Name: Przygotowanie pien poliestrowych z włókna węglowego i bambusa (butylen-adipian-ko-terereftalan) poprzez piankę z dwutlenkiem węgla nadkrytyczną (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-10-10T13:35:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania biodegradowalnych pian poliestrowych PBAT wzmocnionych włóknem węglowym i bambusowym przy użyciu technologii spieniania nadkrytycznym dwutlenkiem węgla. Badanie pokazuje, jak synergia włókien poprawia odporność na kurczenie i właściwości mechaniczne materiałów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Dziękujemy za finansowanie Kluczowego Laboratorium Narodowej Administracji Leśnictwa i Terenów Łąk ds. Wysokoefektywnego Wykorzystania Zasobów Biomasy Leśnej w południowo-zachodnich Chinach, Uniwersytetu Leśnego Południowo-Zachodniego (2023KF10). Natural Science Foundation prowincji Heilongjiang (LH2024C044), Wspólny Projekt Innowacji Pierwszej Klasy w prowincji Heilongjiang (LJGXCG2024-F11), Program Sponsorowania Młodych Elitarnych Naukowców prowincji Heilongjiang (2024QNTG006), Heilongjiang Postdoctoral Fund (LBH-Z24041) oraz Wybitne Prace Magisterskie i Doktorskie Heilongjiang w 2023 roku Projektu Finansowania Nowych Er.

Odczynniki i sprzęt użyty w tym badaniu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Wstępne przygotowanie surowca
<ol>
	<li>PBAT, CF i BF włóż do piekarnika w 80 °C na 8 godzin (Rysunek 1A).</li>
</ol>
2. Ważenie i wstępne mieszanie
<ol>
	<li>Weźmy na przykład całkowitą masę 200 g, używając wagi elektronicznej do proporcjonalnego ważenia PBAT i CF (na przykład PBAT/20CF: 180 g PBAT i 20 g CF).</li>
	<li>Wlej ważone PBAT i CF do worka polietylenowego, mieszaj przez 5 minut, aby zapewnić wstępnie równomierne rozproszenie CF.</li>
</ol>
3. Ekstrudacja stopiona
<ol>
	<li>Włącz włącznik zasilania ekstrudera dwuśrubowego (Rysunek 1B).</li>
	<li>Ustaw temperaturę każdej strefy odpowiednio na 135 °C, 145 °C, 155 °C, 165 °C i 160 °C.</li>
	<li>Rozpocznij program grzewczy i utrzymuj przez 30 minut po osiągnięciu ustalonej wartości temperatury w każdej strefie.</li>
	<li>Ustaw prędkość hosta na 5 rpm.</li>
	<li>Ustaw prędkość obrotową podajnika na 3 obr./min.</li>
	<li>Dodaj czyste granulki PBAT do ekstrudera i pracuj przez 10 minut, żeby wyczyścić śrubę.</li>
	<li>Przełącz na premix PBAT/20CF i wytłaczaj ciągle.</li>
	<li>Przygotuj próbki odpowiednio z zawartością PBAT/15CF/5BF, PBAT/10CF/10BF, PBAT/5CF/15BF, PBAT/20BF zgodnie z powyższymi krokami. Przed każdą wymianą surowca wyczyść śrubę czystym PBAT.</li>
	<li>Zbierz wytłoczoną masę i rozgniatz ją granulatorem proszkowym (Rysunek 1C).</li>
	<li>Zabezpiecz i przechowuj rozdrobnione próbki w workach polietylenowych, oznaczając je proporcją formuł i datą.</li>
</ol>
4. Formowanie kompresyjne
<ol>
	<li>Włącz włącznik zasilania płaskiej maszyny do wulkanizacji (Rysunek 1D).</li>
	<li>Ustaw temperaturę górnej i dolnej płyty na 165 °C.</li>
	<li>Rozpocznij program grzewczy i utrzymuj przez 10 minut po osiągnięciu docelowej temperatury.</li>
	<li>Na podstawie wymiarów formy 100 mm × 100 mm × 4 mm, obliczona wymagana masa materiału wynosi 60 g.</li>
	<li>Nałóż warstwę politetrafluoroetylenu na płaską uszczelkę, a następnie natychmiast umieść formę.</li>
	<li>Równomiernie rozłóż materiał w formie.</li>
	<li>Połóż na formie folię politetrafluoroetylenową dla umieszczenia materiału, a następnie przykryj płaską uszczelką.</li>
	<li>Umieść ułożony materiał na środku płyty grzewczej płaskiej maszyny wulkanizującej.</li>
	<li>Rozpocznij procedurę zamykania formy, zastosuj ciśnienie 1 MPa, utrzymuj ciśnienie przez 3 minuty i wydmuchuj powietrze z materiału, aby zapobiec powstawaniu pęcherzyków.</li>
	<li>Kontynuuj procedurę zamykania formy, zwiększ ciśnienie do 10 MPa i utrzymuj przez 10 minut, aby materiał się stopił i równomiernie wypełnił formę.</li>
	<li>Wyłącz ogrzewanie, aktywuj system chłodzenia i poczekaj, aż temperatura spadnie poniżej 40 °C, zanim odciśnij ciśnienie i usuniesz formę.</li>
</ol>
5. Proces piany ScCO2
<ol>
	<li>Użyj ostrza, aby wyciąć formowaną blachę na wymiary 10 mm × 10 mm × 4 mm (rysunek 1E).</li>
	<li>Umieść wycięte panele w naczyniu reakcyjnym.</li>
	<li>Dokręć śruby reaktora kluczem i zamknij reaktor.</li>
	<li>Zamknij zawór wydechowy czajnika reakcyjnego.</li>
	<li>Otwórz zawór odpowietrzaniaCO2 cylindra.</li>
	<li>Otwórz zawór dolotowy pompy wspomagającej.</li>
	<li>Otwórz zawór wlotowy reaktora i wstrzyknij gazCO2 do reaktora.</li>
	<li>Zamknij zawór wlotowy reaktora i utrzymuj przez 3 minuty.</li>
	<li>Otwórz zawór wylotowy reaktora, aby odprowadzić powietrze z środka reaktora.</li>
	<li>Włącz przełączniki zasilania w dwóch kąpielach olejowych i ustaw temperatury odpowiednio na 165 °C i 100 °C.</li>
	<li>Umieść naczynie reakcyjne zawierające próbkę w kąpieli olejowej w temperaturze 165 °C na 10 minut.</li>
	<li>Otwórz zawór wlotowy reaktora, aby go sprężyć i wprowadzićCO2, przy ciśnieniu kontrolowanym na poziomie 10 MPa, i utrzymać temperaturę przez 10 minut.</li>
	<li>Zamknij zawór wentylacyjny butliCO2 .</li>
	<li>Zamknij zawór dolotowy pompy wspomagającej.</li>
	<li>Zamknij zawór wlotowy czajnika reakcyjnego.</li>
	<li>Przenieś naczynie reakcyjne zawierające próbkę do kąpieli olejowej w temperaturze 100 °C, utrzymując temperaturę i ciśnienie przez 60 minut.</li>
	<li>Otwórz zawór wylotowy reaktora i szybko obniż ciśnienie w ciągu 3 sekund, aby uzyskać materiał piankowy.</li>
</ol>
6. Charakterystyka piankowa
UWAGA: Gęstość próbki jest bezpośrednio mierzona densytometrem. Weźmy czysty PBAT jako przykład.
<ol>
	<li>Włącz zasilanie. Wyświetlacz zmieni się z 8888888 na 0,00 g.</li>
	<li>Naciśnij klawisz 0 , aby zresetować go do zera.</li>
	<li>Połóż próbkę na platformie pomiarowej.</li>
	<li>Po stabilizacji naciśnij klawisz ENTER .</li>
	<li>Usuń próbkę i wytrzyj ją do sucha.</li>
	<li>Umieść próbkę na zanurzonej platformie wiszącej w wodzie.</li>
	<li>Po ustabilizowaniu naciśnij klawisz ENTER . Wartość odczytu wynosi 1,223 g/cm3.</li>
	<li>Naciśnij przycisk SET , aby wyjść i wrócić do trybu ważenia, a następnie przejdź do pomiaru innych produktów. UWAGA: Gęstość próbki jest bezpośrednio mierzona densytometrem.</li>
	<li>Oblicz początkowy stosunek piany pianki (φ1) według następującego wzoru24. 
	<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/68982/68982eq1v2.jpg" style="margin: auto;" />     (1) UWAGA: ρ0 to gęstość ciała stałego próbki, a ρ1 to początkowa gęstość piany piany.</li>
	<li>Oblicz współczynnik rozszerzalności piany po stabilizacji piany (φ2) według następującego wzoru24. 
	<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/68982/68982eq2v2.jpg" style="margin: auto;" />     (2) UWAGA: ρ2 to gęstość piany po stabilizacji pianki.</li>
	<li>Oblicz współczynnik kurczenia (S) za pomocą następującego równania24. 
	<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/68982/68982eq3v2.jpg" style="margin: auto;" />     (3)</li>
</ol>
7. Charakterystyka SEM
<ol>
	<li>Umieść próbkę do cięcia pianki na etapie próbki SEM.</li>
	<li>Nałóż na piankę natrysk złotem.</li>
	<li>Uzyskaj obrazy SEM, ustawiając napięcie przyspieszenia na 5 kV.</li>
	<li>Otwórz obraz SEM używając Obrazu J i użyj narzędzia Prosta linia , aby dopasować pasek skali obrazu.</li>
	<li>Kliknij Analizuj > ustaw skalę, ustaw znaną odległość na pasku skali obrazu SEM, a następnie kliknij na Global > OK.</li>
	<li>Kliknij Analizuj > Narzędzia > zarządzanie ROI , aby zmierzyć rozmiar komórek pianki, a następnie kliknij Dodaj ją. Zmierz wymaganą liczbę próbek zgodnie z określeniem.</li>
	<li>Kliknij na Mierzyć , aby uzyskać ilościowe dane dotyczące figury i uzyskać dalsze obliczenia.</li>
	<li>Oblicz średnią średnicę komórki pianki, stosując następujący wzór24. 
	<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/68982/68982eq4v2.jpg" style="margin: auto;" />     (4) UWAGA: ni odnosi się do liczby komórek o średnicy Di na obrazie SEM.</li>
	<li>Oblicz gęstość nukleacji (N0) pianki, stosując następujący wzór24. 
	<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/68982/68982eq5v2.jpg" style="margin: auto;" />     (5) UWAGA: n to całkowita liczba komórek w SEM, a A to pole SEM.</li>
</ol>
8. Deminacja właściwości ściskania
<ol>
	<li>Zgodnie ze standardem testowym GB/T 1041-2008, z każdego rodzaju pianki wycięto 6 zestawów próbek o wymiarach 10 mm × 10 mm × 8 mm. UWAGA: Przeprowadź wizualną inspekcję próbki, aby upewnić się, że powierzchnia jest płaska i wolna od widocznych wad, takich jak pęknięcia, niedobory materiału itp.</li>
	<li>Zmierz wymiary próbki.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie.</li>
	<li>Włącz maszynę testową i podłącz ją do oprogramowania.</li>
	<li>Zamontuj oprawę kompresyjną, dbając o jej równoległość i prostopadłość spełniające wymagania.</li>
	<li>Umieść próbkę pianki w centrum oprawki zaciskowej, zapewniając dobry kontakt między próbką a oprawą.</li>
	<li>Ustaw parametry testowe maszyny testującej. Prędkość obciążenia wynosi 5 mm/min, z 10 cyklami i odkształceniem ściskającym 50%.</li>
	<li>Przeprowadzić test operacyjny, rozpocząć stosowanie siły ściskającej do próbki pianki, jednocześnie rejestrując dane.</li>
	<li>Po zakończeniu testu usuń próbkę pianki. UWAGA: Podczas eksperymentu obserwuj deformację próbki pianki, na przykład czy występuje lokalna deformacja, pękanie lub zapadanie, i prowadź szczegółową dokumentację.</li>
	<li>Powtórz powyższe kroki dla wszystkich próbek pianki, aby zweryfikować i zapewnić powtarzalność wyników.</li>
	<li>Po eksperymencie oblicz wytrzymałość na ściskanie próbki pianki.</li>
</ol>

<ol><li>Xu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Material+performance%2C+manufacturing+methods%2C+and+engineering+applications+in+aviation+of+carbon+fiber+reinforced+polymers%3A+A+comprehensive+review%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Wall+Struct%22%5BJournal%5D)">Material performance, manufacturing methods, and engineering applications in aviation of carbon fiber reinforced polymers: A comprehensive review.</a> Thin Wall Struct. 209, 112899(2025).</li>
<li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+biodegradable+poly%28butylene+adipate-co-butylene+terephthalate%29+bead+foams+through+solid+utilization+of+chitin+and+controllable+incorporation+of+porous+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Colloids+Surf+A+Physicochem+Eng+Asp%22%5BJournal%5D)">Fabrication of biodegradable poly(butylene adipate-co-butylene terephthalate) bead foams through solid utilization of chitin and controllable incorporation of porous structure.</a> Colloids Surf A Physicochem Eng Asp. 693, 134105(2024).</li>
<li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strong+and+thermally+insulating+polylactic+acid%2Fglass+fiber+composite+foam+fabricated+by+supercritical+carbon+dioxide+foaming%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Biol+Macromol%22%5BJournal%5D)">Strong and thermally insulating polylactic acid/glass fiber composite foam fabricated by supercritical carbon dioxide foaming.</a> Int J Biol Macromol. 138, 144-155 (2019).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmentally-friendly%2C+sustainable+ScCO2-assisted+fabrication+of+poly%28lactic+acid%29%2Framie+fiber+composite+foams%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clean+Prod%22%5BJournal%5D)">Environmentally-friendly, sustainable ScCO2-assisted fabrication of poly(lactic acid)/ramie fiber composite foams.</a> J Clean Prod. 425, 138952(2023).</li>
<li>Li, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Research+progress+on+the+improvement+strategy+of+foaming+behavior+for+biodegradable+polymer+foams+and+their+functional+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Sustain+Mater+Technol%22%5BJournal%5D)">Research progress on the improvement strategy of foaming behavior for biodegradable polymer foams and their functional applications.</a> Sustain Mater Technol. 44, e01354(2025).</li>
<li>Wang, Z., Wang, G., Xu, Z., Zhang, A., Li, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+%26%2334%3Breinforcing-foaming-recovering%26%2334%3B+strategy+for+achieving+thermally+insulating+green+foams+with+ultrafast+degradation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clean+Prod%22%5BJournal%5D)">A novel &#34;reinforcing-foaming-recovering&#34; strategy for achieving thermally insulating green foams with ultrafast degradation.</a> J Clean Prod. 481, 144161(2024).</li>
<li>Wang, Z., Wang, G., Xu, Z., Chai, J., Zhao, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Innovative+crosslinking+and+foaming+strategies+for+advancing+biodegradable+composite+foams%3A+Enhancing+foamability%2C+flexibility%2C+and+thermal+insulation%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Des%22%5BJournal%5D)">Innovative crosslinking and foaming strategies for advancing biodegradable composite foams: Enhancing foamability, flexibility, and thermal insulation.</a> Mater Des. 253, 113895(2025).</li>
<li>Jian, J., Xiangbin, Z., Xianbo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+overview+on+synthesis%2C+properties+and+applications+of+poly%28butylene-adipate-co-terephthalate%29-PBAT%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Ind+Eng+Polym+Res%22%5BJournal%5D)">An overview on synthesis, properties and applications of poly(butylene-adipate-co-terephthalate)-PBAT.</a> Adv Ind Eng Polym Res. 3 (1), 19-26 (2020).</li>
<li>Wang, Z., Wang, G., Xu, Z., Ma, C., Zhao, G. Pore-gradient, flexible, and fully-degradable foam with outstanding noise absorption and thermal insulation. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWang%2C+Z+%22Adv+Funct+Mater%22">Adv Funct Mater</a>. , (2025).</li>
<li>Wang, Z., Wang, G., Xu, Z., Yang, C., Zhao, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure-tunable+poly%28butylene+adipate-CO-terephthalate%29+foams+with+enhanced+mechanical+performance+derived+by+microcellular+foaming+with+carbon+dioxide+as+blowing+agents%5BTitle%5D)+AND+%22J+CO2+Util%22%5BJournal%5D)">Structure-tunable poly(butylene adipate-CO-terephthalate) foams with enhanced mechanical performance derived by microcellular foaming with carbon dioxide as blowing agents.</a> J CO2 Util. 72, 102495(2023).</li>
<li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((low-shrinkage+and+high+elastic+poly%28butylene+adipate-co-terephthalate%29+foams+achieved+by+microcellular+foaming+using+N2+%26+CO2+as+co-blowing+agents%5BTitle%5D)+AND+%22J+CO2+Util%22%5BJournal%5D)">low-shrinkage and high elastic poly(butylene adipate-co-terephthalate) foams achieved by microcellular foaming using N2 & CO2 as co-blowing agents.</a> J CO2 Util. 64, 102149(2022).</li>
<li>Ding, Y., Yang, Q., Wang, X., Li, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+compressive+resilience+and+shrinkage+resistance+properties+of+poly%28butylene+adipate-co-terephthalate%29+microcellular+composite+foams+reinforced+by+functionalized+microcrystalline+cellulose%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Biol+Macromol%22%5BJournal%5D)">The compressive resilience and shrinkage resistance properties of poly(butylene adipate-co-terephthalate) microcellular composite foams reinforced by functionalized microcrystalline cellulose.</a> Int J Biol Macromol. 306, 141466(2025).</li>
<li>Pereira Da Silva, J. S., Farias Da Silva, J. M., Soares, B. G., Livi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+biodegradable+composites+based+on+poly%28butylene+adipate-co-terephthalate%29%2Fpeach+palm+trees+fiber%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+B+Eng%22%5BJournal%5D)">Fully biodegradable composites based on poly(butylene adipate-co-terephthalate)/peach palm trees fiber.</a> Compos B Eng. 129, 117-123 (2017).</li>
<li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+strength+microcellular+thermoplastic+polyimide%2Fcarbon+fiber+composite+foams+containing+flexible+ether+amine%2C+rigid+diaminodiphenyl+ether%2C+and+triaminopyrimidine+moieties%3A+Synthesis+and+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Eng+J%22%5BJournal%5D)">High strength microcellular thermoplastic polyimide/carbon fiber composite foams containing flexible ether amine, rigid diaminodiphenyl ether, and triaminopyrimidine moieties: Synthesis and fabrication.</a> Chem Eng J. 496, 154384(2024).</li>
<li>Li, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-microcellular+poly%28ether-block-amide%29%2Fcarbon+fiber+foams+with+improved+mechanical+property+and+surface+quality+for+high-performance+electromagnetic+interference+shielding+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mater+Res+Technol%22%5BJournal%5D)">Real-microcellular poly(ether-block-amide)/carbon fiber foams with improved mechanical property and surface quality for high-performance electromagnetic interference shielding applications.</a> J Mater Res Technol. 26, 6508-6519 (2023).</li>
<li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Supercritical+N2+induced+sandwich+type+lightweight+and+strong+PP%2FCF+foams+with+excellent+electromagnetic+shielding+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Eng+J%22%5BJournal%5D)">Supercritical N2 induced sandwich type lightweight and strong PP/CF foams with excellent electromagnetic shielding properties.</a> Chem Eng J. 501, 157532(2024).</li>
<li>Qiao, Y., Hou, J., Tian, D., He, Y., Chen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly%28butylene+adipate-co-terephthalate%29%2Fcarbon+fiber+foam+bonded+with+continuous+carbon+fiber+reinforced+polypropylene+prepregs+for+electromagnetic+interference+shielding%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Commun%22%5BJournal%5D)">Poly(butylene adipate-co-terephthalate)/carbon fiber foam bonded with continuous carbon fiber reinforced polypropylene prepregs for electromagnetic interference shielding.</a> Compos Commun. 53, 102217(2025).</li>
<li>Tang, Q., Fang, L., Guo, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+bamboo+fiber+length+and+loading+on+mechanical%2C+thermal+and+pulverization+properties+of+phenolic+foam+composites%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bioresour+Bioprod%22%5BJournal%5D)">Effects of bamboo fiber length and loading on mechanical, thermal and pulverization properties of phenolic foam composites.</a> J Bioresour Bioprod. 4 (1), 51-59 (2019).</li>
<li>Li, X., Zhong, T., Xiao, Y., Cheng, H., Chen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanically+robust%2C+thermal+insulating+sustainable+foams+fully+derived+from+bamboo+fibers+through+high+temperature+drying%5BTitle%5D)+AND+%22Carbohydr+Polym%22%5BJournal%5D)">Mechanically robust, thermal insulating sustainable foams fully derived from bamboo fibers through high temperature drying.</a> Carbohydr Polym. 333, 121966(2024).</li>
<li>Guo, W., Zhao, J., Zhao, F., Feng, T., Liu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+properties+of+bamboo+fiber+and+EPDM+reinforced+polypropylene+microcellular+foam+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+%28Guildf%29%22%5BJournal%5D)">Assessment of properties of bamboo fiber and EPDM reinforced polypropylene microcellular foam composites.</a> Polymer (Guildf). 304, 127142(2024).</li>
<li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Green+strategy+based+on+supercritical-fluid+foaming+for+fabricating+rigid+microcellular+thermoplastic+polyimide+foams+with+ultrahigh+compressive+strength%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+B+Eng%22%5BJournal%5D)">Green strategy based on supercritical-fluid foaming for fabricating rigid microcellular thermoplastic polyimide foams with ultrahigh compressive strength.</a> Compos B Eng. 273, 111204(2024).</li>
<li>Sarver, J. A., Kiran, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Foaming+of+polymers+with+carbon+dioxide+-+The+year-in-review+2019%5BTitle%5D)+AND+%22J+Supercrit+Fluids%22%5BJournal%5D)">Foaming of polymers with carbon dioxide - The year-in-review 2019.</a> J Supercrit Fluids. 173, 105166(2021).</li>
<li>Dong, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+overview+of+polymer+foaming+assisted+by+supercritical+fluid%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Compos+Hybrid+Mater%22%5BJournal%5D)">An overview of polymer foaming assisted by supercritical fluid.</a> Adv Compos Hybrid Mater. 6 (6), 207(2023).</li>
<li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Green+preparation+of+lightweight+and+elastic+poly%28butylene+adipate-co-terephthalate%29%2Fthermoplastic+polyamide+elastomer+composite+foams%5BTitle%5D)+AND+%22J+Supercrit+Fluids%22%5BJournal%5D)">Green preparation of lightweight and elastic poly(butylene adipate-co-terephthalate)/thermoplastic polyamide elastomer composite foams.</a> J Supercrit Fluids. 223, 106635(2025).</li>
<li>Pang, Y., Cao, Y., Zheng, W., Park, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comprehensive+review+of+cell+structure+variation+and+general+rules+for+polymer+microcellular+foams%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Eng+J%22%5BJournal%5D)">A comprehensive review of cell structure variation and general rules for polymer microcellular foams.</a> Chem Eng J. 430, 132662(2022).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Obróbka suszenia jest kluczowym etapem poprzedzającym wytłaczanie stopienia. Jego głównym celem jest usuwanie wilgoci z materiału, aby zapobiec hydrolizie, parowaniu i defektom międzypowierzchniowym w warunkach wysokich temperatur. Zapewnia to właściwości mechaniczne, stabilność przetwarzania oraz jakość wyglądu kompozytów PBAT8. W tym badaniu konkretny zabieg polegał na umieszczeniu PBAT, CF i BF w piecu na 8 godzin suszenia w temperaturze 80 °C.
Mierząc gęstość i wspó...

Pianki polimerowe wzmocnione włóknem były szeroko stosowane w różnych dziedzinach, w tym w lotnictwie1, transporcie2, budownictwie3 oraz ochronie środowiska4, ze względu na wysoki stosunek wytrzymałości do masy, doskonałą stabilność termiczną oraz wszechstronność składania. Napędzane globalnymi celami "podwójnego dwutlenku węgla" oraz inicjatywami kontroli zanieczyszczenia plastikiem, biodegradowalne pianki polimerowe stają się gorącym punktem badań 5,6,7. PBAT, jako typowy biodegradowalny poliester, jest uważany za idealną alternatywę dla tradycyjnych materiałów piankowych na bazie ropy naftowej ze względu na doskonałe właściwości przetworzeniowe i przyjazność środowisku 8,9,10,11. Jednak znaczne kurczenie się widoczne przez czyste pianki PBAT ogranicza ich zastosowanie12.
Wśród różnych technik modyfikacji badania wykazały, że zastosowanie technologii wzmacniania włókien może znacząco poprawić wydajność piankiPBAT 13. CF, znane z wysokiej wytrzymałości, wysokiego modułu i niskiej gęstości, jest często wykorzystywane do wzmacniania polimerów, co zwiększa ich właściwościmechaniczne 14. Obecność CF nie tylko zapewnia silniejsze wsparcie mechaniczne dla pian, ale może także modyfikować ich mikrostrukturę, poprawiając tym samym ich ogólne właściwości15,16. Yimu Qiao i in.17 przygotowali strukturę kanapkową złożoną z pianki PBAT/CF oraz ciągłych prepregów z polipropylenu wzmacnianego CF (PP). Badanie wykazało, że komórki piankowe z prepregami były bardziej jednolite i gęste. Dla porównania, BF oferuje unikalne zalety w materiałach wzmacniających dzięki wyjątkowej biokompatybilności i odnawialności18. Jego unikalna wewnętrzna mikrostrukturanadaje materiałowi określone właściwości wytrzymałości i amortyzacji. Wei Guo i in.20 przygotowali alkalicznie modyfikowane pianki BF z polipropylenu BF/PP. Badania pokazują, że dodanie BF poprawia strukturę komórkową i znacząco wzmacnia właściwości mechaniczne pian BF/PP. W związku z tym rozsądne połączenie CF i BF w produkcji pianki PBAT ma zmaksymalizować korzyści z obu materiałów, zminimalizować istotny problem kurczenia się czystej pianki PBAT oraz jeszcze bardziej poszerzyć jej potencjał zastosowania w różnych dziedzinach.
Chociaż technologia pianki scCO2 poczyniła wspomniane postępy, wciąż istnieją istotne niedociągnięcia w dziedzinie biodegradowalnej pianki poliestrowej wzmocnionej włóknami. Po pierwsze, istniejące badania głównie wykorzystują wzmocnienie pojedynczych włókien (takich jak czysty CF lub czysty BF), nie wykorzystując w pełni synergicznych efektów różnych włókien, takich jak połączenie wzmocnienia sztywności CF i przewag BF w kontroli interfejsu. Po drugie, unikanie wad piany spowodowanych zmniejszoną przepływnością stopu przy wysokiej zawartości włókna pozostaje wyzwaniem. Innowacją tej pracy jest rozwiązanie powyższych kwestii. Z jednej strony konstruuje system pianki scCO2 do synergicznego wzmocnienia PBAT z dwuwłóknowym włóknem CF/BF, który kompensuje niedociągnięcia systemów jednowłóknowych pod względem efektywności nukleacji i łączenia interfejsowego. Jednocześnie optymalizacja stosunku CF/BF poprawia właściwości mechaniczne pianki, zapewniając jednocześnie powstawanie piany, co wprowadza nową koncepcję projektową wysokiej wydajności pianki biodegradowalnej.
Technologia piankowania ScCO2 otworzyła nowe możliwości produkcji wysokowydajnych materiałów piankowych mikrokomórkowych, wykorzystując jej korzyści środowiskowe, regulowaną wielkość porów na skalę mikronową oraz elastyczną możliwość regulacji parametrów procesowych21. Dzięki pianie scCO2 CO2 rozpuszcza się równomiernie w układzie materiału kompozytowego. Po nagłym uwolnieniu ciśnienia dwutlenek węgla szybko ucieka, tworząc liczne równomiernie rozmieszczone jądra pęcherzyków, które następnie rosną do porów22. Proces ten umożliwia nie tylko precyzyjną kontrolę wielkości i gęstości porów, ale także poprawia właściwości termoizolacyjne, akustyczne i amortyzujące materiał, zachowując jego pierwotne właściwości23.
Niniejsze badanie bada system piany scCO2 dla kompozytów PBAT wzmocnionych różnymi proporcjami CF i BF, oba o łącznej zawartości 20%. Aby przygotować piankę PBAT/CF/BF, wybrano stosunek CF/BF jako 3:1, 1:1 i 1:3. Temperatura pienienia wynosiła 100 °C, ciśnienie piany 10 MPa, a czas pienienia 60 minut. Początkowo produkowano pianki, a ich gęstość, współczynnik rozszerzalności i szybkość kurczenia mierzono, aby wizualnie zilustrować różnice w podstawowych właściwościach fizycznych pian o różnych proporcjach włókien. Następnie zastosowano skaningową mikroskopię elektronową (SEM) do charakteryzacji struktury komórkowej, mierząc średnice komórek, aby na poziomie mikroskopowym ujawnić wpływ różnych proporcji włókien na morfologię, rozmiar i jednolitość komórek. Na koniec przeprowadzono testy cyklu kompresji, aby ocenić właściwości kompresji, wskazując mechaniczną nośność pianek przez różne kombinacje wzmacniania włóknistego. Wyniki tego badania dostarczą teoretycznych podstaw i technicznych wglądów do opracowania bio-bazowanych, biodegradowalnych materiałów piankowych o doskonałych właściwościach fizycznych, mikrostrukturze i wytrzymałości mechanicznej, co sprzyja ich zrównoważonemu wykorzystaniu w takich obszarach jak opakowania i budownictwo.

<table><tbody><tr><td>Włókno bambusowe</td><td>Sichuan Lvzhu Plant Fiber Co., Ltd., Chiny</td><td>1000 mesh</td><td>Surowce dostarczone do prac eksperymentalnych</td></tr><tr><td>Pompa wspomagająca</td><td>Dongguan Suncenter Fuild Control Equipment Co., Ltd., Chiny</td><td>DGA15C</td><td>Do kontroli ciśnienia</td></tr><tr><td>Dwutlenek węgla</td><td>Harbin Qinghua Industrial Gases Co. Ltd., Chiny</td><td>99,9% czystości</td><td>Używany jako środek pieniący</td></tr><tr><td>Włókno węglowe&nbsp;</td><td>Toray Industries Incorporated, &nbsp; Japonia</td><td>1000 mesh</td><td>Surowce dostarczone do prac eksperymentalnych</td></tr><tr><td>Ceactor</td><td>Zhengzhou Zechen Instrument Equipment Co., Ltd., Chiny</td><td>0,5 L</td><td>Używany jako pojemnik do pienienia</td></tr><tr><td>Kompaktownik</td><td>Zhejiang Kaishan Compressor Co., Ltd., Chiny</td><td>XK06-010-00487</td><td>Ciśnieniowe</td></tr><tr><td>Cyfrowa kąpiel olejowa</td><td>Boho Temptech Co., Ltd., Chiny</td><td>HH-5-12L</td><td>Używane do ogrzewania</td></tr><tr><td>Suszarka</td><td>Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd., Chiny</td><td>DGG-9070</td><td>Używane do suszenia surowców</td></tr><tr><td>Waga elektroniczna</td><td>Mettler Toledo (Changzhou) Ważarka Sprzętowa Co., Ltd</td><td>SPN501F</td><td>Używany do ważenia surowców</td></tr><tr><td>Instrument do siarkowania płaskich płyt</td><td>Bolon Precision Testing Machines Co., Ltd., Chiny</td><td>BL-6170-A</td><td>Do formowania kompozytów na gorąco</td></tr><tr><td>Wysokoprecyzyjny miernik gęstości ciała stałego</td><td>Yuemang Intelligent Equipment Co., Ltd., Chiny</td><td>JHY-120Y</td><td>Urządzenie używane do określania&nbsp; gęstość</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do analizy obrazówNational Institutes of Health</td><td>Narodowe Instytuty Zdrowia</td><td>ImageJ</td><td>Oprogramowanie używane do określania cech morfologicznych pianki</td></tr><tr><td>Poli(butylen, adipian-ko-tereftalan)</td><td>Xinjiang Blue Ridge Tunhe Sci.& Tech. Co., Ltd., Chiny</td><td>TH801T</td><td>Surowce dostarczone do prac eksperymentalnych</td></tr><tr><td>Folia politetrafluoroetylenowa</td><td>Luo Huixing Firma Handlowa Plastikowymi Materiałami, Chiny</td><td>0,5 mm</td><td>Używane do wyjmowania z formy</td></tr><tr><td>Pulveriser</td><td>Shenzhen Chengzhongsheng Electromechanical Technology Co., Ltd., Chiny</td><td>380 W, 50 Hz</td><td>Używany do kruszenia i granulowania</td></tr><tr><td>Skaner</td><td>FEI Inc., USA</td><td>QUANTA 220</td><td>Skaner używany do robienia zdjęć pian</td></tr><tr><td>Ekstruder dwuślimakowy</td><td>Nanjing Jiente Machine Point Co. Ltd., Chiny</td><td>SHJ-20</td><td>Mieszanie topu</td></tr><tr><td>Uniwersalna mechaniczna maszyna testowa</td><td>Wance Technologies Ltd., Chiny</td><td>TestPilot X10A</td><td>Używany do pomiaru wydajności kompresji</td></tr></tbody></table>

przygotowanie pien poliestrowych z włókna węglowego i bambusa (butylen-adipian-ko-terereftalan) poprzez piankę z dwutlenkiem węgla nadkrytyczną

Preparation of Carbon Fiber and Bamboo Fiber Reinforced Poly (butylene Adipate-co-terephthalate) Foams by Supercritical Carbon Dioxide Foaming

Pianki polimerowe wzmocnione włóknem znalazły szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach. W szczególności poli (butylenadywan-ko-terereftalan) (PBAT) zyskał znaczną uwagę w dziedzinie materiałów biodegradowalnych ze względu na swoje wyjątkowe właściwości przetwarzające, parametry mechaniczne i biokompatybilność. Jednak wysoki wskaźnik kurczenia czystej pianki PBAT ogranicza jej zastosowanie. Spośród różnych materiałów zdolnych do poprawy wydajności pianki, włókno węglowe (CF) i włókno bambusowe (BF) wykazują unikalne zalety. W tym badaniu zastosowano technologię piany z użyciem nadkrytycznego dwutlenku węgla (scCO2) do skutecznego przygotowania pian PBAT/CF/BF. Wyniki pokazują, że synergiczny efekt CF i BF znacząco poprawia właściwości antykurczliwe pianki PBAT. W porównaniu z czystą pianką PBAT, wskaźnik kurczenia się pianki PBAT/15CF/5BF spadł z 55,63% do 6,92%, co oznacza spadek o 87,56%. Pianka PBAT/10CF/10BF osiągnęła najniższą gęstość 0,13 g/cm 3, co oznacza spadek o 31,58%. Pianka PBAT/10CF/10BF wykazała najwyższy współczynnik rozszerzalności – 9,43, co stanowi wzrost o 51,36%. Testy odporności na ściskanie wykazały, że wszystkie pianki PBAT/CF/BF wykazują korzystną wytrzymałość ściskania, przy czym piana PBAT/15CF/5BF wykazuje najwyższą wytrzymałość na ściskanie 0,26 MPa. Badania te stanowią skuteczne rozwiązanie do wytwarzania biodegradowalnych piank poliestrowych wzmocnionych włóknami. Te pianki mają właściwości antykurczliwe, lekkość i doskonałą wytrzymałość.

Obraz fizyczny i właściwości fizyczne pian PBAT wzmacnianych różnymi proporcjami CF i BF przygotowanych zgodnie z wyżej wymienionym protokołem przedstawiono na Rysunku 2. Można zauważyć, że zwiększenie proporcji CF i BF skutecznie zapobiega kurczeniu się pian PBAT. Na podstawie pomiarów gęstość czystej pianki PBAT wynosiła 0,19 g/cm 3 (rysunek 2B), z współczynnikiem pienienia 6,23 (rysunek 2C) i stabilizowanym wskaźnikiem...

Badanie opisuje metodę piany z użyciem dwutlenku węgla nadkrytyczną do produkcji pian poliesterowych z włókna węglowego i bambusa (butylen-adypinat-ko-tereftalan).

Przygotowanie pien poliestrowych z włókna węglowego i bambusa (butylen-adipian-ko-terereftalan) poprzez piankę z dwutlenkiem węgla nadkrytyczną

Fiber-reinforced polymer foams have found extensive applications across numerous fields. Particularly, poly (butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) has ...

Badania te koncentrowały się na opracowaniu pian węglowych PBAT/CF/BF z wykorzystaniem technologii pianki scCO2, aby sprawdzić, jak synergia włókien zwiększona właściwości antykurczliwe zmniejsza gęstość i poprawia odporność piank na ściskanie. Pianka składa się z włókna węglowego PBAT i włókna bambusa. Badanie dostarcza skutecznego rozwiązania do produkcji degradowalnej, odpornej na kurczliwość, lekkiej i wysokonaprężonej pianki poliestrowej, która ma zastosowanie w opakowaniach, izolacji termicznej i innych dziedzinach.Na początek umieść PBAT, CF i BF w piekarniku ustawionym na 80 stopni Celsjusza i inkubuj przez osiem godzin. Za pomocą wagi elektronicznej waż PBAT i CF proporcjonalnie, aby uzyskać łącznie 200 gramów. Wlej ważony PBAT i włókna węglowe do worka polietylenowego.Dokładnie wymieszaj zawartość, potrząsając i ugniatając woreczek przez pięć minut, aby uzyskać równomierne wstępne rozprowadzenie. Następnie włącz włącznik zasilania w ekstruderze z podwójną śrubą. Ustaw temperaturę każdej strefy grzewczej na wytłaczarce odpowiednio na 135, 145, 155, 165 i 160 stopni Celsjusza.Ustaw prędkość obrotu śruby głównej na pięć obrotów na minutę, a prędkość obrotu podajnika na trzy

preparation-carbon-fiber-bamboo-fiber-reinforced-poly-butylene

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Prezentujemy nowatorską metodę produkcji sztywnych i wytrzymałych krótkich preform z włókien naturalnych przy użyciu procesu produkcji papieru. Celuloza bakteryjna działa jednocześnie jako spoiwo dla luźnych włókien i zapewnia sztywność preformom włókien. Preformy te mogą być nasączane żywicą w celu uzyskania prawdziwie zielonych, hierarchicznych kompozytów.

Produkcja wytrzymałych pform z włókien naturalnych wykorzystujących celulozę bakteryjną jako spoiwo

Replikacja jest jedną z technik przetwarzania używanych do produkcji porowatych gąbek metalowych. W artykule przedstawiono szczegółowo jedną implementację metody wytwarzania porowatego aluminium o otwartych komórkach.

Protokoły odlewnicze do produkcji pianek aluminiowych o otwartych komórkach techniką replikacji i wpływ na porowatość

Ta metoda wideo opisuje syntezę monolitycznych materiałów 3D na bazie grafenu o dużej powierzchni, pochodzących z prekursorów polimerów, a także jednowarstwowego tlenku grafenu.

Synteza i funkcjonalizacja materiałów nanografenowych 3D: aerożele grafenowe i makrozespoły grafenu

Pokazano nowy sposób produkcji aerożeli na bazie biopolimerów poprzez żelowanie indukowane dwutlenkiem węgla (CO2). Technika ta wykorzystuje dwutlenek węgla pod ciśnieniem (5 MPa) do produkcji hydrożeli biopolimerowych i nadkrytycznego CO2 (12 MPa) do przekształcania żeli w aerożele. Jedynymi rozpuszczalnikami potrzebnymi oprócz CO2 są woda i etanol.

Przygotowanie aerożeli biopolimerowych przy użyciu zielonych rozpuszczalników

Przedstawiono protokół odsłaniania gołych włókien na powierzchni kompozytu poprzez eliminację obszaru bogatego w żywicę. Włókna są odsłaniane podczas wytwarzania kompozytów, a nie przez obróbkę powierzchni. Odsłonięte kompozyty węglowe charakteryzują się wysoką przewodnością elektryczną w kierunku przekroju i grubością oraz wysokimi właściwościami mechanicznymi.

Eksperymentalne wdrożenie nowej metody wytwarzania kompozytów: naświetlanie gołych włókien na powierzchni kompozytu metodą miękkiej warstwy

Prezentujemy nowatorską, opartą na mikroprzepływach metodę syntezy kowalencyjnych struktur organicznych (COF). Pokazujemy, w jaki sposób to podejście można wykorzystać do produkcji ciągłych włókien COF, a także struktur 2D lub 3D COF na powierzchniach.

Synteza kowalencyjnych struktur organicznych (COF) oparta na mikroprzepływach: narzędzie do ciągłej produkcji włókien COF i bezpośredniego drukowania na powierzchni

Tutaj prezentujemy protokoły przygotowania i testowania aerożeli katalitycznych poprzez wprowadzanie gatunków metali do platform aerożelowych z krzemionki i tlenku glinu. Przedstawiono metody otrzymywania materiałów z wykorzystaniem soli miedzi i nanocząstek zawierających miedź. Protokoły badań katalitycznych wykazują skuteczność tych aerożeli w zastosowaniach katalizy trójdrożnej.

Wytwarzanie i testowanie aerożeli katalitycznych otrzymanych w procesie szybkiej ekstrakcji nadkrytycznej

Metoda zwana negatywnym wytwarzaniem addytywnym jest używana do produkcji prawie w pełni gęstych, złożonych części z węglika boru o różnych skalach długości. Technika ta jest możliwa dzięki sformułowaniu nowej zawiesiny zawierającej rezorcynę i formaldehyd jako unikalny środek żelujący, który po pirolizie pozostawia jednorodny środek wspomagający spiekanie węgla.

Ujemna produkcja addytywna węglików boru o złożonym kształcie

Ten artykuł demonstruje technikę rozbudowy tradycyjnej, dwuwymiarowej (2D) elektroprzędzonej maty z nanowłókien w trójwymiarowe (3D) rusztowanie poprzez rozhermetyzowanie podkrytycznego płynu CO2. Te rozszerzone rusztowania są 3D, ściśle naśladują komórkowe wskazówki nanotopograficzne i zachowują funkcje cząsteczek biologicznych zamkniętych w nanowłóknach.

Ekspansja dwuwymiarowych mat z nanowłókien elektroprzędzonych do rusztowań trójwymiarowych

Ten artykuł opisuje protokół wraz z analizą porównawczą dwóch technik wytwarzania mikroprzepływowego, a mianowicie fotolitografii/trawienia na mokro/termicznego łączenia oraz selektywnego trawienia indukowanego laserem (SLE), które są odpowiednie dla warunków wysokiego ciśnienia. Techniki te stanowią platformy umożliwiające bezpośrednią obserwację przepływu płynów w zastępczych ośrodkach przepuszczalnych i systemach szczelinowych w warunkach złożowych.

Techniki wytwarzania mikroprzepływowego do wysokociśnieniowych prób transportu nadkrytycznej piany CO2 w mikroskali w pękniętych zbiornikach niekonwencjonalnych

Opracowano wszechstronny proces wytłaczania dwuślimakowego, który zapewnia efektywną termo-mechano-chemiczną obróbkę wstępną biomasy lignocelulozowej, co prowadzi do zwiększenia średniego współczynnika proporcji włókien. Naturalne spoiwo może być również dodawane w sposób ciągły po rafinacji włókien, co prowadzi do powstania płyt pilśniowych pochodzenia biologicznego o ulepszonych właściwościach mechanicznych po prasowaniu na gorąco otrzymanego materiału wytłaczanego.

Proces wytłaczania dwuślimakowego do produkcji odnawialnych płyt pilśniowych

Poznaj metodę wytwarzania biodegradowalnych pian poliestrowych PBAT wzmocnionych włóknem węglowym i bambusowym przy użyciu technologii spieniania nadkrytycznym dwutlenkiem węgla. Badanie pokazuje, jak synergia włókien poprawia odporność na kurczenie i właściwości mechaniczne materiałów.

Przygotowanie pien poliestrowych z włókna węglowego i bambusa (butylen-adipian-ko-terereftalan) poprzez piankę z dwutlenkiem węgla nadkrytyczną (Wideo) | JoVE Journal

Przygotowanie pien poliestrowych z włókna węglowego i bambusa (butylen-adipian-ko-terereftalan) poprzez piankę z dwutlenkiem węgla nadkrytyczną

Przeglądaj więcej filmów