Биокомпозит - Biocomposite

Внутреннее ковровое покрытие двери автомобиля из биокомпозита из конопляных волокон и полиэтилена.

Биокомпозит представляет собой композитный материал , образованный матрицы ( смолы ) и укрепление натуральных волокон . Забота об окружающей среде и стоимость синтетических волокон послужили основанием для использования натурального волокна в качестве армирующего материала в полимерных композитах. Матричная фаза образована полимерами, полученными из возобновляемых и невозобновляемых ресурсов. Матрица важна для защиты волокон от разрушения окружающей среды и механических повреждений, для удержания волокон вместе и для передачи на них нагрузок. Кроме того, biofibers являются главными компонентами биокомпозитов, которые получены из биологического происхождения, например , волокно из культур ( хлопок , лен или конопля ), переработанные древесины , отходы бумага , обработки сельскохозяйственных культур побочных продуктов или регенерированная целлюлоза волокно (вискоза / искусственный шелк). Интерес к биокомпозитам быстро растет с точки зрения промышленного применения ( автомобили , железнодорожные автобусы , аэрокосмическая промышленность , военное применение, строительство и упаковка ) и фундаментальных исследований из-за их огромных преимуществ (возобновляемые, дешевые, перерабатываемые и биоразлагаемые ). Биокомпозиты можно использовать отдельно или в качестве дополнения к стандартным материалам, таким как углеродное волокно. Сторонники биокомпозитов заявляют, что использование этих материалов улучшает здоровье и безопасность при их производстве, они легче по весу, имеют внешний вид, аналогичный древесине, и превосходят экологию.

Характеристики

Древесные волокна используются для производства биокомпозитов.

Отличие этого класса композитов заключается в том, что они поддаются биологическому разложению и меньше загрязняют окружающую среду, что является проблемой для многих ученых и инженеров, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду при производстве композитов. Они являются возобновляемым источником, дешевы и в некоторых случаях полностью пригодны для вторичной переработки. Одним из преимуществ натуральных волокон является их низкая плотность, что приводит к более высоким удельным пределам прочности и жесткости, чем у стекловолокна, помимо более низких производственных затрат. Таким образом, биокомпозиты могут быть жизнеспособной экологической альтернативой композитам из углерода, стекла и искусственного волокна. Натуральные волокна имеют полую структуру, которая обеспечивает изоляцию от шума и тепла. Это класс материалов, которые можно легко обрабатывать, и поэтому они подходят для широкого спектра применений, таких как упаковка, строительство (конструкция крыши, мост, окна, двери, зеленая кухня), автомобили, аэрокосмическая промышленность, военные приложения. , электроника, потребительские товары и медицинская промышленность (протезы, костная пластина, ортодонтическая дуга, полная замена тазобедренного сустава, композитные винты и штифты).

Классификация

Биокомпозиты делятся на недревесные волокна и древесные волокна, все из которых содержат целлюлозу и лигнин . Недревесные волокна (натуральные волокна) более привлекательны для промышленности благодаря своим физическим и механическим свойствам. Кроме того, эти волокна являются относительно длинными волокнами и имеют высокое содержание целлюлозы, что обеспечивает высокую прочность на разрыв и степень кристалличности целлюлозы, тогда как натуральные волокна имеют некоторые недостатки, поскольку они содержат гидроксильные группы (ОН) в волокне, которые могут притягивать молекулы воды. , и, следовательно, волокно может разбухнуть. Это приводит к образованию пустот на границе раздела композита, что влияет на механические свойства и потерю стабильности размеров. Древесные волокна получили это название, потому что почти 60% их массы составляют элементы из дерева. Он представляет собой волокна мягкой древесины (длинные и гибкие) и волокна твердой древесины (более короткие и жесткие) и имеет низкую степень кристалличности целлюлозы.

Джутовые волокна являются одними из наиболее широко используемых в промышленности.
Классификация биокомпозитов
Биокомпозиты / биоволокна
Недревесные натуральные волокна Древесные волокна
Соломенные волокна Лыко Лист Семена / плоды Волокна травы --------------- Переработанный
Примеры
Рис, пшеница, кукурузная соломка Кенаф, лен, джут, конопля Генекен, сизаль, волокно из листьев пеннеапля Хлопок, кокосовое волокно, кокос Бамбук, бамбуковое волокно, трава, слоновая трава Мягкая и твердая древесина Газета, журнальные волокна

Натуральные волокна делятся на волокна соломы , луба , листьев , семян или фруктов и волокна травы . В промышленности наиболее широко используются волокна льна , джута , конопли , кенафа , сизаля и кокосового волокна . Волокна соломы можно найти во многих частях мира, и это пример недорогого армирования биокомпозитов. Древесные волокна могут быть переработаны или не переработаны. Таким образом, многие полимеры, такие как полиэтилен (PE), полипропилен (PP) и поливинилхлорид (PVC), используются в производстве древесных композитов.

Аппликации из льна

Композиты из льна и льна хорошо подходят для приложений, ищущих более легкую альтернативу другим материалам, в частности, в компонентах интерьера автомобилей и спортивном оборудовании. Для автомобильных интерьеров компания Composites Evolution провела испытания прототипов Land Rover Defender и Jaguar XF, при этом льняной композит Defender на 60% легче серийного аналога при той же жесткости, а льняная композитная часть XF на 35% легче серийного компонента. при той же жесткости

Что касается спортивного оборудования, компания Ergon Bikes создала концептуальное седло, занявшее первое место среди 439 представленных в категории «Аксессуары» на Eurobike 2012, крупнейшей выставке велосипедной индустрии. VE Paddles производит лопасти для лодки. Компания Flaxland Canoes разработала каноэ с покрытием из льняной ткани. Magine Snowboards разработали сноуборд из льняной ткани. Samsara Surfboards произвела льняную доску для серфинга. Lynx от Idris Ski выиграл премию ISPO в 2013 году за лыжи Lynx.

Льняные композитные материалы также подходят для применений, для которых желательны внешний вид, ощущение или звук дерева, но без склонности к деформации. Применения включают мебель и музыкальные инструменты. В области мебели команда из Университета Шеффилд Халлам разработала шкаф из полностью экологически чистых материалов, включая льняное белье. Что касается музыкальных инструментов, Blackbird Guitars выпустила гавайскую гитару из льняной ткани, получившую ряд наград за дизайн в композитной промышленности, а также гитару.

Зеленые композиты

Зеленые композиты классифицируются как биокомпозиты, состоящие из натуральных волокон и биоразлагаемых смол. Их называют экологически чистыми композитами в основном из-за их разлагаемых и устойчивых свойств, которые можно легко утилизировать, не нанося вреда окружающей среде. Из-за своей прочности зеленые композиты в основном используются для увеличения жизненного цикла продуктов с коротким сроком службы.

Гибридные композиты

Другой класс биокомпозитов называется «гибридным биокомпозитом», в основе которого лежат волокна разных типов в единую матрицу. Волокна могут быть синтетическими или натуральными, и их можно произвольно комбинировать для создания гибридных композитов. Его функциональность напрямую зависит от баланса между хорошими и плохими свойствами каждого отдельного используемого материала. Кроме того, при использовании композита, который имеет в составе гибридного композита еще два типа волокон, одно волокно может стоять на другом, когда оно блокируется. Свойства этого биокомпозита напрямую зависят от волокон, считая их содержание, длину, расположение, а также степень сцепления с матрицей. В частности, прочность гибридного композита зависит от деформации разрушения отдельных волокон.

Приложения из конопли

Композиты из конопляного волокна хорошо работают там, где важны снижение веса и повышение жесткости. Для потребительских товаров Trifilon разработал ряд биокомпозитов из конопляного волокна, которые заменяют обычные пластмассы. Чемоданы, холодильные камеры, чехлы для мобильных телефонов и косметическая упаковка производятся из композитных волокон конопли.

  • Чемодан из композита из конопляного волокна

  • Композит из конопляного волокна - косметическая упаковка

  • Композит из конопляного волокна - чехол для мобильного телефона

Обработка

В процессе компаундирования биокомпозитные материалы на основе термопластичных полимеров, таких как полипропилен и полиэтилен, обрабатываются компаундированием и экструзией.

При производстве биокомпозитов используются методы, которые используются для производства пластмасс или композитных материалов. Эти методы включают:

Рекомендации

Библиография