US-Forscher erstellen 3D-Druckfilamente aus recyceltem Zellulosepolypropylen

In dieser kürzlich veröffentlichten Studie, “Recycled Cellulose Polypropylene Composite Feedstocks for Material Extrusion Additive Manufacturing”, erläutern Forscher aus den USA ihre Erkenntnisse, bei denen nicht nur Verbundwerkstoffe, sondern auch solche aus recyceltem Material verwendet werden. Hier liegt der Schwerpunkt auf der Verwendung von mit Zelluloseabfällen verstärktem Polypropylen zur Erzeugung von 3D-Druckfilamenten für die additive Materialextrusionsfertigung (MEAM).

Da Cellulose heute häufiger zum Verstärken von Thermoplasten verwendet wird, können solche Verbundwerkstoffe bei Anwendungen wie Terrassendielen, Verkleidungen, Möbeln, Haushaltswaren und mehr hilfreich sein. Sie sind nicht nur reichlich vorhanden, sondern auch erschwinglich – und vor allem erneuerbar. Solche Materialien bieten auch Festigkeit, geringe Schüttdichte und weniger Abrieb, was bedeutet, dass die Produkte länger halten. Bisher konzentrierten sich viele Studien auf ABS- und PLA-Verbundwerkstoffe. In der Tat haben einige sogar Materialien wie gemahlene Macadamia-Schalen mit ABS verwendet.

Bei der Herstellung von Materialextrusionsadditiven können viele Arten von Verbraucherverpackungen verwendet werden, die einen hochwertigen Output für Kunststoffabfälle liefern. Viele dieser Kunststoffe haben jedoch geringere mechanische Eigenschaften und eine höhere Verformung / Schrumpfung im Vergleich zu denen, die üblicherweise beim 3D-Drucken verwendet werden. Der Zusatz von Verstärkungsmaterialien kann zu steiferen Teilen mit verringertem Verzug führen. In diesem Artikel werden Arbeiten zur Verstärkung von recyceltem Polypropylen unter Verwendung von Celluloseabfällen vorgestellt, um einen grünen Verbundwerkstoff für die Herstellung von Polymeradditiven auf Extrusionsbasis zu erzeugen. Recycelte Verbundstoffe aus Polypropylen / Altpapier, Pappe und Holzmehl wurden unter Verwendung eines Festkörper-Scherpulverisierungsverfahrens hergestellt. Eine Fourier-Transformations-Infrarot- und eine thermogravimetrische Analyse wurden verwendet, um die Menge an Füllstoff, die in den 3D-gedruckten Materialien enthalten war, qualitativ zu analysieren.

Recycelte Polymerverbundstoffe wiesen im Vergleich zu reinen Polymerverbundstoffen, die auf der thermogravimetrischen Analyse basierten, erhöhte Füllstoffgehalte in den gedruckten Teilen auf. Die dynamisch-mechanische Analyse ergab eine Ca. Erhöhung des Speichermoduls um 20–30% durch Zugabe von Zellulosematerialien. Die Zugfestigkeit wurde mit der Zugabe von Zellulose nicht signifikant erhöht, aber der Elastizitätsmodul erhöhte sich bei reinem Polypropylen um 38%. Die Analyse der Bruchflächen ergab, dass ein Versagen an der Grenzfläche auftritt, was darauf hindeutet, dass die Grenzflächenfestigkeit schwächer ist als die Füllstofffestigkeit.