صناعة قوية التشكيل الاستفادة من الألياف الطبيعية السليلوز البكتيرية كما بيندر

الهدف العام من هذا الإجراء هو إنشاء تشكيلات ألياف طبيعية قوية وصلبة باستخدام السليلوز البكتيري كموثق وإنتاج مركبات هرمية متجددة باستخدام عملية صنع مركب تقليدي. يتم تحقيق ذلك عن طريق إنشاء تعليق من السليلوز البكتيري في الماء أولا. الخطوة الثانية هي تشتيت الألياف الطبيعية القصيرة السائبة في معلق السليلوز البكتيري.

بعد ذلك ، يتم ترشيح تعليق السليلوز البكتيري الناتج عن الألياف الطبيعية لإزالة الماء الزائد. الخطوة الأخيرة هي دمج وتجفيف كعكة المرشح لتشكيل ألياف قوية وصلبة. في النهاية ، يمكن لاحقا غرس التشكيل الليفي هذا براتنج سائل لإنشاء مركبات متجددة معززة بالألياف الطبيعية المقواة بالسليلوز البكتيري عالية الأداء.

ويوضح هذا الإجراء ماتا, كانغ, وج.قبل البدء في هذا الإجراء, قياس كمية بيل السليلوز البكتيرية الرطبة تعادل 18 جراما من السليلوز البكتيري الجاف من كتلة رطبة إلى جافة محددة مسبقا من السليلوز البكتيري. بعد ذلك ، قم بتقطيع جلود السليلوز البكتيرية الرطبة إلى قطع صغيرة من حوالي سنتيمتر إلى سنتيمترين باستخدام مقص حاد. بعد التقطيع ، انقع حبات السليلوز البكتيرية في لتر واحد من الماء لترطيبها.

قم بتغذية قشرة السليلوز البكتيرية المقطعة في الخلاط وأضف 300 إلى 500 مل من الماء حتى تسير عملية الخلط بسلاسة. ثم اخلطي اليس لمدة دقيقتين. عند الانتهاء ، اسكب السليلوز البكتيري المخلوط في وعاء سعة 15 لترا وأضف الماء حتى يصبح إجمالي حجم الماء 14 لترا ، مما يعطي تركيزا للسليلوز البكتيري في الماء يبلغ 0.1 وزنا لكل حجم بالمائة.

بعد ذلك ، قم بتقطيع 72 جراما من الألياف ذات الحجم السائب إلى ألياف بطول سنتيمتر إلى سنتيمترين وأضفها إلى معلق السليلوز البكتيري. حرك المعلق برفق باستخدام ملعقة لضمان تشتت متجانس لألياف السيزال في معلق السليلوز البكتيري. في هذه المرحلة ، املأ الصفيحة السابقة بالماء منزوع الأيونات حتى يصل مستوى الماء إلى السلك الداعم.

ضع سلكا معدنيا شبكيا 50 على السلك الداعم المتمركز داخل قاعدة قالب الصفيحة وأغلق قالب الصفيحة. ثم أضف مياها العذبة الإضافية حتى يتم غمر سلك التشكيل في الماء. صب معلق السليلوز البكتيري من ألياف السيزال المحضر في قالب الصفيحة.

حرك التعليق برفق باستخدام الملعقة للتأكد من توزيع حجم الألياف بشكل متجانس في جميع أنحاء القالب. بعد ذلك ، افتح صمام التصريف لتصريف المياه ، مما سيؤدي إلى تكوين كعكة مرشح مبللة من ألياف السيزال والسليلوز البكتيري على سلك التشكيل. مباشرة بعد تصريف المياه ، افتح قالب الصفيحة وقم بإزالة سلك التشكيل.

ضع سلك التشكيل على قطعة من ورق النشاف. ثم ضع ثلاث أوراق نشاف إضافية في الجزء العلوي من كعكة الفلتر ، متبوعة بلوحة معدنية. بعد ذلك ، اقلب كعكة المرشح بسلك التشكيل.

الآن في مواجهة الجزء العلوي ، قم بإزالته وضع ثلاث أوراق نشاف إضافية مباشرة فوق كعكة المرشح ، متبوعة بلوحة معدنية. ضع وزنا 10 كيلوغرامات فوق اللوح المعدني للضغط على الماء. عندما تنقع أوراق النشاف بالكامل ، استبدلها بأوراق نشاف جديدة واضغط على كعكة الفلتر مرة أخرى باستخدام وزن 10 كيلوغرامات.

بمجرد استبدال أوراق النشاف مرة أخيرة ، قم بإجراء ضغط نهائي بمقدار طن واحد في مكبس ساخن لتوحيد تشكيل الألياف. قم بتسخين المكبس الساخن حتى 120 درجة مئوية للمساعدة في تبخر الماء المتبقي. بعد أربع ساعات ، قلل درجة حرارة المكبس الساخن إلى درجة حرارة الغرفة وقم بإزالة التشكيل بمجرد أن يبرد.

ضع شريطا حساسا للضغط حول محيط الإعداد الداخلي والخارجي. بعد هذا المكان ، التشكيل أعلى جانب الأدوات ، والذي يتكون من نسيج تحرير زجاجي مطلي بالبولي تترافلورو إيثيلين غير مسامي أو PTFE. قم بتغطية التشكيل بنسيج زجاجي مسامي مطلي ب PTFE ، والمعروف أيضا باسم طبقة التقشير ، متبوعا بوسط تدفق مسامي.

ضع أنابيب أوميغا عند مدخل ومخرج الراتنج المقصود لضخ الراتنج المدعوم بالفراغ أو إعداد متغير. تأكد من وضع أنابيب أوميغا فوق وسط التدفق المسامي للسماح للراتنج بالتوزيع في إعداد المتغير: أثناء التسريب ، أدخل تغذية الراتنج وأنابيب المخرج في فتحات أنابيب أوميغا. ثم قم بتغطية الإعداد بفيلم تعبئة قائم على بوليمر الإيثيلين الفلوري وأغلقه باستخدام شريط حساس للضغط.

ضع صفيحة معدنية أعلى الكيس الداخلي حيث يتبع تشكيل الألياف قطعة من قطعة قماش التنفس. بمجرد إغلاق أنبوب تغذية الراتنج ، ضع الطرف الآخر من أنبوب مخرج الراتنج أعلى قطعة قماش التنفس. بعد تحديد الموضع الذي يجب أن يكون فيه صمام تفريغ الكيس ، ضع القطعة السفلية من الصمام أعلى قطعة قماش التنفس.

ضع طبقة تعبئة مفرغة فوق الكيس الداخلي وأغلقها. ثم ضع اللوحة على شريط مانع التسرب لإكمال الختم. قم بقص علامة X صغيرة على فيلم التعبئة الفراغي حيث توجد القطعة السفلية من الصمام وقم بربط القطعة العلوية لإكمال الكيس.

صمام فراغ. قم بتوصيل تركيب التوصيل السريع وقم بتطبيق فراغ. ثم تحقق من وجود تسرب فراغي.

بعد ذلك ، قم بإعداد الراتنج عن طريق خلط الإيبوكسي والمقسى بنسبة وزن 100 إلى 19. قم بتفريغ الراتنج عند ضغط منخفض لإزالة جميع مصائد فقاعات الهواء أثناء خلط راتنجات الايبوكسي والمقسى. بمجرد تحديد الإعداد ذاته ليكون خاليا من التسرب ، قم بتغذية الراتنج عبر الأنبوب المتصل بأنبوب أوميغا ، وتأكد من تغذية الراتنج ببطء ، بحيث يكون لديه الوقت للتشريب في تشكيل الألياف.

اسمح للراتنج بالتدفق من أنبوب مخرج الراتنج ونقعه في قطعة قماش التنفس حتى لا يمكن ملاحظة فقاعات هواء تخرج من أنبوب المخرج. أخيرا ، أغلق أنبوب المخرج واترك الراتنج يجف لمدة 24 ساعة في درجة حرارة الغرفة ، متبوعا بخطوة ما بعد المعالجة عند 50 درجة مئوية لمدة 16 ساعة بدون مادة رابطة السليلوز البكتيرية. يتم تثبيت ألياف السيزال القصيرة السائبة معا فقط عن طريق الاحتكاك والتشابك بين الألياف.

نتيجة لذلك ، يكون هذا التشكيل فضفاضا وغير قادر على تحمل الكثير من الوزن. يظهر هنا تشكيل ألياف السيزال بدون السليلوز البكتيري. نظرا لأن الموثق ذو الحمل المطبق في وضع الانحناء ثلاثي النقاط ، يمكن رؤية التشكيل فضفاضا إلى حد ما ، وعندما يتم تطبيق الحمل عن طريق إضافة 40 جراما من الماء إلى كوب البولي بروبلين ، يبدأ التشكيل في الانحراف بشدة.

ومع ذلك ، عندما تم استخدام 28٪ من السليلوز البكتيري كموثق لهذه الألياف السيزال القصيرة والفضفاضة ، تم تصنيع تشكيل ألياف صلبة. يمكن أن يتحمل هذا التشكيل حمل كوب بولي بروبلين كامل يزن 170 جراما دون أي انحراف كبير. يتم عرض الصور المجهرية الإلكترونية الماسحة الضوئية لتشكيل ألياف السلس السليلوز البكتيرية النموذجية هنا.

يمكن رؤية السليلوز البكتيري على أنه يغطي سطح ألياف السيزال. يرجع هذا التأثير إلى الطبيعة المحبة للماء لألياف السيزال. تمتص الطبيعة المحبة للماء لألياف السيزال سحب الماء في السليلوز البكتيري المشتت في الوسط.

نظرا لأن السليلوز البكتيري أكبر من مسام الألياف الطبيعية ، فإنها لم تكن قادرة على اختراق الألياف. بدلا من ذلك ، تم ترشيحها على سطح ألياف السيزال ولتشكيل طبقة من طلاء السليلوز البكتيري عند تجفيف الألياف. يتم جدولة الأداء الميكانيكي لهذه التشكيلات الليفية تحت التوتر هنا بسبب الطبيعة المسامية للتشكيلات الليفية مع مسامية تبلغ حوالي 70٪ ، وقوة الشد للتشكيل ليست محددة جيدا.

لذلك ، يتم جدولة قوة الشد ومعامل الشد للعينة. تم قياس قوة الشد ومؤشر الشد البالغ 12.1 كيلو نيوتن لكل متر و 15 نيوتن متر لكل جرام على التوالي عند استخدام 20 بالمائة من وزن السليلوز البكتيري كموثق. ومع ذلك ، فإن خصائص الشد لتشكيلات ألياف السيزال الأنيقة لم تكن قابلة للقياس لأن تشكيل الألياف فضفاض.

مهدت تقنيتنا الطريق لعلماء ومهندسي المواد لاستكشاف استخدام قوانين الخلايا النانوية في تطوير مركبات متجددة هرمية عالية الأداء.