Biocomposiet - Biocomposite

Image
Binnentapijt van een autodeur gemaakt van een biocomposiet van hennepvezels en polyethyleen

Een biocomposiet is een composietmateriaal gevormd door een matrix ( hars ) en een versterking van natuurlijke vezels . De zorg voor het milieu en de kosten van synthetische vezels hebben de basis gelegd voor het gebruik van natuurlijke vezels als versterking in polymere composieten. De matrixfase wordt gevormd door polymeren die zijn afgeleid van hernieuwbare en niet- hernieuwbare bronnen. De matrix is ​​belangrijk om de vezels te beschermen tegen aantasting van het milieu en mechanische schade, om de vezels bij elkaar te houden en om de belasting erop over te brengen. Bovendien zijn biovezels de belangrijkste componenten van biocomposieten, die van biologische oorsprong zijn, bijvoorbeeld vezels van gewassen ( katoen , vlas of hennep ), gerecycled hout , oud papier , bijproducten van gewasverwerking of geregenereerde cellulosevezels (viscose / rayon). De belangstelling voor biocomposieten groeit snel in termen van industriële toepassingen ( auto's , treinwagons , ruimtevaart , militaire toepassingen, constructie en verpakking ) en fundamenteel onderzoek, vanwege de grote voordelen ervan (hernieuwbaar, goedkoop, recyclebaar en biologisch afbreekbaar ). Biocomposieten kunnen alleen worden gebruikt, of als aanvulling op standaardmaterialen, zoals koolstofvezel. Voorstanders van biocomposieten stellen dat het gebruik van deze materialen de gezondheid en veiligheid bij hun productie verbetert, lichter van gewicht is, een visuele aantrekkingskracht heeft die vergelijkbaar is met die van hout, en milieuvriendelijker is.

Kenmerken

Image
Houtvezels worden gebruikt om biocomposieten te produceren

Het verschil tussen deze klasse van composieten is dat ze biologisch afbreekbaar zijn en het milieu minder vervuilen, wat een zorg is voor veel wetenschappers en ingenieurs om de milieu-impact van de productie van een composiet te minimaliseren. Ze zijn een hernieuwbare bron, goedkoop en in sommige gevallen volledig recyclebaar. Een voordeel van natuurlijke vezels is hun lage dichtheid, wat resulteert in een hogere specifieke treksterkte en stijfheid dan glasvezels, naast de lagere fabricagekosten. Als zodanig kunnen biocomposieten een levensvatbaar ecologisch alternatief zijn voor koolstof-, glas- en synthetische vezelcomposieten. Natuurlijke vezels hebben een holle structuur, wat isolatie geeft tegen geluid en warmte. Het is een klasse materialen die gemakkelijk kan worden verwerkt, en daarom zijn ze geschikt voor een breed scala aan toepassingen, zoals verpakking, bouw (dakconstructie, brug, raam, deur, groene keuken), auto's, lucht- en ruimtevaart, militaire toepassingen , elektronica, consumentenproducten en medische industrie (prothese, botplaat, orthodontische boogdraad, totale heupprothese en samengestelde schroeven en pinnen).

Classificatie

Biocomposieten zijn onderverdeeld in niet-houtvezels en houtvezels , die allemaal cellulose en lignine bevatten . De niet-houtvezels (natuurlijke vezels) zijn aantrekkelijker voor de industrie vanwege de fysische en mechanische eigenschappen die ze vertonen. Deze vezels zijn ook relatief lange vezels en hebben een hoog cellulosegehalte, wat een hoge treksterkte en een mate van cellulosekristalliniteit oplevert, terwijl natuurlijke vezels enkele nadelen hebben omdat ze hydroxylgroepen (OH) in de vezel hebben die watermoleculen kunnen aantrekken. , en dus zou de vezel kunnen zwellen. Dit resulteert in holtes op het grensvlak van de composiet, wat de mechanische eigenschappen en verlies aan maatvastheid zal beïnvloeden. De houtvezels hebben deze naam omdat bijna 60% van de massa uit houtelementen bestaat. Het presenteert zachthoutvezels (lang en flexibel) en hardhoutvezels (korter en stijver), en heeft een lage mate van cellulosekristalliniteit.

Image
Jutevezels zijn een van de meest gebruikte vezels in de industrie
Classificatie van biocomposieten
Biocomposieten / biovezels
Niet-hout natuurlijke vezels Houtvezels
Strovezels Bast Blad Zaad / fruit Grasvezels ​ Gerecycled
Voorbeelden
Rijst, tarwe, maïsstro Kenaf, vlas, jute, hennep Henequen, sisal, penneaple bladvezel Katoen, kokos, kokos Bamboe, bamboevezel, wisselgras, olifantsgras Zacht en hard hout Krant, tijdschriftvezels

De natuurlijke vezels zijn onderverdeeld in stro vezels , bast , blad , zaad of fruit en gras vezels. De meest gebruikte vezels in de industrie zijn vlas , jute , hennep , kenaf , sisal en kokos . De strovezels zijn in veel delen van de wereld te vinden en het is een voorbeeld van een goedkope versterking voor biocomposieten. De houtvezels kunnen worden gerecycled of niet-gerecycled. Zo worden veel polymeren zoals polyethyleen (PE), polypropyleen (PP) en polyvinylchloride (PVC) gebruikt in de houtcomposietindustrie.

Vlas toepassingen

Vlas-linnencomposieten werken goed voor toepassingen die een lichter alternatief zoeken voor andere materialen, met name toepassingen in auto-interieurcomponenten en sportuitrusting. Voor auto-interieurs heeft Composites Evolution prototypen uitgevoerd voor de Land Rover Defender en de Jaguar XF, waarbij het vlascomposiet van de Defender 60% lichter is dan de productie-tegenhanger met dezelfde stijfheid, en het vlascomposietdeel van de XF 35% lichter dan het productieonderdeel. bij dezelfde stijfheid

Op het gebied van sportuitrusting produceerde Ergon Bikes een conceptzadel dat de eerste plaats won onder 439 inzendingen in de categorie Accessoires op de Eurobike 2012, een grote vakbeurs voor de fietsindustrie. VE Paddles heeft een bootpeddelblad geproduceerd. Flaxland Canoes heeft een kano ontwikkeld met een bekleding van vlaslinnen. Magine Snowboards heeft een snowboard ontwikkeld waarin vlaslinnen is verwerkt. Samsara Surfboards heeft een vlaslinnen surfboard geproduceerd. Idris Ski's Lynx won in 2013 een ISPO Award voor de Lynx ski

Vlaslinnencomposieten zijn ook geschikt voor toepassingen waarbij de uitstraling, het gevoel of de klank van hout gewenst is, maar niet vatbaar voor kromtrekken. Toepassingen zijn onder meer meubels en muziekinstrumenten. In meubels ontwierp een team van de Sheffield Hallam University een kast met volledig duurzame materialen, waaronder vlaslinnen. Voor muziekinstrumenten heeft Blackbird Guitars een ukelele gemaakt van vlaslinnen die een aantal designprijzen in de composietindustrie heeft gewonnen, evenals een gitaar

Groene composieten

Groene composieten worden geclassificeerd als een biocomposiet gecombineerd door natuurlijke vezels met biologisch afbreekbare harsen. Ze worden groene composieten genoemd, vooral vanwege hun afbreekbare en duurzame eigenschappen, die gemakkelijk kunnen worden verwijderd zonder het milieu te schaden. Vanwege hun duurzaamheid worden groene composieten vooral gebruikt om de levenscyclus van producten met een korte levensduur te verlengen.

Hybride composieten

Een andere klasse biocomposiet heet 'hybride biocomposiet', dat is gebaseerd op verschillende soorten vezels in een enkele matrix. De vezels kunnen synthetisch of natuurlijk zijn en kunnen willekeurig worden gecombineerd om de hybride composieten te genereren. De functionaliteit is rechtstreeks afhankelijk van de balans tussen de goede en slechte eigenschappen van elk afzonderlijk materiaal dat wordt gebruikt. Bovendien kan bij gebruik van een composiet dat nog twee soorten vezels in de hybride composiet zit, de ene vezel op de andere staan ​​als deze geblokkeerd is. De eigenschappen van dit biocomposiet zijn rechtstreeks afhankelijk van de vezels die hun gehalte, lengte, rangschikking en ook de binding aan de matrix tellen. Met name de sterkte van de hybride composiet hangt af van de faalspanning van de afzonderlijke vezels.

Henneptoepassingen

Hennepvezelcomposieten werken goed in toepassingen waar gewichtsvermindering en verhoogde stijfheid belangrijk zijn. Voor consumentengoederen heeft Trifilon een aantal biocomposieten van hennepvezel ontwikkeld ter vervanging van conventionele kunststoffen. Koffers, koelboxen, hoesjes voor mobiele telefoons en cosmetische verpakkingen zijn gemaakt van hennepvezelcomposieten.

  • Image

    Koffer van hennepvezelcomposiet

  • Image

    Hennepvezelcomposiet - cosmetische verpakkingen

  • Image

    Hennepvezelcomposiet - hoes voor mobiele telefoon

Verwerken

Image
Compounding proces, biocomposiet materialen op basis van thermoplastische polymeren zoals polypropyleen en polyethyleen worden verwerkt door compounderen en extrusie.

Bij de productie van biocomposieten worden technieken gebruikt die worden gebruikt om kunststoffen of composietmaterialen te vervaardigen. Deze technieken zijn onder meer:

Referenties

Bibliografie