L'effetto del rinforzo sulle proprietà meccaniche dei compositi impiallacciati in fibra di legno/polipropilene assemblati con polipropilene clorurato

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14007 (2022) Citare questo articolo

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I compositi fibra di legno/polipropilene (WF/PP) sono materiali ecologici con elevata stabilità dimensionale e proprietà meccaniche. Tuttavia, le applicazioni dei compositi WF/PP sono limitate da una struttura superficiale poco attraente. In questo studio, i compositi WF/PP sono stati decorati con impiallacciatura di legno di pioppo utilizzando polipropilene clorurato (CPP) come adesivo hot melt, la forza di adesione è superiore a 1,18 MPa. Sono stati eseguiti test di resistenza dell'adesione superficiale e microscopia elettronica a scansione (SEM) per analizzare la qualità dello strato adesivo CPP. Sono state esaminate le proprietà fisiche e meccaniche dei pannelli WF/PP impiallacciati e dei controlli non impiallacciati per determinare gli effetti del rinforzo. Il risultato mostra che dopo l'impiallacciatura la resistenza alla trazione e il modulo elastico dell'intero pannello composito sono aumentati di oltre il 30% e il 10%; la resistenza alla flessione e il modulo sono stati aumentati di oltre il 10% e il 20%. Sono stati eseguiti test di impatto a bassa velocità per determinare le proprietà di resistenza all'impatto dei compositi. Rapporti più elevati di fibra di legno nel composito WF/PP hanno portato a una maggiore forza di adesione superficiale, evidente nelle immagini SEM. La decorazione dell'impiallacciatura di legno ha aumentato la resistenza meccanica dell'intero pannello composito. Un legame più stretto lungo lo strato di CPP fornirebbe un ulteriore rinforzo delle proprietà meccaniche del composito rivestito.

I materiali compositi in fibra di legno/polipropilene (WF/PP) sono uno dei numerosi compositi legno-plastica (WPC). Il composito WF/PP ha elevate proprietà fisiche e meccaniche anche se il PP all'interno della matrice viene riciclato1. I compositi legno-plastica sono realizzati combinando materiale vegetale secco (tipicamente legno, bambù, canapa e paglia) con una matrice polimerica con un piccolo numero di additivi aggiuntivi come miglioratori di legame come il polipropilene legato con anidride maleica (MAPP), che si lega sia al legno fibre e PP. L'aggiunta di tali additivi migliora la qualità dei compositi WP/PP. I materiali termoplastici sono il tipo più comune di matrice polimerica. I WPC termoplastici vengono comunemente formati in prodotti mediante estrusione, pressatura in stampi e stampaggio a iniezione in modi che non differiscono notevolmente dai metodi con cui i materiali termoplastici non riempiti vengono formati in prodotti2,3. Per realizzare i WPC è possibile utilizzare molti materiali termoplastici diversi, inclusa la plastica riciclata4,5,6.

Uno dei principali vantaggi dei WPC termoplastici è che in genere non sono necessari adesivi, resine o altri reagenti chimici volatili. I WPC termoplastici sono un materiale relativamente non tossico e rispettoso dell'ambiente7. I compositi legno-plastica combinano molte delle migliori caratteristiche della plastica e del legno. Un tipico WPC avrà proprietà di resistenza meccanica più elevate e una migliore stabilità dimensionale rispetto a un materiale termoplastico non riempito dello stesso tipo utilizzato per la matrice. Inoltre, un tipico WPC possiederà una maggiore resistenza all’umidità e alla decomposizione rispetto al materiale vegetale aggiunto al materiale termoplastico. I compositi legno-plastica sono molto più facili da lavorare e modellare rispetto al legno8,9,10. Negli ultimi anni, i WPC sono stati utilizzati in molte applicazioni come strutture esterne, rivestimenti di automobili e rivestimenti di pareti esterne11,12,13,14,15. Tuttavia, le attuali tecniche di lavorazione lasciano la struttura superficiale dei WPC esteticamente insoddisfacente per qualsiasi scopo in cui il WPC sarà sottoposto ad un'attenta attenzione visiva, come le superfici interne visibili. Se la superficie di un WPC può essere incollata in modo affidabile e duraturo su un rivestimento in legno, il campo di applicazione aumenterà notevolmente. Molti dei nuovi prodotti WPC, così come i prodotti di alto valore, sono resi possibili dal rivestimento.

Nel processo di estrusione e pressatura a caldo, un sottile strato di matrice plastica non riempita si accumula sulla maggior parte delle aree della superficie del WPC16,17. Questa superficie di plastica relativamente pura non scomparirà dopo il raffreddamento e la modellatura. Questa superficie plastica è liscia, senza pori e aderisce scarsamente agli adesivi a temperatura ambiente utilizzati nei tradizionali processi di rivestimento18. Il problema essenziale è che la maggior parte delle forme di plastica sono chimicamente inerti ed estremamente non polari per formare forti legami con i comuni adesivi a temperatura ambiente. È probabile che non si formino né legami covalenti né polari (idrogeno) tra la plastica e l'adesivo a meno che non venga fatto qualcosa per promuovere questo tipo di legame.