制造业的鲁棒天然纤维预制体的利用细菌纤维素为粘结剂

该程序的总体目标是使用细菌纤维素作为粘合剂制造坚固而坚硬的天然纤维预制件，并使用传统的复合材料制造工艺生产可再生的分层复合材料。这是通过首先在水中产生细菌纤维素悬浮液来实现的。第二步是将松散的短天然纤维分散到细菌纤维素悬浮液中。

接下来，过滤所得的天然纤维细菌纤维素悬浮液以去除多余的水分。最后一步是固结和干燥滤饼，以形成坚固而坚硬的纤维预制棒。最终，这种纤维预制棒随后可以注入液态树脂，以制造高性能细菌纤维素增强的天然纤维增强可再生复合材料。

在开始此过程之前，从预定的湿细菌纤维素到干质量中测量相当于 18 克干细菌纤维素的湿细菌纤维素皮的量。在此之后，使用一把锋利的剪刀将湿细菌纤维素皮切成大约 1 到 2 厘米的小块。切割后，将细菌纤维素皮浸泡在一升水中以使其水化。

将切开的细菌纤维素皮放入搅拌机中，加入 300 至 500 毫升水，使混合过程顺利进行。然后将 les 搅拌两分钟。完成后，将混合的细菌纤维素倒入 15 升容器中，加水至总水体积为 14 升，水中细菌纤维素浓度为每体积百分比 0.1 重量。

接下来，将 72 克松散的纤维切成 1 到 2 厘米长的纤维，并将它们加入细菌纤维素悬浮液中。用刮刀轻轻搅拌悬浮液，以确保剑麻纤维在细菌纤维素悬浮液中的均匀分散。此时，用去离子水填充片材成型器，直到水位达到背衬线。

将 50 目金属成型丝放在板材模架中心内的背衬线上，关闭并锁定板材模具。然后加入额外的淡水，直到成型丝浸入水中。将准备好的剑麻纤维细菌纤维素悬浮液倒入片材模具中。

用刮刀轻轻搅拌悬浮液，以确保纤维的大小在整个模具中均匀分布。在此之后，打开排水阀以排出水，这将导致在成型丝上形成剑麻纤维和细菌纤维素的湿滤饼。水排干后，立即打开片材模具并取出成型丝。

将成型丝放在一张吸墨纸上。然后在滤饼顶部放置三张额外的印迹纸，然后放置一块金属板。接下来，用成型丝翻转滤饼。

现在面向顶部，将其取出，然后将另外三张印迹纸直接放在滤饼顶部，然后放一块金属板。将 10 公斤的重物放在金属板顶部，将水压出。当吸墨纸完全浸泡后，用新的吸墨纸更换它们，并使用 10 公斤的重量再次压制滤饼。

最后一次更换印迹纸后，在热压机中进行一吨的最终压榨，以巩固纤维预塑。将热压机加热至 120 摄氏度，以帮助蒸发残留的水。四小时后，将热压机的温度降低到室温，并在预成型件冷却后取出预成型件。

将压敏胶带贴在内部和外部设置的外围。在此位置之后，模具侧顶部的预制件，由无孔聚四氟乙烯或 PTFE 涂层玻璃离型布组成。用多孔 PTFE 涂层玻璃离型布（也称为剥离层）覆盖预制棒，然后用多孔流动介质覆盖。

将 omega 管放置在真空辅助树脂灌注或 vari 设置的预期树脂入口和出口处。确保将 omega 管放置在多孔流动介质的顶部，以使树脂分布到 vari 设置中。在灌注过程中，将树脂进料管和出口管插入 omega 管的开口中。然后用基于含氟乙烯聚合物的装袋膜覆盖装置，并使用压敏胶带密封。

在内袋顶部放置一块金属板，纤维预成型件后面是一块透气布。密封树脂进料管后，将树脂出口管的另一端放在通气布的顶部。确定穿袋式真空阀的位置后，将阀门的底部放在通气布的顶部。

将真空袋膜放在内袋顶部并密封。然后将板放在密封胶胶带上以完成密封。在真空袋膜上剪一个小 X，在阀门底部所在的位置，然后拧入顶部以完成通袋。

真空阀。连接快速连接接头并施加真空。然后检查真空泄漏。

接下来，通过将环氧树脂和固化剂以 100 比 19 的重量比混合来制备树脂。在减压下对树脂进行脱气，以去除环氧树脂和固化剂混合过程中的所有气泡捕获。一旦确定设置无泄漏，通过连接到 omega 管的管道加入树脂，确保缓慢加入树脂，以便有时间浸渍到纤维预制件中。

让树脂从树脂出口管流出并浸泡到通气布中，直到没有气泡从出口管中流出。最后，密封出口管，让树脂在室温下固化 24 小时，然后在 50 摄氏度下进行后固化步骤 16 小时，无需细菌纤维素粘合剂。短而松散的剑麻纤维仅通过纤维之间的摩擦和缠结固定在一起。

因此，这种瓶坯很松散，无法承受太多重量。这里显示的是不含细菌纤维素的剑麻纤维预制棒。由于以三点弯曲模式施加负载的粘合剂，可以看出瓶坯相当松散，当在聚丙烯杯中加入 40 克水施加负载时，瓶坯开始严重偏转。

然而，当 28% 的细菌纤维素被用作这些短而松散的剑麻纤维的粘合剂时，制造了刚性纤维预制棒。这种瓶坯可以承受重达 170 克的全聚丙烯杯的负载，而不会发生任何明显的偏转。此处显示了典型细菌纤维素剑麻纤维预制棒的扫描电子显微照片。

可以看到细菌纤维素覆盖了剑麻纤维的表面。这种效果是由于剑麻纤维的亲水性。剑麻纤维的亲水性吸收了分散在介质中的细菌纤维素中的水分。

由于细菌纤维素比天然纤维的孔大，因此它们无法渗透到纤维中。相反，它们被过滤到剑麻纤维的表面，并在纤维干燥时形成一层细菌纤维素涂层。由于纤维预制棒的多孔性，孔隙率约为 70%。预制棒的拉伸强度没有明确定义，因此这些纤维预制棒在拉伸下的机械性能在此处制成表格。

因此，将试样的拉力和拉伸指数制成表格。当使用 12.1 重量百分比的细菌纤维素作为粘合剂时，分别测量了 15 千克牛顿/米和20 牛顿/克的拉伸力和拉伸指数。然而，由于纤维预制棒是松散的，因此无法测量纯剑麻纤维预制棒的拉伸性能。

我们的技术为材料科学家和工程师探索纳米细胞定律在分层高性能可再生复合材料开发中的应用铺平了道路。