Herstellung von robusten Naturfaser-Preforms Verwendung Bakteriencellulose als Binder

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, robuste und steife Naturfaser-Preforms mit bakterieller Cellulose als Bindemittel herzustellen und nachwachsende hierarchische Komposite mit einem konventionellen Kompositherstellungsverfahren herzustellen. Dies wird erreicht, indem zunächst eine Suspension aus bakterieller Zellulose in Wasser hergestellt wird. Der zweite Schritt besteht darin, die losen kurzen Naturfasern in die bakterielle Zellulosesuspension zu dispergieren.

Als nächstes wird die resultierende bakterielle Naturfaser-Zellulosesuspension filtriert, um das überschüssige Wasser zu entfernen. Der letzte Schritt besteht darin, den Filterkuchen zu einem robusten und steifen Faser-Preform zu verfestigen und zu trocknen. Letztendlich kann diese Faservorform anschließend mit einem flüssigen Harz infundiert werden, um hochleistungsfähige, mit bakteriellen Zellulose verstärkte naturfaserverstärkte erneuerbare Verbundwerkstoffe herzustellen.

Vor Beginn dieses Verfahrens messen Sie die Menge an nasser bakterieller Zellulose, die 18 Gramm trockener bakterieller Zellulose entspricht, aus einer vorbestimmten nassen bis trockenen Masse bakterieller Zellulose. Schneiden Sie anschließend die nassen bakteriellen Zelluloseschalen mit einer scharfen Schere in kleine Stücke von etwa ein bis zwei Zentimetern. Nach dem Schneiden die bakteriellen Zelluloseschalen in einem Liter Wasser einweichen, um sie mit Feuchtigkeit zu versorgen.

Geben Sie die geschnittenen bakteriellen Zelluloseschalen in einen Mixer und fügen Sie 300 bis 500 Milliliter Wasser hinzu, damit der Mixvorgang reibungslos verläuft. Dann die Les zwei Minuten lang pürieren. Wenn Sie fertig sind, gießen Sie die gemischte bakterielle Zellulose in einen 15-Liter-Behälter und fügen Sie Wasser hinzu, bis das Gesamtwasservolumen 14 Liter beträgt, was eine bakterielle Zellulosekonzentration im Wasser von 0,1 Gewichtsprozent pro Volumenprozent ergibt.

Schneiden Sie anschließend 72 Gramm lose Fasern in ein bis zwei Zentimeter lange Fasern und geben Sie sie in die bakterielle Zellulosesuspension. Rühren Sie die Suspension vorsichtig mit einem Spatel um, um eine homogene Verteilung der Sisalfasern in der bakteriellen Cellulosesuspension zu gewährleisten. Füllen Sie zu diesem Zeitpunkt den Blechformer mit entionisiertem Wasser, bis der Wasserstand den Stützdraht erreicht.

Legen Sie einen 50-Mesh-Metallformdraht auf den Trägerdraht, der in der Basis der Blechform zentriert ist, schließen Sie die Blechform und verriegeln Sie sie. Dann zusätzlich frisches Wasser hinzufügen, bis der Formdraht in Wasser getaucht ist. Gießen Sie die vorbereitete bakterielle Sisalfaser-Zellulosesuspension in die Blechform.

Rühren Sie die Suspension vorsichtig mit dem Spachtel um, um sicherzustellen, dass die Größe der Fasern gleichmäßig in der Form verteilt ist. Öffnen Sie anschließend das Ablassventil, um das Wasser abzulassen, was zur Bildung eines nassen Filterkuchens aus Sisalfasern und bakterieller Zellulose auf dem Formdraht führt. Öffnen Sie unmittelbar nach dem Ablaufen des Wassers die Blechform und entfernen Sie den Formdraht.

Lege den Formdraht auf ein Blatt Löschpapier. Legen Sie dann drei weitere Löschpapiere auf den Filterkuchen, gefolgt von einer Metallplatte. Drehen Sie anschließend den Filterkuchen mit dem Formdraht um.

Entfernen Sie es nun nach oben und legen Sie drei weitere Löschpapiere direkt auf den Filterkuchen, gefolgt von einer Metallplatte. Lege ein 10 Kilogramm schweres Gewicht auf die Metallplatte, um das Wasser herauszudrücken. Wenn die Löschpapiere vollständig durchnässt sind, ersetzen Sie sie durch frische Löschpapiere und drücken Sie den Filterkuchen erneut mit einem Gewicht von 10 Kilogramm an.

Nachdem die Löschpapiere ein letztes Mal ausgetauscht wurden, führen Sie eine abschließende Pressung von einer Tonne in einer Heißpresse durch, um den Faserpreform zu verfestigen. Erhitzen Sie die Heißpresse auf bis zu 120 Grad Celsius, um die Verdunstung des Restwassers zu unterstützen. Reduzieren Sie nach vier Stunden die Temperatur der Heißpresse auf Raumtemperatur und entfernen Sie den Preform, sobald er abgekühlt ist.

Platzieren Sie druckempfindliches Klebeband um die Peripherie des internen und externen Setups. Im Anschluss an diese Stelle folgt der Preform auf der Werkzeugseite, der aus einem nicht porösen Polytetrafluorethylen- oder PTFE-beschichteten Glastrenngewebe besteht. Decken Sie den Preform mit einem porösen, PTFE-beschichteten Glastrenngewebe ab, das auch als Abreißgewebe bezeichnet wird, gefolgt von einem porösen Fließmedium.

Positionieren Sie die Omega-Schläuche am vorgesehenen Harzeinlass und -auslass der vakuumunterstützten Harzinfusion oder des Vari-Setups. Stellen Sie sicher, dass die Omega-Schläuche auf dem porösen Fließmedium platziert werden, damit sich das Harz in der Vari-Anordnung verteilen kann. Führen Sie während der Infusion die Zu- und Auslassschläuche des Harzes in die Öffnungen der Omega-Schläuche ein. Decken Sie dann die Einrichtung mit der Absackfolie auf Fluorethylenpolymerbasis ab und versiegeln Sie sie mit druckempfindlichem Klebeband.

Legen Sie eine Metallplatte auf den Innenbeutel, wo dem Faserpreform ein Stück Entlüftungstuch folgt. Sobald der Harzzufuhrschlauch versiegelt ist, positioniere das andere Ende des Harzauslassrohrs auf dem Entlüftungstuch. Nachdem Sie die Position identifiziert haben, an der sich das Vakuumventil durch den Beutel befinden sollte, legen Sie das untere Teil des Ventils auf das Entlüftungstuch.

Legen Sie eine Vakuumfolie auf den Innenbeutel und verschließen Sie ihn. Legen Sie dann die Platte auf das Dichtband, um die Versiegelung zu vervollständigen. Schneiden Sie ein kleines X auf die Vakuumierfolie, wo sich das untere Teil des Ventils befindet, und schrauben Sie das obere Stück ein, um den Durchgangsbeutel zu vervollständigen.

Vakuumventil. Schließen Sie die Schnellkupplung an und legen Sie ein Vakuum an. Überprüfen Sie dann auf Vakuumlecks.

Bereiten Sie als Nächstes das Harz vor, indem Sie das Epoxidharz und den Härter in einem Gewichtsverhältnis von 100 zu 19 mischen. Entgasen Sie das Harz bei reduziertem Druck, um alle Luftblaseneinschlüsse während des Mischens von Epoxidharz und Härter zu entfernen. Sobald festgestellt wurde, dass die Einrichtung leckagefrei ist, führen Sie das Harz über den Schlauch zu, der mit dem Omega-Rohr verbunden ist, und stellen Sie sicher, dass das Harz langsam zugeführt wird, damit es Zeit hat, in die Faservorform zu imprägnieren.

Lassen Sie das Harz aus dem Auslassrohr des Harzes austreten und ziehen Sie es in das Entlüftungstuch, bis keine Luftblasen mehr aus dem Auslassrohr austreten. Verschließen Sie zum Schluss das Auslassrohr und lassen Sie das Harz 24 Stunden lang bei Raumtemperatur aushärten, gefolgt von einem Nachhärtungsschritt bei 50 Grad Celsius für 16 Stunden ohne bakterielles Zellulosebindemittel. Die kurzen losen Sisalfasern werden nur durch Reibung und Verwicklungen zwischen den Fasern zusammengehalten.

Infolgedessen ist dieser Preform locker und nicht in der Lage, viel Gewicht zu tragen. Hier ist die Sisalfaser-Preform ohne bakterielle Zellulose zu sehen. Da es sich um ein Bindemittel handelt, das im Dreipunktbiegemodus belastet wird, ist der Preform ziemlich locker, und wenn eine Belastung durch Zugabe von 40 Gramm Wasser in den Polypropylenbecher aufgebracht wird, beginnt der Preform stark durchzubiegen.

Als jedoch 28 % bakterielle Zellulose als Bindemittel für diese kurzen und losen Sisalfasern verwendet wurden, wurde ein Hartfaser-Preform hergestellt. Dieser Preform hält der Belastung eines vollen Polypropylenbechers mit einem Gewicht von 170 Gramm stand, ohne dass es zu einer nennenswerten Durchbiegung kommt. Hier sind rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen einer typischen bakteriellen Cellulose-Sisalfaser-Preform zu sehen.

Es ist zu sehen, dass bakterielle Zellulose die Oberfläche der Sisalfasern bedeckt. Dieser Effekt ist auf die hydrophile Natur der Sisalfasern zurückzuführen. Die hydrophile Natur von Sisalfasern absorbiert Wasser und zieht die bakterielle Zellulose ein, die im Medium dispergiert ist.

Da bakterielle Zellulose größer ist als die Poren von Naturfasern, konnten sie nicht in die Fasern eindringen. Stattdessen wurden sie gegen die Oberfläche der Sisalfasern filtriert und bildeten beim Trocknen der Fasern eine Schicht aus bakterieller Zellulosebeschichtung. Die mechanische Leistung dieser Faserpreforms unter Zug wird hier aufgrund der porösen Beschaffenheit der Faserpreforms mit einer Porosität von ca. 70 % tabellarisch dargestellt. Die Zugfestigkeit des Preforms ist nicht genau definiert.

Dazu werden die Zugkraft und der Zugindex der Probe tabellarisch erfasst. Eine Zugkraft und ein Zugindex von 12,1 Kilonewton pro Meter bzw. 15 Newtonmeter pro Gramm wurden gemessen, wenn 20 Gewichtsprozent bakterielle Zellulose als Bindemittel verwendet wurden. Die Zugeigenschaften von reinen Sisalfaser-Preforms waren jedoch nicht messbar, da der Faser-Preform locker ist.

Unsere Technik ebnete Materialwissenschaftlern und Ingenieuren den Weg, die Nutzung von Nanozellgesetzen bei der Entwicklung hierarchischer erneuerbarer Hochleistungsverbundwerkstoffe zu erforschen.