|
|
Hybridní biopolymerní kompozity pro 3D tiskové aplikace
Menčík, Přemysl ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Dzik, Petr (oponent) ; Jančář, Josef (vedoucí práce)
Předkládaná práce popisuje termické a mechanické chování změkčených bio-plastů a bio-kompozitů se zaměřením na použití v 3D tisku. Zkoumán byl vliv chemické struktury změkčovadla na bázi derivátů kyseliny citronové na termické a mechanické vlastnosti vzorků změkčené polymerní směsi poly-3-hydroxybutyrátu a kyseliny polymléčné. Vliv změkčovadla na polymerní matrici a jejich vzájemná kompatibilita byla posuzována rychlostí zamísení změkčovadla do taveniny, respektive rychlostí migrace změkčovadla ven z materiálu za zvýšené teploty. Pomocí modulované diferenciální skenovací kalorimetrie byl sledován vliv struktury změkčovadla na teplotu skelného přechodu a krystalizační kinetiku změkčeného materiálu. Sledováno bylo také chování materiálu při 3D tisku. Pomocí tahové zkoušky byly stanoveny mechanické vlastnosti tištěných těles, především jejich tažnost. Nejvyšší efekt změkčení byl pozorován za použití změkčovadla tributylcitrátu, kdy bylo dosaženo poklesu teploty skelného přechodu o a zvýšení tažnosti o 150 % oproti neměkčené referenci. Takto změkčená polymerní směs vykazovala i dostatečné 3D tiskové vlastnosti a byla využita jako matrice pro kompozity v další části práce. Kompozity byly plněny kaolinem, vápencem, halloysitem, sráženou silikou, mastkem, hydroxidem hořečnatým a sekaným lněným vláknem. U kompozitů byla sledována distribuce částic pomocí skenovací elektronové mikroskopie v závislosti na použití povrchové úpravy plniva. Pomocí viskozimetrie a diferenciální skenovací kalorimetrie byl u kompozitů sledován vliv plniva na reologické chování, krystalizační kinetiku a termickou stabilitu kompozitů. Jejich mechanické vlastnosti a teplota průhybu při zatížení byly sledovány na tělesech připravených 3D tiskem. Kaolin vykazoval v kompozitním materiálu homogenní distribuci částic a zanedbatelný vliv na termickou stabilitu a nukleaci matrice. Kaolinem plněný kompozit navíc vykazoval oproti neplněné referenci o 18 % menší warping při tisku, proto byl kaolin vyhodnocen jako vhodné plnivo pro bioplastové kompozity určené pro 3D tisk a tento kompozit je využíván v další kapitole práce. Pro kompozitní vzorky připravené 3D tiskem byla popsána metoda matematické predikce modulu pružnosti. Kompozity plněné jedním typem plniva - kaolinem, nebo vápencem, respektive kombinací obou plniv byly zkoumány na základě úpravy mikromechanického modelu Halpin-Tsai semiempirickou multiparametrickou Černého rovnicí. Pro kompozity s hybridním plněním je prezentována aditivní a kombinační metoda výpočtu modulu pružnosti. Zavedenou korekcí byla snížena odchylka naměřené a teoretické hodnoty modulu pružnosti kompozitu plněného kaolinem z 21 % na 1 % a kompozitu plněného kaolinem a vápencem z 13 % na 9 %. Tímto přístupem je možno předpovědět modul pružnosti materiálů ze vzorků připravených 3D tiskem.
|
|
|
Charakterizace vyfukovaných fólií z měkčeného polylaktidu
Kubíček, Václav ; Tocháček, Jiří (oponent) ; Bálková, Radka (vedoucí práce)
Diplomová práce se zaměřuje na přípravu vyfukovaných fólií z kyseliny polymléčné (PLA) smíchané s vybranými polyestery – poly(butylenadipát-ko-tereftalátem) (PBAT), polykaprolaktonem (PCL) a polybutylensukcinátem (PBS) – a termoplastickým škrobem (TPS) v množství 30 % za účelem změkčení fólie. Byl stanoven vliv přidaných látek na statické a mechanické vlastnosti v tahu, strukturu, morfologii a tepelné vlastnosti fólií, jež byly následně srovnány s vlastnostmi fólií vyrobených pouze z PLA a vysokohustotního polyetylénu (HDPE). Výsledky ukázaly, že všechny přidané látky zvýšily krystalický podíl PLA, a výrazně tak ovlivnily vlastnosti fólií. Oproti fólii vyrobené pouze z PLA došlo ke změkčení z hlediska snížení teploty skelného přechodu pouze přídavky PBS a TPS, z hlediska zvýšení tažnosti pouze přídavkem PBAT. Všechny fólie vykázaly přibližně konstantní modul pružnosti téměř až do teploty skelného přechodu umožňující jejich potenciální aplikaci při teplotách nižších než 50 °C. Příprava fólie s TPS byla problematická a fólie vykázala nejhorší mechanické vlastnosti. Příprava zbylých fólií byla bezproblémová. Nejvíce perspektivní se ukázal přídavek PBAT, díky němuž fólie vykázala srovnatelné mechanické vlastnosti jako fólie z HDPE.
|
|
|
Charakterizace vyfukovaných fólií z měkčeného polylaktidu
Kubíček, Václav ; Tocháček, Jiří (oponent) ; Bálková, Radka (vedoucí práce)
Diplomová práce se zaměřuje na přípravu vyfukovaných fólií z kyseliny polymléčné (PLA) smíchané s vybranými polyestery – poly(butylenadipát-ko-tereftalátem) (PBAT), polykaprolaktonem (PCL) a polybutylensukcinátem (PBS) – a termoplastickým škrobem (TPS) v množství 30 % za účelem změkčení fólie. Byl stanoven vliv přidaných látek na statické a mechanické vlastnosti v tahu, strukturu, morfologii a tepelné vlastnosti fólií, jež byly následně srovnány s vlastnostmi fólií vyrobených pouze z PLA a vysokohustotního polyetylénu (HDPE). Výsledky ukázaly, že všechny přidané látky zvýšily krystalický podíl PLA, a výrazně tak ovlivnily vlastnosti fólií. Oproti fólii vyrobené pouze z PLA došlo ke změkčení z hlediska snížení teploty skelného přechodu pouze přídavky PBS a TPS, z hlediska zvýšení tažnosti pouze přídavkem PBAT. Všechny fólie vykázaly přibližně konstantní modul pružnosti téměř až do teploty skelného přechodu umožňující jejich potenciální aplikaci při teplotách nižších než 50 °C. Příprava fólie s TPS byla problematická a fólie vykázala nejhorší mechanické vlastnosti. Příprava zbylých fólií byla bezproblémová. Nejvíce perspektivní se ukázal přídavek PBAT, díky němuž fólie vykázala srovnatelné mechanické vlastnosti jako fólie z HDPE.
|
|
|
Hybridní biopolymerní kompozity pro 3D tiskové aplikace
Menčík, Přemysl ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Dzik, Petr (oponent) ; Jančář, Josef (vedoucí práce)
Předkládaná práce popisuje termické a mechanické chování změkčených bio-plastů a bio-kompozitů se zaměřením na použití v 3D tisku. Zkoumán byl vliv chemické struktury změkčovadla na bázi derivátů kyseliny citronové na termické a mechanické vlastnosti vzorků změkčené polymerní směsi poly-3-hydroxybutyrátu a kyseliny polymléčné. Vliv změkčovadla na polymerní matrici a jejich vzájemná kompatibilita byla posuzována rychlostí zamísení změkčovadla do taveniny, respektive rychlostí migrace změkčovadla ven z materiálu za zvýšené teploty. Pomocí modulované diferenciální skenovací kalorimetrie byl sledován vliv struktury změkčovadla na teplotu skelného přechodu a krystalizační kinetiku změkčeného materiálu. Sledováno bylo také chování materiálu při 3D tisku. Pomocí tahové zkoušky byly stanoveny mechanické vlastnosti tištěných těles, především jejich tažnost. Nejvyšší efekt změkčení byl pozorován za použití změkčovadla tributylcitrátu, kdy bylo dosaženo poklesu teploty skelného přechodu o a zvýšení tažnosti o 150 % oproti neměkčené referenci. Takto změkčená polymerní směs vykazovala i dostatečné 3D tiskové vlastnosti a byla využita jako matrice pro kompozity v další části práce. Kompozity byly plněny kaolinem, vápencem, halloysitem, sráženou silikou, mastkem, hydroxidem hořečnatým a sekaným lněným vláknem. U kompozitů byla sledována distribuce částic pomocí skenovací elektronové mikroskopie v závislosti na použití povrchové úpravy plniva. Pomocí viskozimetrie a diferenciální skenovací kalorimetrie byl u kompozitů sledován vliv plniva na reologické chování, krystalizační kinetiku a termickou stabilitu kompozitů. Jejich mechanické vlastnosti a teplota průhybu při zatížení byly sledovány na tělesech připravených 3D tiskem. Kaolin vykazoval v kompozitním materiálu homogenní distribuci částic a zanedbatelný vliv na termickou stabilitu a nukleaci matrice. Kaolinem plněný kompozit navíc vykazoval oproti neplněné referenci o 18 % menší warping při tisku, proto byl kaolin vyhodnocen jako vhodné plnivo pro bioplastové kompozity určené pro 3D tisk a tento kompozit je využíván v další kapitole práce. Pro kompozitní vzorky připravené 3D tiskem byla popsána metoda matematické predikce modulu pružnosti. Kompozity plněné jedním typem plniva - kaolinem, nebo vápencem, respektive kombinací obou plniv byly zkoumány na základě úpravy mikromechanického modelu Halpin-Tsai semiempirickou multiparametrickou Černého rovnicí. Pro kompozity s hybridním plněním je prezentována aditivní a kombinační metoda výpočtu modulu pružnosti. Zavedenou korekcí byla snížena odchylka naměřené a teoretické hodnoty modulu pružnosti kompozitu plněného kaolinem z 21 % na 1 % a kompozitu plněného kaolinem a vápencem z 13 % na 9 %. Tímto přístupem je možno předpovědět modul pružnosti materiálů ze vzorků připravených 3D tiskem.
|
host ::
RSS.