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日本通过微细发泡来提高纤维素纳米纤维强化PP树脂的刚性 |
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| http://cn.newmaker.com
6/9/2011 8:51:00 AM
日经BP社
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京都大学和京都市产业技术研究所等的研发团队，公开了在用植物源纤维素纳米纤维（CNF）强化了纤维后的聚丙烯（PP）树脂复合材料中，添加超临界CO2使其微细发泡，提高该复合材料的刚性和强度而减轻重量的研究成果。
京都大学生存圈研究所等在添加了纤维素纳米纤维的聚丙烯复合原料中，混合超临界状态的CO2，并使其在模具内加热成形，结果发现因CO2微细发泡而形成了很多气泡性组织，具有很大的减轻重量和提高刚性等效果。并且还显示出了因纤维强化而提高了耐热性的效果。
比如，在添加了30％重量的纤维素纳米纤维的聚丙烯复合材料原料中混合超临界CO2，使其在模具内成形时，得到了密度由聚丙烯本来的0.90g／cm3减至0.88g／cm3，弯曲弹性模量提高到了原来的约1.6倍，弯曲强度提高至原来的约1.5倍。添加了30％重量纤维素纳米纤维后的聚丙烯复合材料微细发泡体的组织照片如图1所示。图中可见形成了很多直径为几μm的微细独立气泡。
京都大学生存圈研究所的矢野浩之教授指出，其意义在于“可以说明纤维强化后的聚丙烯复合材料原料能微细发泡，开辟了轻量化的道路”。矢野浩之进一步介绍道：“纤维素纳米纤维的添加量和复合材料的成形温度不同，得到的微细气泡直径和发泡倍率有很大的变化。如果增加纤维素纳米纤维的添加量，加热前复合材料原料的粘性会相应增加，发泡后的气泡直径会减小，而独立气泡数量会增加”。另外，矢野浩之还表示“分析结果还表明，聚丙烯的结晶程度会随着混合超界CO2而增大”。
此次研发是京都大学、京都市产业技术研究所、王子制纸、三菱化学及DIC等五家公司，以“使以植物纤维素纳米纤维强化的热可塑性树脂的实用化，使之应用于汽车车身材料”为目标实施的。
现行的玻璃纤维强化热可塑树脂和热硬化性树脂的车身材料，在循环利用时存在玻璃纤维的废弃处理问题，“而来源于植物的纤维素纳米纤维所拥有的可循环热利用性(Thermal Recycle)是一个很大的长处”（矢野教授）。
此次采用超临界CO2的纤维素纳米纤维强化聚丙烯复合材料发泡体，计划2011年度达到的力学性能是：单位重量添加30％纤维素纳米纤维的强化发泡体密度减为0.75g/cm3，重量减轻12％，同时弯曲弹性模量提高至原来的约2倍，弯曲强度也有所提高。（特约撰稿人：丸山 正明）
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