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Bibliographic Metadata

Title
Fabrication and characterization of structural thermoplastic composites, reinforced with paper layers / submitted by DIin Martina Prambauer
AuthorPrambauer, Martina
CensorPaulik, Christian ; Hild, Sabine
Thesis advisorPaulik, Christian
PublishedLinz, April 2017
DescriptionVIII, 105 Blätter : Illustrationen
Institutional NoteUniversität Linz, Dissertation, 2017
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Verbundwerkstoffe / Thermoplaste / Naturfasern / Papierlaminate / Materialcharakterisierung
Keywords (EN)composite materials / thermoplastic polymers / natural fibers / paper laminates / material characterization
Keywords (GND)Verbundwerkstoff / Thermoplast / Naturfaser / Papier / Laminat / Materialcharakterisierung
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-15758 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Fabrication and characterization of structural thermoplastic composites, reinforced with paper layers [15.29 mb]
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Abstract (English)

The search of alternative reinforcement materials in polymer composites has gained interest due to economic and ecological reasons. Lignocellulosic plant fibers are characterized by suitable mechanical properties and could potentially replace traditional synthetic reinforcements, such as glass fibers, in several applications. The natural quality variation of natural fibers led to the approach of using processed plant fibers, such as pulp and paper fibers, for composite production. Paper shows only moderate variations in mechanical properties within one paper type enabling the production of composite parts with high reproducibility.

In this work, laminates fabricated from paper layers and thermoplastic films were produced by hand-stacking and compression molding. Different paper types and matrix materials were used and the influence of the composite structure on the mechanical and physical properties was examined. Mechanical characterization was carried out by tensile, flexural and impact testing. The physical properties were characterized by density measurements and water uptake tests. Furthermore, the composites porosity was determined by TGA and the influence of paper content on the crystallinity of the polymer phase was examined by DSC measurements. Information about environmental influences on the durability of the paper laminates were obtained by application-orientated testing series. Thus, the impact of water uptake on the mechanical properties was determined. In order to obtain information about the composites structure and buildup, various microscopic analyses were carried out. The general structure was examined by stereo microscopy, while the crystallinity of the polymer phase was observed by polarized light microscopy. Further microscopical analyses were carried out by SEM and AFM/Raman spectroscopy. By optimizing the composite production process followed by detailed material characterization, laminates with high mechanical properties and good reproducibility were obtained.

Abstract (German)

Die Suche nach alternativen Verstärkungsmaterialien in polymeren Werkstoffen erlangt aus wirtschaftlichen sowie aus ökologischen Gründen zunehmend an Bedeutung. Zellulosehaltige Naturfasern zeichnen sich durch geeignete mechanische Eigenschaften aus, welche als potentieller Ersatz von z.B. Glasfasern in Kunststoffen eingearbeitet werden können. Die Eigenschaften von Naturfasern unterliegen einem gewissen Maß an natürlichen Schwankungen, welche durch die Verwendung von prozessierten Naturfasern (z.B. Zellstoff und Papierfasern) reguliert werden können. Papier zeigt lediglich eine moderate Schwankung der Eigenschaften innerhalb einer Papiersorte, was die Herstellung von Komposite-Bauteilen mit hoher Reproduzierbarkeit ermöglicht.

Diese Arbeit beinhaltet die Herstellung von unterschiedlichen thermoplastischen Papierschichtverbunden mittels Handlaminierung und eine eingehende Material-charakterisierung der erhaltenen Verbunde. Unterschiedliche Papiersorten und Matrixmaterialen wurden zur Verbundherstellung verwendet, wobei der Einfluss des Verbundaufbaus auf die mechanischen und physikalischen Eigenschaften evaluiert wurde. Die mechanische Charakterisierung erfolgte durch Zug-, Biege- und Schlagzähigkeitsprüfung. Die physikalischen Eigenschaften wurden mittels Dichtemessungen und Wasseraufnahmetests ermittelt. Des Weiteren wurden auch die Porosität der Verbunde mittels TGA Messungen und der Einfluss des Papiergehalts auf den Kristallisationsgrad der polymeren Phase durch DSC Messungen bestimmt. Um die Witterungsbeständigkeit der Papierlaminate zu darzustellen, wurden einige anwendungsorientierte Versuchsreihen durchgeführt. So wurde der Einfluss von Wasseraufnahme auf die mechanischen Eigenschaften untersucht. Um genauere Informationen über den strukturellen Aufbau der Laminate zu erhalten, wurden unterschiedliche mikroskopische Analysen durchgeführt. Die allgemeine Verbundstruktur wurde mithilfe von stereomikroskopischen Aufnahmen ermittelt, während der Kristallisationsgrad des Polymers durch polarisierte Lichtmikroskopie untersucht wurde. Weitere mikroskopische Analysen erfolgten mittels Elektronenmikroskopie und AFM/Raman Spektroskopie. Durch die Optimierung der Verbundherstellung und eingehender Materialcharakterisierung, konnten Verbunde von hohen mechanischen Eigenschaften und guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.

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