Биокомпозит
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( октябрь 2009 г. ) |
Биокомпозит образованный – это композиционный материал, матрицей ( смолой ) и армированием натуральных волокон . Забота об окружающей среде и стоимость синтетических волокон привели к использованию натуральных волокон в качестве армирования в полимерных композитах.Матричная фаза образована полимерами, полученными из возобновляемых и невозобновляемых ресурсов. Матрица важна для защиты волокон от воздействия окружающей среды и механических повреждений, скрепления волокон и передачи на них нагрузок. Кроме того, биоволокна являются основными компонентами биокомпозитов, которые имеют биологическое происхождение, например, волокна сельскохозяйственных культур ( хлопок , лен или конопля ), переработанная древесина , макулатура , побочные продукты переработки сельскохозяйственных культур или регенерированное целлюлозное волокно (вискоза/вискоза). Интерес к биокомпозитам быстро растет с точки зрения промышленного применения ( автомобили , железнодорожные вагоны , аэрокосмическая промышленность , военное применение, строительство и упаковка ) и фундаментальных исследований из-за их огромных преимуществ (возобновляемые, дешевые, перерабатываемый и биоразлагаемый ). 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 визуальную привлекательность, аналогичную древесине, и превосходят окружающую среду. [1] [2] [3] [4]
Характеристики
[ редактировать ]
Отличием этого класса композитов является то, что они биоразлагаемы и меньше загрязняют окружающую среду, что является проблемой для многих ученых и инженеров, стремящихся минимизировать воздействие производства композита на окружающую среду. Они являются возобновляемым источником, дешевы и в некоторых случаях полностью пригодны для вторичной переработки. [5] Одним из преимуществ натуральных волокон является их низкая плотность, что приводит к более высокой удельной прочности на разрыв и жесткости, чем у стеклянных волокон, а также к более низким производственным затратам. Таким образом, биокомпозиты могут стать жизнеспособной экологической альтернативой композитам из углерода, стекла и искусственных волокон. Натуральные волокна имеют полую структуру, которая обеспечивает изоляцию от шума и тепла. Это класс материалов, которые легко поддаются обработке, и поэтому они подходят для широкого спектра применений, таких как упаковка, строительство (конструкция крыши, мост, окно, дверь, зеленая кухня), автомобили, аэрокосмическая промышленность, военное применение. , электроника, потребительские товары и медицинская промышленность (протезы, костные пластины, ортодонтические дуги, полная замена тазобедренного сустава, а также композитные винты и штифты). К сожалению, биокомпозиты имеют ограничения из-за отсутствия совместимости между синтетическими смолами и натуральными волокнами. [6] [7] [8]
Классификация
[ редактировать ]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 физико-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 в них есть гидроксильные группы (ОН), которые могут притягивать молекулы воды. и, таким образом, волокно может набухнуть. Это приводит к образованию пустот на границе раздела композита, что влияет на механические свойства и потерю стабильности размеров. Такое название древесные волокна получили потому, что почти 60% их массы составляют древесные элементы. В нем представлены волокна хвойной древесины (длинные и гибкие) и волокна твердой древесины (более короткие и жесткие), а также низкая степень кристалличности целлюлозы.
| Биокомпозиты/биоволокна | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Недревесные натуральные волокна | Древесные волокна | ||||||
| Соломенные волокна | Баст | Лист | Семена/плоды | Травяные волокна | переработанный | ||
| Примеры: | Рисовая, пшеничная, кукурузная соломка | Кенаф, лен, джут, конопля. | Хенекен, сизаль, волокно листьев пеннеаплa. | Хлопок, койра, кокос | Бамбук, бамбуковое волокно, прутьевидная трава, слоновая трава. | Мягкая и твердая древесина | Газетные, журнальные волокна |
Натуральные волокна делятся на волокна соломы , луба , листьев , семян или фруктов и травы волокна . Волокнами, наиболее широко используемыми в промышленности, являются лен , джут , конопля , кенаф , сизаль и койра . 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 (ПЭ), полипропилен (ПП) и поливинилхлорид (ПВХ), используются в производстве древесных композитов.
Аппликации из льна
[ редактировать ]Композиты из льна и льна хорошо подходят для применений, требующих более легкой альтернативы другим материалам, в первую очередь для применения в компонентах салона автомобиля и спортивном оборудовании. Что касается автомобильных интерьеров, компания Composites Evolution провела испытания прототипов для Land Rover Defender и Jaguar XF: льняной композит Defender на 60 % легче серийного аналога той же жесткости, а льняной композитный компонент XF на 35 % легче серийного компонента. при той же жесткости [9]
В области спортивного оборудования Ergon Bikes выпустила концептуальное седло, которое заняло первое место среди 439 заявок в категории «Аксессуары» на Eurobike 2012, крупной выставке велосипедной индустрии. [10] Компания VE Paddles выпустила лопасть весла для лодок. [11] Компания Flaxland Canoes разработала каноэ с покрытием из льняного полотна. [12] Компания Magine Snowboards разработала сноуборд, изготовленный из льняного полотна. [13] Компания Samsara Surfboards выпустила доску для серфинга из льна. [14] Lynx Идриса Ски выиграла премию ISPO в 2013 году за лыжи Lynx. [15]
Композиты из льна и льна также подходят для тех случаев, когда желателен внешний вид, ощущение или звук дерева, но без склонности к деформации. Область применения включает мебель и музыкальные инструменты. Что касается мебели, то команда из Университета Шеффилд-Халлам спроектировала шкаф из полностью экологически чистых материалов, включая льняное полотно. [16] Из музыкальных инструментов компания Blackbird Guitars выпустила гавайскую гитару, изготовленную из льняного полотна, которая получила ряд наград за дизайн в индустрии композитов. [17] [18] [19] [20] а также гитара [21]
Зеленые композиты
[ редактировать ]Зеленые композиты классифицируются как биокомпозиты, состоящие из натуральных волокон и биоразлагаемых смол. Их называют «зелеными» композитами главным образом из-за их разлагаемости и устойчивых свойств, которые можно легко утилизировать, не нанося вреда окружающей среде. Из-за своей долговечности экологически чистые композиты в основном используются для увеличения жизненного цикла продуктов с коротким сроком службы.
Гибридные композиты
[ редактировать ]Другой класс биокомпозитов называется «гибридным биокомпозитом», в котором волокна разных типов объединены в одну матрицу. Волокна могут быть синтетическими или натуральными и могут произвольно комбинироваться для создания гибридных композитов. Его функциональность напрямую зависит от баланса хороших и плохих свойств каждого отдельного используемого материала. Кроме того, при использовании композита, имеющего в составе гибридного композита еще два типа волокон, одно волокно может вставать на другое при его блокировке. Свойства этого биокомпозита напрямую зависят от волокон с учетом их состава, длины, расположения, а также связи с матрицей. В частности, прочность гибридного композита зависит от деформации разрушения отдельных волокон.
Применение конопли
[ редактировать ]Композиты из конопляного волокна хорошо работают там, где важно снижение веса и повышение жесткости. Для потребительских товаров компания Trifilon разработала ряд биокомпозитов из конопляного волокна для замены обычных пластиков. Чемоданы, холодильники, чехлы для мобильных телефонов и косметическая упаковка производятся с использованием композитов из конопляного волокна.
Композитный чемодан из конопляного волокна
Композит из конопляного волокна - косметическая упаковка
Композит из конопляного волокна - чехол для мобильного телефона
Обработка
[ редактировать ]
В производстве биокомпозитов используются методы, используемые для производства пластмасс или композитных материалов. Эти методы включают в себя:
- Машинный пресс ;
- Накальная обмотка ;
- Пултрузия ;
- Экструзия (наиболее широко используется, в основном для зеленого биокомпозита);
- Литье под давлением ;
- Компрессионное формование ;
- Трансферное формование смолы ;
- Листовой формовочный состав .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Являются ли композиты из натуральных волокон экологически более превосходящими композиты, армированные стекловолокном?» (PDF) . Мичиганский государственный университет . Мичиганский государственный университет . Проверено 29 августа 2015 г.
- ^ «Может быть, они и экологичны, но насколько хороши лен и джут для инженера?» . Инженерные материалы . Финдли Медиа . Проверено 8 сентября 2015 г.
- ^ «Обновление биокомпозитов: за пределами экобрендинга» . Мир композитов . Гарднер Бизнес Медиа, Инк . Проверено 1 сентября 2015 г.
- ^ «Руководство по биокомпозитам» . Неткомпозиты . ООО «НетКомпозитс» . Проверено 1 октября 2018 г.
- ^ «Являются ли композиты из натуральных волокон экологически более превосходящими композиты, армированные стекловолокном?» (PDF) . Мичиганский государственный университет . Мичиганский государственный университет . Проверено 29 августа 2015 г.
- ^ Рефиади, Гунаван; Сьямсиар, Юси; Иудависастра, Хермаван (05 сентября 2019 г.). «Прочность на растяжение эпоксидных композитов Petung, армированных бамбуковым волокном: влияние обработки щелочью, производства композитов и водопоглощения» . Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 547 : 012043. doi : 10.1088/1757-899x/547/1/012043 . ISSN 1757-899X . S2CID 202968116 .
- ^ Иудависастра, Х; Ситоханг, РДР; Розади, М.С. (20 сентября 2017 г.). «Водопоглощение и снижение прочности на разрыв полимерных композитов, армированных волокном бамбука Петунг (Dendrocalamus asper)» . Материалы Research Express . 4 (9): 094003. doi : 10.1088/2053-1591/aa8a0d . ISSN 2053-1591 . S2CID 139794141 .
- ^ Иудависастра, Х; Ситоханг, РДР; Марта, Л; Мардияти (июль 2017 г.). «Водопоглощение и его влияние на свойства растяжения биопластиков из тапиокового крахмала и поливинилового спирта» . Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 223 : 012066. doi : 10.1088/1757-899X/223/1/012066 . ISSN 1757-8981 . S2CID 136228188 .
- ^ «Легкий жесткий дверной модуль» . Эволюция композитов . Эволюция композитов. Архивировано из оригинала 9 сентября 2015 года . Проверено 1 сентября 2015 г.
- ^ «Льняное седло Ergon Bike Ergonomics приветствуется всей велосипедной индустрией» . Играйте «Естественно умно» . Бкомп . Проверено 9 сентября 2015 г.
- ^ «Льняное композитное весло от VE Paddles с использованием льняного композита Bcomp» . JEC Композиты . Центр продвижения композитов. 12 декабря 2013 г. Проверено 1 сентября 2015 г.
- ^ «Витрина эволюции композитов Biotex Flax Canoe» . Неткомпозиты . Неткомпозиты . Проверено 1 октября 2018 г.
- ^ «Биокомпозитный сноуборд из льняной ткани Biotex» . JEC Композиты . Центр продвижения композита. Июнь 2012 года . Проверено 9 сентября 2015 г.
- ^ «Эко-доска для серфинга Samsara изготовлена из льняного волокна Biotex» . Материалы сегодня . Эльзевир . Проверено 9 сентября 2015 г.
- ^ «Идрис Лыжи — Lynx — обладатель премии ISPO 2013» . ИСПО . ИСПО . Проверено 10 сентября 2015 г.
- ^ «Легкий жесткий дверной модуль» . Университет Шеффилд-Халлам . Университет Шеффилд-Халлам . Проверено 1 сентября 2015 г.
- ^ «Blackbird выпускает композитный музыкальный инструмент на основе растительного волокна» . Мир композитов . Гарднер Бизнес Медиа . Проверено 3 июля 2015 г.
- ^ «Ознакомьтесь с конкурсом: посетите павильон наград на выставке композитов и передовых материалов (CAMX)» . Мир композитов . Гарднер Бизнес Медиа . Проверено 3 июля 2015 г.
- ^ «Основные события JEC Americas» . Мир композитов . Гарднер Бизнес Медиа . Проверено 3 июля 2015 г.
- ^ «Награда IDSA IDEA 2014 — бронза — Развлечения — Blackbird Clara Ukulele» . Общество промышленных дизайнеров Америки. 20 июня 2014 г. Проверено 8 июля 2015 г.
- ^ «А теперь льняная гитара» . Оклендский журнал . Телеграф Медиа . Проверено 3 июля 2015 г.
Библиография
[ редактировать ]- Пингл, П. Аналитическое моделирование твердых биокомпозитов . ProQuest, 2008. Массачусетский университет Лоуэлла. Веб-сайт: https://books.google.com/books?id=XRLEstOKTiEC&q=биокомпозиты.
- Моханти, АК; Мисра, М.; Дрзал, Л.Т. Натуральные волокна, биополимеры и биокомпозиты . CRC Press, 2005. Веб-сайт: https://books.google.com/books?id=AwXugfY2oc4C&q=biocomposites.
- Аверус, Л.; Ле Дигабель, Ф. Свойства биокомпозитов на основе лигноцеллюлозных наполнителей . Science Direct, 2006. Веб-сайт: http://www.biodeg.net/fichiers/Properties%20of%20biocomposites%20based%20on%20lignocellulosic%20fillers%20(Proof).pdf .
- Аверус, Л. Биокомпозиты на основе целлюлозы: сравнение различных многофазных систем . Композитные интерфейсы, 2007. Веб-сайт: http://www.biodeg.net/fichiers/Cellulosebased%20biocomposites%20(Abstract-Proof).pdf. [ постоянная мертвая ссылка ]
- Халонен, Х. Структурные изменения при обработке целлюлозных композитов . Стокгольм, 2012. Сайт: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:565072/FULLTEXT01.pdf.
- Фаулер, П; Хьюз, Дж; Элиас, Э. Биокомпозиты: технологии, экологические данные и рыночные силы . Журнал Science Food and Agriculture, 2006. Веб-сайт: http://www.bc.bangor.ac.uk/_includes/docs/pdf/biocomposites%20technology.pdf.
- Тодкар, Сантош Садашив; Патил, Суреш Абасахеб (октябрь 2019 г.). «Обзор оценки механических свойств полимерных композитов, армированных волокном листьев ананаса (PALF)». Композиты. Часть B: Инженерия . 174 : 106927. doi : 10.1016/j.compositesb.2019.106927 . hdl : 20.500.12010/19705 . S2CID 189974174 .