verbundwerkstoffe gegenüber Abbau und Witterungseinflüssen effektiv steigern, sondern auch deren mechanische Eigenschaften verbessern.

Die zukünftige Entwicklung von WPCs ist darauf ausgerichtet Diversifizierung der Rohstoffe, Professionalisierung der Anlagen und Prozesse sowie Herstellung von High-End-Produktenmit dem Ziel, sich zu entwickeln WPC mit hohem Faseranteil, vielseitig einsetzbar, leistungsstark und langlebig. Verwendung Kunststoffabfälle und Altholz Als Rohstoffe für die WPC-Produktion können sie die Umweltbelastung verringern und Holzressourcen schonen, was erhebliche soziale und wirtschaftliche Vorteile bietet und WPC zu einem Verbundwerkstoff mit großem Entwicklungspotenzial macht.

Jenseits des Konventionellen hochfeste, antibakterielle, flammhemmende und witterungsbeständige WPC, einige WPCs mit besondere funktionelle EigenschaftenEigenschaften wie elektromagnetische Abschirmung, elektrische Leitfähigkeit, Formgedächtnis, Phasenwechsel-Wärmespeicherung oder Photochromie können die Anforderungen der praktischen Anwendung besser erfüllen. Die Entwicklung von WPCs mit höhere Festigkeit und Multifunktionalität Die Verbesserung der Gesamtleistung ist ein wichtiger zukünftiger Forschungsschwerpunkt und Trend.

Es bestehen jedoch weiterhin viele Herausforderungen, insbesondere:

1. Bei dem Bestreben nach Multifunktionalität können einige Kunststoffadditive problematisch sein. Toxizitätsrisikenwie beispielsweise Flammschutzmittel, Perfluor- und Polyfluorverbindungen, Phthalate, Bisphenol A und Nonylphenol, die negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können.

2. Multifunktionale WPCs sind nach wie vor schwer zu realisieren.Da verschiedene Zusatzstoffe auf komplexe synergistische oder antagonistische Weise interagieren können, ist es eine Herausforderung, alle gewünschten Funktionen gleichzeitig zu realisieren.

3. Es gibt keine einheitliche Theorie Es mangelt an theoretischen Untersuchungen zum Alterungsmechanismus und den Gesetzmäßigkeiten witterungsbeständiger WPCs sowie zur Vorhersage des Alterungsverhaltens und der Lebensdauer.

4. In praktischen Anwendungen, Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Umgebung variierenund es können verschiedene Mikroorganismenarten auftreten. Die gezielte Bekämpfung jeder einzelnen Art mit antibakteriellen WPCs bleibt schwierig.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die aktuelle Forschung an funktionalen Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen noch immer Bedarf hat. kontinuierliche Erkundungeinschließlich der Suche nach und Anwendung von umweltfreundlichen Zusatzstoffen, weitere Untersuchungen zu Synergistische Effekte mehrerer Additive in WPCsund Studien über die Alterungsmechanismen von witterungsbeständigen WPCsDie