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Bibliographic Metadata

Title
Viscoelastic and thermal properties of natural fibre-reinforced composites / submitted by Marta Hrabalova
AuthorHrabalova, Marta
CensorPotthast, Antje ; Gardner, Douglas J.
Thesis advisorWimmer, Rupert
Published2011
Description90 Bl. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2011
Annotation
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Biopolymer / Verbundwerkstoff / viskoelastische Eigenschaften / thermische Analyse / Nano-fibrillierte Zellulose / Holzfaser
Keywords (EN)biopolymer / composites / viscoelastic properties /thermal analysis / nano-fibrillated cellulose / wood fibre
Keywords (GND)Faserverbundwerkstoff / Naturfaser / Biopolymere / Viskoelastizität
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-17375 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Viscoelastic and thermal properties of natural fibre-reinforced composites [2.72 mb]
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Classification
Abstract (German)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit viskoelastischen und thermischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen, unter Verwendung biologisch abbaubarer, thermoplastischer Matrices, in Kombination mit cellulosischen Faser-Füllstoffen. Im ersten Teil wurden Wechselwirkungen zwischen den erwähnten Komponenten untersucht, mit Bezug auf Prozessbedingungen bzw. chemo-physikalischen Modifikationen. Nadelholzmehl-gefüllte Polymilchsäure (PLA)-Werkstoffe wurden verschiedene Prozessbedingungen ausgesetzt. Die Eigenschaftsänderungen konnten mit Differential-Scanning-Kalorimetrie, Dynamisch-mechanischer Analyse, bzw. Raster-Elektronenmikroskopie ermittelt werden. Durch Tempern konnten thermische und viskoelastische Eigenschaften stark verbessert werden. Das zweite Kapitel beschäftigt sich ebenfalls mit PLA-basierten Werkstoffen, verstärkt mit Fasern aus drei Gewebetypen der Sitka-Fichte (juveniles Holzes, adultes Holz, Druckholz). Die Holzfüllstoffe wurden mit Vinyltrimethoxysilan, die Polymer-Matrix mit 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat modifiziert. Es zeigte sich, dass die gezielte Auswahl des Holzrohstoffes bzw. durch die richtige Wahl des Modifikationsverfahrens zu einer Steigerung der Materialkennwerte führt. Der dritte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit nano-fibrillierter Cellulose (NFC), hergestellt aus Flachs- und Weizenstroh-Zellstoffen. Das Potential zur Verstärkung von Polyvinylalkohol-Matrices wurde untersucht. Durch richtige Wahl des Fasermaterials im Hochdruckaufschluss konnte die Funktionalität des Verbundwerkstoffes gesteigert werden; die Verbesserung war dabei durch NFC vergleichsweise am höchsten. Schließlich wurde der Einfluss der Oberflächenmodifikation von Buchenholzmehl in Polyhydroxybuttersäure-Biopolymer Verbundwerkstoffen untersucht. Zusätzlich zur hydrothermischen Vorbehandlung wurden auch NaOH bzw. Stearinsäure-Behandlungen angewandt. Die Faser-Matrix Anbindung war mit hydrothermischer Vorbehandlung deutlich besser ausgeprägt.

Abstract (English)

This study focuses on viscoelastic and thermal properties of composites using thermoplastic biodegradable matrices and cellulose-based fibreous fillers. First, interactions among these components were studied by looking at properties relative to processing conditions and physical or chemical modification of fillers, and the polymer matrix. Processing alterations were applied to softwood flour filled Polylactic acid (PLA) films. Responses were investigated using differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, and scanning electron microscopy. It was found that material properties improve with thermal annealing. The second part of the thesis was concerned with PLA materials, filled with different tissue types (i.e. mature, juvenile, compression wood) of Sitka spruce wood. Wood fibers were treated with vinyltrimethoxysilane, while the polymer matrix was modified with 4,4'-methylene-diphenyl-diisocyanate. It is shown that treatments improved thermal and mechanical properties, and the potential of by utilizing the natural variability of wood fibres is shown. Nano-fibrilated cellulose (NFC) was produced from flax and wheat straw pulps through high pressure disintegration. The reinforcing potential of the nano-fibrils in a polyvinyl-alcohol matrix was evaluated. It is shown that selection of the appropriate raw cellulose is indispensable for the functional optimization of composite products. Improvement with NFC was most remarkable. This is mainly assigned to the structural features of the NFC filler. Finally, the influence of surface modification of beech wood flour in polyhydroxybutyrate (PHB)-based composites was investigated. In addition to hydrothermal treatment, NaOH and stearic acid were both used as surface modifiers. While interfacial bonding between PHB and the wood fibres was weak without hydrothermal treatment, the surface modifiers in combination with hydrothermally pretreated wood fibres significantly improved the material performance.