Полиэтилен (ПЭ) можно найти во многих повседневных пластиковых изделиях. Как односортный материал, он прост и может использоваться повторно бесконечное количество раз: измельчать, плавить и формовать использованный продукт в новые компоненты с неизменно хорошим качеством. Или PE нагревается и превращается обратно в сырье для химической промышленности или строительные блоки для производства углеводородных материалов - без каких-либо остатков. Именно поэтому ПЭ является идеальным материалом для облегченного строительства: энергосберегающий, также может быть изготовлен из возобновляемого сырья и может быть переработан практически без остатка.
Сверхмолекулярный ПЭ как альтернатива слишком дорогая
Однако на сегодняшний день из обычного полиэтилена невозможно изготовить стабильные компоненты, поскольку он недостаточно прочен как материал. До сих пор наполнители использовались для армирования, особенно из углеродных или стеклянных волокон. Баланс энергии, сырья, окружающей среды и затрат резко ухудшается: производство и переработка значительно сложнее и дороже. Альтернативу предлагает так называемый сверхвысокомолекулярный ПЭ (СВМПЭ), который используется в качестве высокоэффективного материала, например, в медицинских имплантатах, таких как чашки вертлужной впадины или коленные суставы. Однако этот несмешанный, высокопрочный и стойкий к истиранию материал не может быть обработан литьем под давлением: его нужно сложным и дорогостоящим способом прессовать в форму, спекать и затем измельчать в точный компонент. Волокна из СВМПЭ могут достигать прочности стали, но они дороги и непригодны для переработки материалов.
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ Семинар «Легкие материалы в строительстве» знакомит с методами, принципами проектирования и методами строительства легких конструкций. Участники получают обзор различных легких материалов, изучают критерии выбора материалов и узнают о преимуществах, недостатках и рисках различных материалов.
Следующая информация
Односортный полиэтиленовый композит через контролируемый каталитический процесс
Ученые из Fraunhofer IWM, MicroTribology Center µTC, вместе с Фрайбургским научно-исследовательским центром материалов и производителем полиолефинов LyondellBasell, в настоящее время проводят в рамках проекта Suscomp жизнеспособные, несмешанные полиэтиленовые композиты, которые могут обрабатываться литьем под давлением и непосредственно укрепляться. Основной момент: структуры с армирующими волокнами также изготовлены из полиэтилена и даже формируются в процессе литья под давлением. «Компания DSM уже производит прядение высокоэффективных волокон из длинных молекулярных цепей из СВМПЭ, которые ориентированы вдоль направления волокон, так называемых волокон Dyneema», - объясняет Раймунд Йегер, лидер группы, - «трибология полимеров». и биомедицинские материалы »в Фраунгоферовском институте механики материалов IWM во Фрайбурге. Было бы технически возможно вставить такие волокна как армирование в ПЭ,но это связано с высокой работой и стоимостью и непригодно для переработки материалов.
Изготовление ПЭ разной длины цепи
Профессор доктор нашел решение этой проблемы Рольф Мюльхаупт и его команда в исследовательском центре материалов FMF в Университете Альберта Людвига во Фрайбурге: он размещает разные катализаторы, с помощью которых можно производить ПЭ с разными длинами цепей, тонко распределенными на одном носителе катализатора.
В последующем синтезе ПЭ путем полимеризации этилена одновременно на этом катализаторе получают смеси ПЭ с низкой, средней и сверхвысокой молекулярной массой, так называемые реакторные смеси. «Этот трюк создает смеси ПЭ непосредственно во время полимеризации, которую можно без проблем литье под давлением», - объясняет профессор доктор. Mülhaupt.
Легкая конструкция экономит ресурсы и вес и больше не играет важной роли в автомобильной промышленности. Совещание пользователей облегченной конструкции объясняет, как конструкции становятся легкими, но в то же время устойчивыми, и какие преимущества они приносят.
Дополнительная информация: встреча пользователей для облегченной конструкции
Этот процесс позволяет избежать высоких вязкостей, которые обычно являются проблемой, когда большая часть молекулярных цепей из СВМПЭ должна обрабатываться литьем под давлением. Потоки с высоким усилием сдвига, которые возникают во время литья под давлением в узкие литьевые формы, являются причиной того факта, что волокнистые структуры из СВМПЭ формируются из сверхвысокомолекулярных компонентов посредством самоорганизации материала. Эти волокна усиливают компонент, даже ориентируются в нужном направлении во время литья под давлением и, таким образом, обеспечивают механическую стабильность. И эти компоненты могут быть легко переработаны: «Мы переработали образцы из них в общей сложности десять раз и всегда получали одинаковое хорошее качество, так как желаемая структура материала постоянно изменялась посредством самоорганизации», - говорит профессор доктор. Mülhaupt.
Ученые Fraunhofer IWM протестировали образцы этого нового высокоэффективного материала на предмет их свойств. Механические свойства показывают, что возможны многие применения, например, длинные детали мебели, направляющие для рельсов и роллет или детали для салона автомобиля. В дополнение к малому весу компоненты также имеют то преимущество, что они способны очень хорошо переносить смазки на водной основе.
Односортные ПЭ композиты для 3D печати
Последующий проект 3D-Suscomp теперь посвящен обработке материала с использованием 3D-принтера. До настоящего времени хорошие свойства односортных композитов могли быть достигнуты только в том случае, если полимеры были ориентированы в узкой литьевой форме. Однако: усиление за счет самоорганизации происходит исключительно в направлении, указанном литьевой формой. Ученые обнаружили, что волоконные структуры также образуются в сопле 3D-принтера. В отличие от литья под давлением, их ориентация в компоненте может контролироваться с помощью движения печатающей головки. В результате, возможны многие новые применения для этого материала, пригодного для вторичной переработки: в дополнение к зубчатым колесам в автомобиле или для пищевой промышленности, цепные захваты робота,медицинские ортезы или соединители могут быть изготовлены из одной формы.