В условиях все более серьезной проблемы загрязнения окружающей среды постепенно растет осведомленность о социальной защите окружающей среды, а также развивается тенденция использования натуральных материалов. Экологичность, легкость, низкое энергопотребление и возобновляемость растительных волокон привлекают большое внимание. В обозримом будущем ожидается их интенсивное развитие. Однако растительные волокна представляют собой гетерогенный материал со сложным составом и структурой, а их поверхность содержит гидрофильные гидроксильные группы. Сродство с матрицей требует специальной обработки для улучшения свойств композита. Растительные волокна используются в композитных материалах, но в большинстве случаев это короткие и прерывистые волокна. Их первоначальные превосходные свойства не используются в полной мере, и они применяются только в качестве наполнителей. Внедрение технологии плетения стало бы хорошим решением. Заготовки из тканых растительных волокон могут обеспечить больше вариантов характеристик для композитных материалов, но в настоящее время они используются относительно редко и заслуживают дальнейших исследований и разработок. Если мы сможем переосмыслить традиционный метод использования волокон и внедрить современные концепции композитных технологий для его улучшения, повышения преимуществ использования и устранения присущих ему недостатков, это позволит придать растительным волокнам новую ценность и расширить их применение.
Растительные волокна всегда были неотделимы от повседневной жизни человека. Благодаря удобству и возобновляемости, растительные волокна стали незаменимым материалом. Однако с развитием технологий и подъемом нефтехимической промышленности искусственные волокна и пластмассы постепенно вытеснили растительные волокна в качестве основных материалов благодаря преимуществам высокоразвитых технологий производства, разнообразию продукции и хорошей долговечности. Тем не менее, нефть не является возобновляемым ресурсом, а проблемы утилизации отходов, связанные с утилизацией таких продуктов, и большие объемы выбросов загрязняющих веществ в процессе производства заставили людей переосмыслить пригодность материалов. В условиях стремления к защите окружающей среды и устойчивому развитию, натуральные растительные волокна вновь привлекли к себе внимание. В последние годы композитные материалы, использующие растительные волокна в качестве армирующих материалов, начали получать все большее признание.
Растительное волокно и композит
Композитная структура может быть спроектирована в процессе производства. Волокно, обернутое матрицей, обеспечивает полную и специфическую форму материала, защищает волокно от разрушения под воздействием окружающей среды, а также служит мостиком для передачи напряжений между волокнами; при этом волокно, благодаря своим превосходным механическим свойствам, принимает на себя большую часть внешней силы и может передавать специфическое расположение, выполняя различные функции. Благодаря своей низкой плотности и высокой прочности, растительное волокно может улучшить механические свойства и поддерживать низкую плотность при изготовлении композитов из армированного волокнами полимера (FRP). Кроме того, растительные волокна в основном представляют собой агрегаты растительных клеток, а полости и зазоры в них обеспечивают материалу превосходные теплоизоляционные свойства. При воздействии внешней энергии (например, вибрации) оно также выигрывает от своей пористости, которая позволяет энергии быстро рассеиваться. Более того, весь процесс производства растительного волокна выделяет меньше загрязняющих веществ и использует меньше химикатов, имеет более низкую рабочую температуру, обладает преимуществом более низкого энергопотребления, а также меньшей степенью механического износа в процессе обработки; кроме того, растительное волокно обладает природными возобновляемыми характеристиками, что позволяет достичь устойчивого производства при разумном управлении и контроле. Благодаря современным технологиям удалось эффективно контролировать процессы разложения и устойчивость материалов к атмосферным воздействиям, что позволяет им разлагаться после завершения жизненного цикла изделия без накопления отходов, а также за счет углерода, выделяемого при разложении, который также образуется в процессе первоначального роста. Таким образом, источник углерода в атмосфере может быть углеродно-нейтральным.
Дата публикации: 30 июня 2021 г.
