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低吸水性、高強度ポリアミド6と持続可能な竹ベースのバイオ炭をブレンドした複合材料
Low Water Absorption, High-Strength Polyamide 6 Composites Blended with Sustainable Bamboo-Based Biochar.
PMID: 32668789 DOI: 10.3390/nano10071367.
抄録
ポリアミド6（PA6）の木質プラスチック複合材料への応用を促進するためには、植物繊維の熱劣化に伴う負の影響を克服する必要がある。本研究では、廃竹繊維を熱分解・ボールミリングしてナノ竹由来のバイオチャー（BC）を得、これを補強材として射出成形によりPA6/BCナノコンポジットを作製した。さらに、PA6/BC複合材の加工流動性、吸水性、機械的特性、界面適合性についても検討した。その結果、複合材料の加工流動性を向上させるためには、BC含有量を30wt%以下にすることが有効であることが明らかになった。BC含有量の増加に伴い、PA6/BC複合材の密度は徐々に増加したが、PA6/BC複合材の吸水率は徐々に減少し、最大減少率は46%であった。純PA6と比較して、BC添加により機械的強度が向上し、PA6/BC複合材の最大引張・曲げ強度は41％/72％、最大弾性率は195％/244％増加した。しかし、衝撃強度は27％低下した。浸漬処理後は、寸法安定性と機械的強度が低下したが、靭性は改善した。BCの含有量が40wt%未満の場合，BC粒子はPA6マトリックス中で良好な分散性と濡れ性を示し，BCの粗い表面と豊かな細孔構造は，強力な機械的インターロック効果と良好な界面適合性を示し，複合材料の機械的特性を向上させた．
To promote the application of polyamide 6 (PA6) in wood-plastic composites, the negative effects associated with the thermal degradation of plant fibers must be overcome. In this study, waste bamboo fibers were subjected to pyrolysis and ball milling to afford nano bamboo-based biochar (BC), which was subsequently used as reinforcement to prepare PA6/BC nano composites by injection molding. In addition, the processing fluidity, water absorption, mechanical properties, and interface compatibility of PA6/BC composites were discussed. Results revealed that a BC content of less than 30 wt% is beneficial to improve the processing fluidity of the composites. With the increase in the BC content, the density of the PA6/BC composites gradually increased, while the water absorption of the PA6/BC composites gradually decreased, and the maximum decrease was 46%. Compared to that of pure PA6, the mechanical strength of PA6/BC composites was improved by the addition of BC, and the maximum tensile/flexural strength and modulus of PA6/BC composites increased by 41%/72% and 195%/244%, respectively. However, the impact strength decreased by 27%. After immersion treatment, the dimensional stability and mechanical strength of the composites decreased, while toughness improved. At a BC content of less than 40 wt%, BC particles exhibited good dispersibility and wettability in the PA6 matrix, and the rough surface and rich pore structure of BC rendered strong mechanical interlocking effects and good interface compatibility, thereby enhancing the mechanical properties of the composites.