Fabrication robuste préformes à fibres naturelles Utilisant bactérienne Cellulose Binder

L’objectif global de cette procédure est de créer des préformes en fibres naturelles robustes et rigides en utilisant de la cellulose bactérienne comme liant et de produire des composites hiérarchiques renouvelables en utilisant un procédé de fabrication de composites conventionnel. Ceci est accompli en créant d’abord une suspension de cellulose bactérienne dans l’eau. La deuxième étape consiste à disperser les fibres naturelles courtes et lâches dans la suspension de cellulose bactérienne.

Ensuite, la suspension de cellulose bactérienne de fibres naturelles qui en résulte est filtrée pour éliminer l’excès d’eau. La dernière étape consiste à consolider et sécher le gâteau de filtration pour former une préforme en fibre robuste et rigide. En fin de compte, cette préforme de fibre peut ensuite être infusée avec une résine liquide pour créer des composites renouvelables renforcés de cellulose naturelle de haute performance.

Avant de commencer cette procédure, mesurez la quantité de particules de cellulose bactérienne humide équivalente à 18 grammes de cellulose bactérienne sèche à partir d’une masse humide prédéterminée de cellulose bactérienne. Ensuite, coupez les particules de cellulose bactérienne humides en petits morceaux d’environ un à deux centimètres à l’aide d’une paire de ciseaux tranchants. Après la coupe, faites tremper les pelles de cellulose bactérienne dans un litre d’eau pour les hydrater.

Introduisez les billes de cellulose bactérienne coupées dans un mélangeur et ajoutez 300 à 500 millilitres d’eau pour que le processus de mélange se déroule sans problème. Mixez ensuite les pendant deux minutes. Une fois terminé, versez la cellulose bactérienne mélangée dans un récipient de 15 litres et ajoutez de l’eau jusqu’à ce que le volume total d’eau soit de 14 litres, ce qui donne une concentration de cellulose bactérienne dans l’eau de 0,1 poids par pourcentage de volume.

Ensuite, coupez 72 grammes de fibres de taille lâche en fibres d’un à deux centimètres de long et ajoutez-les dans la suspension de cellulose bactérienne. Agitez doucement la suspension à l’aide d’une spatule pour assurer une dispersion homogène des fibres de sisal dans la suspension de cellulose bactérienne. À ce stade, remplissez le formateur de feuilles avec de l’eau déminéralisée jusqu’à ce que le niveau d’eau atteigne le fil de support.

Placez un fil de formage métallique de 50 mailles sur le fil de support centré à l’intérieur de la base du moule en feuille, fermez et verrouillez le moule en feuille. Ajoutez ensuite de l’eau douce supplémentaire jusqu’à ce que le fil de formage soit immergé dans l’eau. Versez la suspension de cellulose bactérienne de fibre de sisal préparée dans le moule en feuille.

Agitez doucement la suspension à l’aide de la spatule pour vous assurer que la taille des fibres est répartie de manière homogène dans tout le moule. Ensuite, ouvrez la vanne de vidange pour vidanger l’eau, ce qui entraînera la formation d’un gâteau de filtration humide de fibres de sisal et de cellulose bactérienne sur le fil de formation. Immédiatement après l’écoulement de l’eau, ouvrez le moule en feuille et retirez le fil de formage.

Placez le fil de formage sur une feuille de papier buvard. Placez ensuite trois papiers buvard supplémentaires sur le dessus du gâteau de filtration, suivis d’une plaque métallique. Ensuite, retournez le gâteau de filtration avec le fil de formage.

Maintenant, face au haut, retirez-le et placez trois papiers buvard supplémentaires directement sur le gâteau de filtration, suivis d’une plaque métallique. Placez un poids de 10 kg sur la plaque métallique pour presser l’eau. Lorsque les papiers buvard sont complètement trempés, remplacez-les par des papiers buvard frais et appuyez à nouveau sur le gâteau de filtration en utilisant un poids de 10 kilogrammes.

Une fois que les papiers buvards ont été remplacés une dernière fois, effectuez un dernier pressage d’une tonne dans une presse à chaud pour consolider la préforme de fibre. Chauffez la presse à chaud jusqu’à 120 degrés Celsius pour faciliter l’évaporation de l’eau résiduelle. Après quatre heures, réduisez la température de la presse chaude à température ambiante et retirez la préforme une fois refroidie.

Placez du ruban adhésif sensible à la pression autour de la périphérie de la configuration interne et externe. Après cet endroit, la préforme sur le dessus du côté de l’outillage, qui est constituée d’un tissu de démoulage en verre enduit de polytétrafluoroéthylène ou de PTFE non poreux. Recouvrez la préforme d’un tissu de démoulage en verre enduit de PTFE poreux, également connu sous le nom de pli pelable, suivi d’un fluide d’écoulement poreux.

Positionnez les tubes oméga à l’entrée et à la sortie de la résine assistée par le vide ou de la configuration vari. Assurez-vous que les tubes oméga sont placés sur le milieu d’écoulement poreux pour permettre à la résine de se répartir dans la configuration vari Pendant la perfusion, insérez les tubes d’alimentation et de sortie de résine dans les ouvertures des tubes oméga. Ensuite, couvrez l’installation avec le film d’ensachage à base de polymère fluoroéthylène et scellez-le à l’aide d’un ruban adhésif sensible à la pression.

Placez une plaque métallique sur le dessus du sac intérieur où la préforme en fibre est suivie d’un morceau de tissu respirant. Une fois le tube d’alimentation en résine scellé, placez l’autre extrémité du tube de sortie de résine sur le chiffon d’alimentation. Après avoir identifié la position où la soupape de vide traversante doit se trouver, placez la partie inférieure de la soupape sur le chiffon de reniflard.

Placez un film d’ensachage sous vide sur le dessus du sac interne et fermez-le. Placez ensuite la plaque sur le ruban d’étanchéité pour terminer l’étanchéité. Coupez un petit X sur le film d’ensachage sous vide à l’endroit où se trouve la partie inférieure de la valve et vissez la pièce supérieure pour compléter le sac traversant.

Soupape de dépression. Connectez le raccord rapide et appliquez un aspirateur. Vérifiez ensuite qu’il n’y a pas de fuites de vide.

Ensuite, préparez la résine en mélangeant l’époxy et le durcisseur à un rapport de poids de 100 à 19. Dégazer la résine à pression réduite pour éliminer tous les pièges à bulles d’air lors du mélange de la résine époxy et du durcisseur. Une fois que la configuration est déterminée comme étant sans fuite, alimentez la résine via le tube connecté au tube oméga, assurez-vous que la résine est alimentée lentement, de sorte qu’elle ait le temps de s’imprégner dans la préforme de fibre.

Laissez la résine s’écouler du tube de sortie de la résine et trempez-la dans le chiffon de reniflard jusqu’à ce qu’aucune bulle d’air ne puisse être observée sortant du tube de sortie. Enfin, scellez le tube de sortie et laissez la résine durcir pendant 24 heures à température ambiante, suivie d’une étape de post-durcissement à 50 degrés Celsius pendant 16 heures sans liant de cellulose bactérienne. Les fibres de sisal courtes et lâches ne sont maintenues ensemble que par frottement et enchevêtrements entre les fibres.

En conséquence, cette préforme est lâche et ne peut pas supporter beaucoup de poids. La prforme en fibre de sisal sans cellulose bactérienne est illustrée ici. En tant que liant avec une charge appliquée en mode de flexion en trois points, la préforme peut être considérée comme plutôt lâche, et lorsqu’une charge est appliquée en ajoutant 40 grammes d’eau dans la coupelle en polypropylène, la préforme commence à dévier sévèrement.

Cependant, lorsque 28 % de la cellulose bactérienne a été utilisée comme liant pour ces fibres de sisal courtes et lâches, une préforme de fibre rigide a été fabriquée. Cette préforme peut supporter la charge d’un gobelet plein en polypropylène pesant 170 grammes sans aucune déflexion significative. Des micrographies électroniques à balayage d’une préforme typique de fibre de cellulose sisal bactérienne sont présentées ici.

On peut voir que la cellulose bactérienne recouvre la surface des fibres de sisal. Cet effet est dû à la nature hydrophile des fibres de sisal. La nature hydrophile des fibres de sisal absorbe l’eau qui puise dans la cellulose bactérienne qui est dispersée dans le milieu.

Étant donné que la cellulose bactérienne est plus grande que les pores des fibres naturelles, elles n’ont pas pu pénétrer dans les fibres. Au lieu de cela, ils ont été filtrés contre la surface des fibres de sisal et pour former une couche de revêtement de cellulose bactérienne lorsque les fibres ont été séchées. Les performances mécaniques de ces préformes en fibres sous tension sont présentées ici en raison de la nature poreuse des préformes en fibres avec une porosité d’environ 70 %.

Par conséquent, la force de traction et l’indice de traction de l’éprouvette sont tabulés. Une force de traction et un indice de traction de 12,1 kilonewtons par mètre et de 15 newtons-mètres par gramme ont été mesurés respectivement lorsque 20 % en poids de cellulose bactérienne ont été utilisés comme liant. Cependant, les propriétés de traction des préformes en fibre de sisal pure n’étaient pas mesurables car la préforme en fibre est lâche.

Notre technique a ouvert la voie aux scientifiques et aux ingénieurs des matériaux pour explorer l’utilisation des lois des nanocellules dans le développement de composites renouvelables hiérarchiques à haute performance.