Doğal Fiber Dondurmalarına Giriş
Doğal fiberler, malzeme bilimi ve mühendisliğinde cam ve karbon fiberleri gibi sentetik takviyelere önemli bir yol katladılar. Güç uygulamalarında performanslarını dikte eden kritik bir mekanik özellik - bu fiberler teklif edilebilirlik, biyodegradability, ve maliyet-maliyet, onları kompozitler, tekstiller ve inşaat malzemeleri için cazip hale getirmek.
Bu makale, bu özellikleri etkileyen faktörler hakkında ayrıntılı bir inceleme sağlar ve mevcut ve ortaya çıkan uygulamalarla ilgili olarak, doğal fiberlerin güçlendirme senaryolarının temel kavramlarını kapsar, çevresel sorumluluklarla mekanik talepleri dengelemek için mekanik talepleri araştırır.
Güçlü Çekme Nedir?
Mekanik güç, bir malzemenin kırılabilmesi veya parçalanmadan önce çekilmesiyle ilgili olarak tanımlanır. Yüksek güç değerleri, genellikle megapascals (MPa) veya gigapascals (GPa) için daha uygun hale gelir. Fibers için, malzemenin yükü altından uzaklaştırma ve kırılma kabiliyetini gösteren kritik bir parametredir.
Doğal fiberlerde çekme gücü, tek fiber veya ASTM D3822 gibi sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabitlenir ve sabit bir şekilde çekilirken, sonucun ve elongasyon kaydedilerek, sadece güç veya ASTM D3039393'ü de ısıtın, tipik bir testte, tek bir fiber veya fiber paketler için, eğriler için sabit bir elastik ve sert bir şekilde çekilir ve sabit bir şekilde çekilir ve sertleşir.
Doğal liflerin çekme gücünün, kontrollü koşullar altında üretilen sentetik fiberlerin aksine, doğal olarak değişkenlik yöntemleri, hasat süresi, ekstraksiyon yöntemleri ve post-işlevleme yöntemlerinden etkilendiğini belirtmek önemlidir.Bu nedenle, bildirilen güç değerleri genellikle bir aralık olarak verilir ve mühendisler bileşenleri tasarlarken bu değişkenliği dikkate almalıdır.
Dondurucunda Kullanılan Doğal Fiberlerin Türleri
Doğal fiberlerin geniş bir dizi takviye malzemeleriyle kullanılır, her biri mekanik özellikleri, kullanılabilirliği ve maliyetin eşsiz bir kombinasyonunu getirir.En yaygın türleri bazt fiberleri içerir (Bükköklerden), yaprak fiberleri ve tohum veya meyve fiberleri içerir. Aşağıda, takviyede kullanılan birincil fiberlerin bir genel bakışıdır.
Jute
Jute en uygun ve yaygın olarak üretilen doğal fiberlerden biridir, 200'den 400 MPa'ya kadar kaynaklanır.) Bitkiyi absorbe etmek için yüksek hücreli içerik (yaklaşık% 60-70) ve düşük mikropril açı, ki bu da düşük yükli panellerde genellikle yüksek oranda güçlendirilir.
Omp
Hemp fibers, ESRAT:0)Cannabis, yüksek basınçlı elektrik santralleri için (yaklaşık 600 ila 900 MPa arasında bildirilen yüksek dayanıklılık ve UV radyasyonuna karşı direnç gösterir ve onları otomotiv içleri, inşaat malzemeleri ve yüksek performanslı biyokompozitler için uygun hale getirir.
Flax
Flax fiberler, 500'den 800 MPa'ya kadar uzanan güçlü yanlıları (70-80) ve düşük mikrofibril açı (yaklaşık 10°) sonucu tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılıyor ve giderek daha fazla karbonatları için paslanmaz çelik paneller için kabul ediliyor.
Sisal
Sisal fiberler, 300-600 MPa aralığında, orta sertlik ve iyi etki direnci ile, Sisal sert ve dayanıklı, çimento bazlı kompozitlerde takviye için uygun hale getirirler. Ancak yüksek ligin içeriği (% 10-15) yüzey tedavileri uygulanamazken, polimer matriks ile zayıf bağlara yol açabilir.
Coconut Coir
Coir, Hindistan'ın yüksek basınçlı gücü (200-300 MPa) tarafından karakterize edilir ve bu da esneklik ve enerji absorpsiyonunu gerektiren uygulamalarda faydalı olur. Coir, moist ortamlarda avantajlıdır.
Diğer Notable Fibers
Yukarıda da kullanılan diğer doğal fiberler, takviyede kullanılan diğer doğal fiberler, jöle, bambu ve çam yaprak fiberleri içerir: ramie çok yüksek yüksek yüksek yüksek basınçlı gücü vardır (daha az kullanılabilir; kenaf, fiberler düzgün bir şekilde çıkarılan 700 MPa üzerinde güçlülere ulaşabilir; ve çam uygulamaları iyi nem direnci ile orta güç sağlar.
Doğal Fiberlerin Karşılaştırmalı Mekanik Güçleri
Doğal fiberlerin çekme gücü, yukarıda tartışılan fiberler için geniş bir aralıkta, hemp için 900 MPa'ya kadar eşer olarak düşükten geniş bir aralıkta yayılıyor.
- [FONT=0)Jute: [Döntme gücü 200-400 MPa; Elastik modulus 10–30 GPa; Elongation at break 1.0-2.0% 10
- [FONT:0)Hemp: [Döntme gücü 600-900 MPa; Elastik modulus 30–60 GPa; Elongation at break 1.6-3.0%
- [FONT=0)Flax: [Dönetici: 500-800 MPa; Elastik modulus 27-50 GPa; Elongation at break 1.2-2.5%
- [FONT:0)Sisal: [Döntme gücü 300-600 MPa; Elastik modulus 9-22 GPa; Elongation at break 2.0-4.5%
- [FONT:0]Coconut koir: [Döntme gücü 200-300 MPa; Elastik modulus 4-6 GPa; Elong 15–40% 10
Bu karşılaştırmadan itibaren hemp ve flax fiberlerin ortak doğal fiberler arasında en yüksek çekme güçlü yanlarını sergilediği açıktır, onları yüksek performanslı takviye için tercih edilen kompozit seçimler yapar. Ancak, seçim aynı zamanda maliyet, kullanılabilirlik, matrixle uyumluluk gibi diğer faktörlere de bağlıdır. Örneğin, coir'in yüksek elongasyonu, etkili kompozitler için ideal kılarken, düşük maliyet düşük maliyetle kullanımlara da bağlıdır.
Mekanik Güçleri Etkileyen Faktörler
Doğal fiberlerin çekme gücü biyolojik, kimyasal ve fiziksel alanları kapsayan birçok ilişkili faktör tarafından etkilenmektedir. Bu faktörleri anlamak, mühendislere uygun fiberleri seçmelerini ve istenen mekanik özellikleri elde etmelerini sağlar.
Fiber Yapı ve Kompozisyon
Doğal fiberler, öncelikle hücreli, hemicellulose, lignin, pectin ve balmumus. Hücre mikrofibriller, yüksek güç ve sertlik ile sonuçlanan temel yük devretme elemanıdır; onlar için daha büyük bir açı (örneğin, daha küçük bir mikropril açısı) daha yüksek çözünürlükte, 10° daha yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek içerikli ve daha yüksek içerikli ile daha yüksek çözünürlükte.
Fiber Maturity ve Zamanlı Zaman
Fibers, bitki olgunluğunun doğru aşamasında hasat edilmiş, kalın hücre duvarları ve daha tam hücreli kristalleşmeye sahip olabilir; altmış pencereler onları çok zayıflarken, hemp iyileştirici renkler ortaya çıkardı. Örneğin, flax retting (kökten gelen mikrobiyal işlem) dikkatle kontrol edilir; aşırı sağlanmış hasarlar, lifler de onları terk eder.
Moisture Content
Su doğal fiberlerde plastikleştirici olarak davranır, takviye uygulamaları için en fazla 30-50 kaybeder ve kompozitler uygun taşıyıcı veya matris malzemeleri kullanarak nemden korunmalıdır.
İşleme Yöntemleri
Ekstraksiyon ve işleme adımları – yeniden gezi, dekorasyon, kartlama ve yüzey tedavisi gibi – önemli ölçüde fiber bütünlüğü etkileyebilir. Mekanik ekstraksiyon mikro-kırık ve fiber mola, daha düşük güç. Kimyasal tedaviler, çok agresif olsa da, 200 °C) ısıtılır.
İmurities and Defects
Doğal fiberler, cimriler gibi boşluklar içerir ve yüzey çatlakları yük altında başarısızlıklar olarak hizmet eder. Removing impurities through scouring or alkali tedavi Fiber power and homogeneity.
Mekanik Güçlendirme ve Tedavi Yöntemleri
Doğal liflerin doğal değişkenliği ve sınırlamalarının üstesinden gelmek için, birkaç kimyasal ve fiziksel yüzey tedavileri geliştirildi. Bu yöntemler fiber-matrix adhesion'u geliştirmek, nem absorpsiyonunu azaltmak ve hatta fiber yapısını değiştirerek intrinsic çekmeyi amaçlamaktadır.
Yağ Tedavisi (Mercerization)
sodyum hidroxide (NaOH) ile yağ tedavisi en yaygın yöntemlerden biridir. Bazı fiberlerde (örneğin, ligin ve yüzey boşlukları, daha hücreli mikrofibrilleri açığa çıkarır.Bu kabarık yüzey, matrixle birlikte mekanik sıkışıklığı artırmaktır. ek olarak, alkali tedavi, 2-4 saat boyunca sıcaklıkta % 10-30 oranında artabilir.
Silane Coupling Agents
Silaneler, hidrophilic fiber ve hidrofobik polimer matrisi arasındaki kimyasal bir köprü oluşturan organik silikon bileşiklerdir. Silane tedavi kaplamaları, fiber yüzeyi hem de hücreli ve matrislerden sonra bile orijinal güçlerin %90'ını korumak için gösterilmiştir.
Acetylation
Acetylation, susamıkırıklık gruplarının kuru gücü önemli ölçüde artırmıyor, özellikle de dış uygulamalarda bulunan ve koir için faydalıdır.
Fiziksel Tedaviler
Plazma tedavisi, koroner deşarjı ve kumarlama, fiber yüzey enerjisini kimyasal maddeler olmadan değiştirmek için fiziksel yöntemlerdir. Bu tedaviler yüzeysel siteler yaratır ve yüzeyleri kabarır, yüksek çözünürlük olmadan bağ geliştirmek. Plazma tedavisi, örneğin, zayıf yüzey tabakaları kaldırarak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan sisli fiberlerin yüksekliğini artırmak için gösterilmiştir.
Enzyme Retting
Biyolojik redüksiyon enzimleri (örneğin, pectinas) kimyasal retting için bir eco-friendly alternatiftir. Bu seçici olarak incelenebilir ve hemicellulose'ye zarar vermeden, genellikle daha güçlü, daha üniformalı fiberler ile üretilir.
Doğal Fiberlerin Donmalarında Uygulamaları
Mekanik özellikleri ve sürdürülebilirliği eşsiz kombinasyonunun yanı sıra, doğal fiberler birden çok endüstride çeşitli takviye uygulamalarında istihdam edilir. Aşağıdaki bölümler önemli sektörler vurgulamaktadır.
Otomotiv Endüstri Endüstri Endüstri
Doğal fiber kompozitler, kapı panelleri, koltuk gerileri, panjur taşıyıcıları ve gövde astarları gibi otomotiv iç parçalarında giderek daha fazla kullanılır. Hemp, flax ve kenaf fiberler genellikle polilactic asit (PLA) triks ile hafif, ses-absorbing bileşenleri ağırlık eklemeden karşılamak için kullanılır. Örneğin, 0.0DÜT:0) Doğal fiber kompozitler tarafından kullanılır[/FONT][/FONT][/FONT) · araba ayak izi azaltmak için düzenli olarak tahrik edilir.
İnşaat ve Yapı Malzemeleri
İnşaatta, doğal fiberler çimentoyu güçlendiriyor, gypsum ve polimer kompozitleri. Jute ve sisal fiberler beton panellerin ve duvar tahtalarının basınç direncini geliştiriyorlar.Sıtlama koir çatı levhalarında ve yalıtım levhalarında kullanılıyor, çünkü Flax-reinforce polimer rebars beton yapılarında çelik için korozyona dayanıklı alternatifler olarak keşfediyor.
Havacılık ve Deniz
Cam veya karbon fiber kadar yaygın olmasa da, doğal fiber kompozitler, düşük ağırlık ve vibrasyonun faydalı olduğu yerlerde (örneğin, kolrests, koltuk gerileri) ve deniz teknelerinde (örneğin, güverte bileşenleri, iç paneller) daha fazla sürdürülebilir olmanın ek avantajı ile cam fiber cam elyaf ile karşılaştırılabilir özel bir sertlik sunuyor.
Tekstil ve Ambalaj
Katı kompozitlerin ötesinde, doğal fiberler, ipler, netler ve koruyucu kumaşlar için teknik tekstilleri güçlendiriyor. Biyodegrad edilebilir paketleme malzemeleri, plastik tabanlı çözümlerle takviye ediyor, fiberlerin çekme gücünü kullanarak ısıtıyor.
Spor ve Spor
Doğal fiber kompozitler spor ürünleri pazarına girdi - sörf tahtaları, snowboardlar, bisiklet çerçeveleri ve tenis rafları. Flax-reinforced epoxy bisikletleri, örneğin, iyi bir sertlikle, kömürle çekici bir sürüş sunmak için.
S Sentetik Fiberlerle Karşılaştırma
Doğal fiberleri takviye için değerlendirildiğinde, konvansiyonel sentetik takviyelerle çekmenin talimatı verilir. Cam fiberler 2.000-3,500 MPa, karbon fiberleri, 3,500-7.000 MPa ve aramid fiberler (e.g., Kevlar) ile karşılaştırıldığında, örneğin, daha düşük çözünürlükte olan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte 500 / cm3 ile daha düşük çözünürlükte olan yüksek çözünürlükte (örneğin, yüksek çözünürlükte) otomatik olarak yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan 3500 / cm3 ile karşılaştırıldığında, yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte (örneğin, yüksek çözünürlükte) otomatik olarak).
Meydanlar ve Future Outlook
Sözlerine rağmen, doğal fiberler yüksek performanslı takviyede yaygın olarak kabul edilen birkaç zorlukla karşı karşıyadır. Mekanik matriksler için çekme ısıtılabilirlik ısıtılır.Sürücük duyarlılık önemli bir konudur, su absorpsiyonları hem de fiber ve optik yükselteçleri gerektirir.
Geleceğin araştırmaları, gelişmiş fiber tedavi teknikleri aracılığıyla bu engellerin üstesinden gelmeye odaklanmıştır, daha iyi fiber-matrix arayüzleri anlamak ve doğal fiberleri küçük miktarlarda sentetik fiberleri gelişmiş güç için birleştiren karma kompozitlerin geliştirilmesine odaklanmıştır.In nanocellulose ekstraksiyon ve takviye olarak kullanılan nanofibrillerin kullanımı, daha fazla doğal-derived malzemeleri sentetik karşılaştırmalara daha yakınlaştırmaya zorlayabilir.
Dahası, GEZE:0), doğal fiber takviye altındaki doğal liflerin çekme davranışı üzerinde çalışmalar devam ediyor ), kaza-absorbing otomotiv parçalarında kullanım potansiyelini genişletiyor.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Doğal fiberlerin çekme gücü yaygın olarak değişir - 200 MPa'dan fazla hemp için 900 MPa'ya kadar - ve fiber yapısı, olgunluk, işleme, nem ve yetersizlikler tarafından etkilenir. Doğal fiberler henüz güvenilir çelik veya karbon fiberleri ile eşleştirilemeyecek olsa da, özellikle uygun yüzey tedavileri ve matris seçimi ile bir araya geldiğinde, endüstriyel tasarımda, paketlemelerde ve tüketici ürünleri uygulamaları ile daha verimli bir şekilde hizmet eder ve tedavi teknolojileri ve kompozit tasarımlarında devam eder.