Name: Fabrication robuste préformes à fibres naturelles Utilisant bactérienne Cellulose Binder (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 47 s
Description: Découvrez la fabrication de préformes rigides en fibres naturelles utilisant la cellulose bactérienne comme liant. Cette méthode permet de créer des composites durables par infusion de résine pour des applications en science des matériaux.

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Les auteurs tiennent à remercier l&#39;Université de Vienne pour soutenir KYL et le Conseil de recherches en génie et en sciences physiques au Royaume-Uni (EPSRC) pour un fonds de suivi sur le financement pour SRS et le travail (EP/J013390/1).

1. Préparation de Suspension bactérienne cellulose fibre de sisal <ol><li> Déterminer la masse humide à sec de la Colombie-Britannique par la mesure de la masse humide de la Colombie-Britannique, suivie d&#39;un séchage sous vide de la Colombie-Britannique humide à 80 ° C pendant la nuit (O / N). Une fois séché, mesurer la masse sèche de la Colombie-Britannique. </li><li> Mesurer la quantité de pellicule humide BC équivalent à 18 g de sec BC de la masse humide à sèche pré-déterminé de la Colombie-Britannique. </li><li> Couper les pellicules de la Colombie-Britannique humides en petits morceaux de 1-2 cm ~ l&#39;aide d&#39;une paire de ciseaux pointus. Après la coupe, faites tremper les pellicules de la Colombie-Britannique dans 1 litre d&#39;eau pour permettre l&#39;hydratation de pellicules coupées. </li><li> Nourrir la pellicule coupe de la Colombie-Britannique dans un mélangeur et ajouter une quantité appropriée d&#39;eau dans le mélangeur de telle sorte que le processus de mélange se fait en douceur. </li><li> Mélanger ces pellicules de la Colombie-Britannique pendant 2 min. </li><li> Verser le mélange dans un récipient BC 15 L et ajouter de l&#39;eau jusqu&#39;à ce que le volume total d&#39;eau est de 14 L, ce qui rend une concentration de la Colombie-Britannique dans l&#39;eau de 0,1 (g / ml)% (pourcentage en masse de cellulose bactérienne par l&#39;ONUelle volume d&#39;eau). Les pellicules de la Colombie-Britannique pourraient avoir besoin d&#39;être nourri dans le mélangeur en lots pour le mélange. </li><li> Coupez 72 g de fibres de sisal en vrac (ou de n&#39;importe quelle source de fibres naturelles courtes) en 1-2 fibres longues cm et les ajouter à la suspension de la Colombie-Britannique. Incorporer délicatement la suspension pour assurer une dispersion homogène de fibres de sisal dans la suspension de la Colombie-Britannique. </li><li> Faire tremper les fibres de sisal dans cette suspension O / N. </li></ol> 2. Fabrication de Sisal Fibre préformes <ol><li> Ouvrez le moule feuille et fermer la vanne de vidange. </li><li> Remplir le circuit avec de l&#39;eau désionisée jusqu&#39;à ce que le niveau d&#39;eau atteint le fil de support. </li><li> Placer une toile de formage 100 maillage métallique sur le fil de support, centré dans la base du moule en feuille. </li><li> Fermez et verrouillez le moule de feuille. Ajouter de l&#39;eau fraîche supplémentaire jusqu&#39;à ce que la toile de formation est immergé dans l&#39;eau. </li><li> Verser le sisal fibres BC suspension préparée dans le moule de la feuille. En remuant doucement la suspension de veiller à ce que les fibres de sisal sont distrib homogènebué à travers le moule. </li><li> Ouvrez la vanne de vidange pour évacuer l&#39;eau, qui se traduira par la formation d&#39;un gâteau de filtration humide de fibres de sisal et la Colombie-Britannique sur la toile de formation. Immédiatement après l&#39;eau s&#39;écoule, ouvrir le moule de feuilles et retirez la toile de formation. </li><li> Placez le fil de formage sur un morceau de papier buvard. Buvards supplémentaires sont placés sur le dessus du gâteau de filtration, suivie d&#39;une plaque de métal. </li><li> Retournez le gâteau de filtration autour. Avec la toile de formation face maintenant le haut, retirez la toile de formation et placer le papier buvard supplémentaires directement sur le dessus du gâteau de filtration, suivie par une plaque de métal. </li><li> Placer un poids de 10 kg sur le dessus de la plaque métallique pour presser l&#39;eau hors. Lorsque le papier buvard est entièrement trempé, remplacer les buvards avec des papiers buvards frais et appuyez de nouveau sur le gâteau de filtration à l&#39;aide d&#39;un poids de 10 kg. </li><li> Remplacez les buvards une dernière fois et effectuer un pressage final de 1 tonne dans une presse à chaud pour consolider la préforme de fibre. </li><li> Chauffer la presse à chaud jusqu&#39;à 120 ° C pour faciliter l&#39;évaporation de l&#39;eau résiduelle. Cela devrait prendre environ 4 heures. Réduire la température de la presse à chaud à la température ambiante (RT) et permettre à la préforme de se refroidir avant l&#39;enlèvement de la presse à chaud. </li></ol> 3. Microscopie Electronique à Balayage (MEB) de la préforme de fibre de sisal BC- <ol><li> Couper une préforme 2 × 2 cm 2 de fibres de sisal-BC. </li><li> Collez cette ébauche de coupe sur SEM stub à l&#39;aide des onglets de carbone. </li><li> Manteau de l&#39;échantillon dans une pulvérisation coucheuse Cr fonctionnant à 75 mA pendant 1 min. </li><li> L&#39;image de la Colombie-Britannique et le sisal préforme fibreuse par émission de champ pistolet SEM en mode intégré à l&#39;objectif en utilisant une énergie de faisceau de 5 kV. Note: N&#39;essayez pas de l&#39;image de la préforme sisal-fibre sans collage de la préforme sur le MEB en utilisant un adhésif conducteur. Les fibres lâches seront aspirés pendant l&#39;évacuation de la chambre de SEM et endommagent le canon à électrons. </li></ol> 4. Composite Manufacturing utilisant Vacuum Resin Infusion assistée (VARI) <ol><li> Placer la préforme sur le dessus de la partie de l&#39;outillage, qui est constitué d&#39;un PTFE non poreux revêtu libération tissu de verre. </li><li> Couvrir la préforme avec un tissu revêtu de PTFE de libération de verre poreux, aussi connu comme un tissu d&#39;arrachage, suivie d&#39;un moyen d&#39;écoulement poreux. Tant le tissu d&#39;arrachage et le milieu de débit devraient être plus importantes que la préforme (voir la figure 2 pour un schéma de processus). </li><li> Positionner les tubes d&#39;oméga à l&#39;entrée de résine prévu et la sortie du VARI mis en place. Veiller à ce que les tubes oméga sont placés sur le dessus de la moyenne de l&#39;écoulement poreux pour permettre à la résine de distribuer dans le VARI mis en place pendant la perfusion. La longueur des tubes oméga doit être aussi large que le moyen d&#39;écoulement. </li><li> Rubans sensibles à la Place de la pression autour de la périphérie de la mise en place. <ol><li> Assurez-vous que le support papier des bandes sensibles à la pression est toujours à gauche sur les bandes à ce point. </li><li> Insérer les tubes d&#39;alimentation et de sortie de résine dans les ouvertures de l&#39;tubes oméga et couvrir la mise en place d&#39;un film d&#39;ensachage à base de polymère de fluoroéthylène et sceller à l&#39;aide de bandes sensibles à la pression. </li><li> Sceller le tube d&#39;alimentation de résine. Positionner l&#39;autre extrémité du tube de sortie de résine sur le dessus de la toile de reniflard. </li></ol></li><li> Placer une plaque de métal sur le dessus de la poche intérieure, où la préforme fibreuse est suivie d&#39;un morceau de tissu de reniflard. La plaque métallique doit être de la taille de la préforme. </li><li> Identifier la position dans laquelle la soupape de vide par l&#39;intermédiaire du sac doit être déroulé et la pièce inférieure de la valve sur le dessus de la toile de reniflard. </li><li> Placez le ruban pour le vide autour de la poche interne et placer un film de mise sous vide sur le dessus de celui-ci et de le sceller. Le film de mise sous vide excès former des plis. </li><li> Placez la bande d&#39;étanchéité à l&#39;intérieur du pli à parfaire l&#39;étanchéité. </li><li> Coupez un petit «x» sur le film de mise sous vide où la pièce de fond de la vanne est et vis dans la partie supérieure pour compléter le sac par soupape de dépression. Il est important pour éviter le froissement du film de mise sous vide de la pièce supérieure, car cela pourrait provoquer un chemin de fuite. </li><li> Connectez le raccord rapide et tirer un vide. Au cours de ce processus, le film de mise sous vide peut être déplacé et placer où l&#39;excès est nécessaire. Vérifier les fuites de vide. </li><li> Préparer la résine en mélangeant la résine époxy et du durcisseur selon un rapport de poids de 100 à 19. Degas la résine sous une pression réduite pour éliminer toutes les bulles d&#39;air emprisonnées pendant le malaxage de la résine époxy et le durcisseur. </li><li> Une fois la VARI mis en place est déterminé à être sans fuite, nourrir la résine via le tube relié au tube de oméga. </li><li> S&#39;assurer que la résine est introduite lentement de telle sorte qu&#39;il ait le temps d&#39;imprégner dans la préforme de fibre. Permettre à la résine de s&#39;écouler hors du tube de sortie de résine et de pénétrer dans le tissu de reniflard jusqu&#39;à ce qu&#39;aucune bulle d&#39;air peuvent être observées sortant du tube de sortie. </li><li> Sceller le tube de sortie et permettre à la résine de durcir pendant 24 heures à température ambiante, suivi d&#39;un post-curéng étape à 50 ° C pendant 16 heures. Note: (1) Le cycle de durcissement est une résine à charge. (2) Il est très important que le vide maximal est atteint dans le VARI mis en place et il n&#39;y a pas de fuite de vide au sein de mise en place. Une mauvaise mise en place VARI (non vide maximum ou la réalisation d&#39;une fuite) se traduira par des pores dans les composites fabriqués et de la fraction volumique de fibres réduit de manière significative dans les composites. (3) Le taux d&#39;époxy-durcisseur de la résine est dépendant. S&#39;il vous plaît vérifier la fiche produit de la résine époxy pour le rapport à durcisseur avant de les mélanger. </li></ol>

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<li>Garkhail, S. K., Heijenrath, R. W. H., Peijs, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+of+natural-fibre-mat-reinforced+thermoplastics+based+on+flax+fibres+and+polypropylene%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Composite+Materials%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties of natural-fibre-mat-reinforced thermoplastics based on flax fibres and polypropylene.</a> Applied Composite Materials. 7, 351-372 (2000).</li>
<li>Saito, T., Kuramae, R., Wohlert, J., Berglund, L. A., Isogai, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Ultrastrong+Nanofibrillar+Biomaterial%3A+The+Strength+of+Single+Cellulose+Nanofibrils+Revealed+via+Sonication-Induced+Fragmentation%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">An Ultrastrong Nanofibrillar Biomaterial: The Strength of Single Cellulose Nanofibrils Revealed via Sonication-Induced Fragmentation.</a> Biomacromolecules. 14, 248-253 (2013).</li>
<li>Impregnating a fibrous reinforcing substrate with a resin, by using a vacuum and differential pressure in a dual chambered system. US patent. , US7413694-B2; US2012231107-A1; US2008220112-A1; US8356989-B2 (2001).</li>
<li>Vacuum assisted moulding of fibre reinforced plastic structures|in which even distribution of resin is ensured by removable medium having upwardly facing openings and connecting lateral passages. US patent. , US4902215-A (1989).</li>
</ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

Nous avons montré dans cette expérience que les fibres de sisal lâches peuvent être liés avec la Colombie-Britannique. Toutefois, le choix des fibres n&#39;est pas limitée aux fibres juste sisal. D&#39;autres types de fibres, telles que le lin et le chanvre, peuvent également être utilisés. En plus de cela, nous avons également montré que la farine de bois, du papier recyclé, et la pâte à dissoudre peut également être lié en préformes rigides et robustes en utilisant un liant de la Colombie-Britannique (résultats non encore publié). Le critère est que les fibres utilisées doivent être hydrophiles et absorber l&#39;eau. Comme mentionné ci-dessus, le caractère hydrophile des fibres va absorber de l&#39;eau, en tirant dans la BC qui est dispersé dans le milieu. La Colombie-Britannique est filtré contre la surface de ces fibres hydrophiles et forme une couche de revêtement BC lorsque les fibres sont séchées. Bien que la cellulose bactérienne peut être déposée autour de fibres naturelles par mise en culture d&#39;Acetobacter xylinus en présence de fibres naturelles 5, 29, 30, ce processus est laborieux et reexige des bioréacteurs coûteux avec un contrôle strict du pH et de la teneur en oxygène dissous. Notre procédé amélioré, d&#39;autre part, repose sur un procédé de fabrication du papier (par exemple: la dispersion de fibres naturelles d&#39;une suspension de BC) et il n&#39;est pas nécessaire pour les bioréacteurs 31. En ce qui concerne l&#39;application des fibres naturelles dans les composites, orientées de manière aléatoire non-tissé (court et orientées au hasard) des préformes en fibres naturelles sont produites par un aiguilletage (couture) essentiellement de fibres de polymère (typiquement un polyester) par l&#39;intermédiaire de fibres compactées en vrac 33. Pour faire un composite, les préformes fibreuses sont ensuite placées dans un moule et infusés avec une résine. fibres de polymères peuvent également être mélangées avec des fibres naturelles 34 (typiquement de lin, de chanvre, de jute ou d&#39;) ou dispersé dans une suspension de fibres naturelles et 35 filtrés sous vide à haute fraction volumique de polymère (50% vol.). Cette natte en fibres de fibres de polymère naturel (préforme) est alors ensuite chauffé pour faire fondre le polymère de pro dui re une structure composite. Les derniers procédés de fabrication de composites sont intrinsèquement évolutive mais sont limitées par le choix des fibres de polymère (polymère doit fondre à des températures inférieures à la température de dégradation des fibres) qui peuvent être utilisés pour fabriquer des préformes et, par conséquent, le type de matrices disponibles pour fabriquer des composites. En utilisant notre méthode, BC n&#39;agit pas seulement en tant que liant, il agit également en tant que nano-renfort 32. Comme mentionné précédemment, le module d&#39;un nanofibres de BC individu de Young a été estimé à 114 GPa. Alors que la seule force de traction de la Colombie-Britannique n&#39;est pas connue, la résistance à la traction des fibres de bois et tuniciers TEMPO-oxydé simples a été récemment mesurée à l&#39;aide d&#39;ultrasons cavitation induite 36. Une résistance à la traction d&#39;entre 0,8 à 1,5 GPa a été mesurée pour ces nanofibres individuelles. Ces propriétés mécaniques, ainsi que le potentiel de liaison de la Colombie-Britannique, BC fait un excellent candidat pour produire à court natur vraiment vert et orientées de manière aléatoireal renforcés par des fibres, matériaux composites renouvelables bactériennes cellulose renforcé avec des performances mécaniques qui dépasse les polymères renforcés de fibres conventionnelles. En terme de fabrication de matériaux composites, notre processus de fabrication préféré est le sac double vide assisté résine perfusion discuté (DBVI) développé par Waldrop et al. 37 Contrairement à la seul sac vide assisté perfusion plus classique de résine (aussi connu comme le processus Seemann 38), DBVI emploie deux sacs de vide indépendants pendant le processus d&#39;infusion (voir figure 2). Alors que le processus Seemann va travailler pour la fabrication de composites, ce processus pourrait souffrir de sac de l&#39;aspirateur de détente derrière le front d&#39;écoulement de la résine. Lorsque cela se produit, la zone où la détente se sentira mou et spongieux. Le sac de l&#39;aspirateur détente entraîne le sac sous vide en s&#39;éloignant du fluide d&#39;écoulement due à l&#39;écoulement préférentiel de résine liquide dans le trajet de moindre résistance. Tsa va provoquer les composites fabriqués pour avoir non uniformes fractions volumiques de fibres (c&#39;est à dire la zone de détente aura une fraction volumique de fibres inférieure à la superficie non détendue du sac de l&#39;aspirateur). DBVI ne souffre pas de cet inconvénient, comme le sac de vide interne ne se détend derrière le front d&#39;écoulement de la résine liquide. En conséquence, les panneaux composites résultantes auront plus élevé que la fraction volumique de fibre moyenne et l&#39;épaisseur plus uniforme. De plus, l&#39;utilisation de la poche à vide externe fournit une redondance dans le système et améliore l&#39;intégrité du vide du processus d&#39;infusion de liquide.

Constante augmentation des prix du pétrole et la demande croissante du public pour un avenir durable ont suscité et relancé la recherche et le développement de matériaux verts, en particulier les polymères et composites. Malheureusement, les performances thermo-mécaniques des polymères vertes ou renouvelables est souvent inférieure par rapport aux polymères classiques à base de pétrole 1. Par exemple, disponible dans le commerce polylactide (PLA) et le polyhydroxybutyrate (PHB) sont cassants et possèdent de faibles températures de déformation à la chaleur. Une solution de création de matériaux renouvelables qui répondent ou dépassent même les performances des matériaux d&#39;ingénierie couramment utilisés à base de pétrole est à apprendre du passé; Henry Ford a utilisé une stratégie composite, c&#39;est à dire la combinaison des polymères bio-based/renewable avec un renfort 2, pour améliorer les propriétés des polymères renouvelables. Il est souvent affirmé que des fibres naturelles servent candidat idéal en renfort en raison de leur faible coût, de faible densité, renewabilité et la biodégradabilité 3. Composites en fibres naturelles ont vu une renaissance dans les années 1990 comme on peut le voir par l&#39;augmentation exponentielle du nombre de publications scientifiques évaluées par des pairs (figure 1) 4. Cependant, la nature hydrophile de fibres naturelles et les caractéristiques hydrophobes de la plupart des matières thermoplastiques sont souvent reproché à entraîner une mauvaise adhérence fibres-matrice 5, ce qui se traduit souvent par une mauvaise tenue mécanique des composites polymères renforcés par des fibres qui en résultent. Pour résoudre ce problème, de nombreux chercheurs ont tenté de modifier chimiquement la surface des fibres naturelles 6,7. Ces modifications chimiques comprennent l&#39;acétylation 8, 9 silylation, un polymère de greffage 10, 11,12 traitements isocyanate, l&#39;utilisation d&#39;agents de couplage à maléate de 13 à 17, 18 et benzoylation. Même si ces traitements chimiques ont rendu fibres naturelles plus hydrophobe, la résultante naturelle de fibres renforcerd polymères toujours pas réussi à offrir en termes de performances mécaniques 19. Thomason 20 émis l&#39;hypothèse que cette défaillance peut être le résultat de l&#39;anisotropie et le haut coefficient de dilatation thermique linéaire de fibres naturelles. En plus de cela, les fibres naturelles souffrent également d&#39;inconvénients tels que la température limitée de traitement 21, de lot à lot variabilité 3, à faible résistance à la traction par rapport à des fibres synthétiques, telles que le verre, d&#39;aramide ou de fibres de carbone et de l&#39;absence de procédés de fabrication appropriés pour produire des fibres naturelles composites polymères renforcés. Ainsi, l&#39;utilisation de fibres naturelles comme renfort ne sera pas suffisant pour combler l&#39;écart bien-performance précitée entre les matériaux verts et des polymères à base de pétrole. Nanocellulose est un agent de renforcement verte émergente. En particulier, la nanocellulose produite par des bactéries, telles que des espèces Acetobacter 22, aussi connu comme cellulos bactériennese est une alternative intéressante pour la conception de matériaux verts 23 en raison de la possibilité d&#39;exploiter la grande rigidité et la résistance de cristaux de cellulose 24. La raideur d&#39;un monocristal de cellulose a été estimée à environ 100 à 160 GPa utilisant la diffraction des rayons X, spectroscopie Raman et les simulations numériques de 25 à 27. C&#39;est plus que des fibres de verre ~ 70 GPa, qui sont cependant beaucoup plus dense. Cellulose bactérienne (BC) est aussi intrinsèquement nano-taille avec un diamètre d&#39;environ 50 nm et plusieurs micromètres de longueur 28. Nous avons signalé une méthode pour revêtir naturelles (sisal et le chanvre) fibres avec des couches de la Colombie-Britannique en cultivant Acetobacter xylinius à la présence de fibres naturelles 5,29,30. Cela a conduit à une meilleure adhérence interfaciale entre PLLA et fibres naturelles BC revêtus 29,31. Afin de simplifier le processus de revêtement de ces fibres, Lee et al. 31 a développé un procédé de revêtement naturel (sisal) Fibers sans l&#39;utilisation de bioréacteurs. Cette méthode est basée procédé d&#39;immersion de la suspension, de sorte que les fibres de sisal secs sont plongés dans une suspension de la Colombie-Britannique. Une extension de ce procédé 32 est de filtrer la suspension aqueuse contenant des fibres de sisal lâches et BC pour produire des préformes de fibre de sisal typique convenant pour la fabrication de structures composites.

<table><tbody><tr><td>Cellulose bactérienne</td><td>fzmb</td><td>9004-34-6</td><td>Le numéro CAS est basé sur le numéro CAS pour les fibres de sisal cellulosique</td></tr><tr><td></td><td>Wigglesworth Co. Ltd, Royaume-Uni</td><td></td><td>Le type de fibres peut être remplacé par n’importe quel type de fibres naturelles</td></tr><tr><td>Prime 20 ULV</td><td>SP Gurit</td><td></td><td>Le type de résine peut être remplacé par n’importe quel type de résine liquide conçue pour l’infusion</td></tr> <tr><td>de résine assistée par videMoule en tôle standard Formax</td><td>Adirondack Machine Corporation</td><td></td><td>Cette pièce d’équipement pourrait être remplacée par un B&uuml ; entonnoir chner.</td></tr><tr><td>Pompe à vide</td><td>Edwards, UK</td><td>XDS 5</td><td></td></tr><tr><td>Plaque chauffante</td><td>Wenesco Inc, USA</td><td>HP 1836-AH</td><td></td></tr><tr><td>Tissu de démoulage en verre enduit de PTFE poreux</td><td>Tygavac Advaced Materials Ltd, UK</td><td>TFG075P</td><td></td></tr><tr><td>Omega</td><td>tubes Tygavac Advaced Materials Ltd, UK</td><td>Omegaflow 313</td><td></td></tr><tr><td>Tissu respirant</td><td>EasyComposites Ltd, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pressure rubans sensibles</td><td>Aerovac, UK</td><td>SM5127</td><td></td></tr><tr><td>Film d’ensachage sous vide (FEP)</td><td>Tygavac Advaced Materials Ltd, UK</td><td>RF260</td><td></td></tr><tr><td>Film d’ensachage sous vide (Nylon)</td><td>Aerovac, UK</td><td>Capran 519</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication robuste préformes à fibres naturelles utilisant bactérienne cellulose binder

Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

Un nouveau procédé de fabrication de préformes en fibres naturelles rigides et robustes est présenté ici. Cette méthode est basée sur un procédé de fabrication de papier, de sorte que les fibres de sisal lâches et courtes sont dispersés dans une suspension aqueuse contenant de la cellulose bactérienne. La fibre et nanocellulose suspension est ensuite filtrée (en utilisant le vide ou la gravité) et le gâteau de filtration humide pressées pour faire sortir toute l&#39;eau en excès, suivie d&#39;une étape de séchage. Cela se traduira par la cornification du réseau de cellulose bactérienne, en maintenant les fibres naturelles en vrac ensemble. Notre procédé est particulièrement adapté pour la fabrication de préformes rigides et robustes de fibres hydrophiles. La nature poreuse et hydrophile de ces fibres se traduit par l&#39;absorption d&#39;eau importante, en tirant dans la cellulose bactérienne dispersés dans la suspension. La cellulose bactérienne est ensuite filtré sur la surface de ces fibres, formation d&#39;un revêtement de cellulose bactérienne. Lorsque la cellule bactérienne par des fibres lâchesulose suspension est filtré et séché, la cellulose bactérienne adjacent forme un réseau et cornifiée pour maintenir les fibres ensemble autrement lâches. L&#39;introduction de la cellulose bactérienne dans la préforme a entraîné une augmentation significative des propriétés mécaniques des préformes de fibre. Cela peut être attribué à la forte rigidité et la résistance du réseau de cellulose bactérienne. Avec cette préforme, haute performance composites hiérarchiques renouvelables peuvent également être fabriqués en utilisant des méthodes de production de composites classiques, tels que les films résine perfusion (RFI) ou transfert de résine (RTM). Ici, nous décrivons également la fabrication de composites hiérarchiques renouvelables en utilisant le double sac vide infusion de résine assistée.

Sans un liant de la Colombie-Britannique, les fibres courtes de sisal lâches sont maintenus ensemble uniquement par friction et enchevêtrements entre les fibres. En conséquence, cette préforme est lâche et il n&#39;a pas été en mesure de soutenir de poids. Figure 3 montre la préforme en fibres de sisal sans BC en tant que liant, avec une charge appliquée dans le mode de flexion 3 points. La préforme peut être considéré comme assez lâche et quand une charge est appliquée par l&#39;ajout d&#39;eau dans la coupe de polypropylène, la préforme commence à dévier sévèrement. La charge appliquée est équivalent à 40 g d&#39;eau. Cependant, lorsque 20 en poids. BC% a été utilisé comme liant pour ces courtes fibres de sisal et en vrac, d&#39;une préforme fibreuse rigide est fabriqué. Cette préforme peut résister à la charge d&#39;une tasse de polypropylène plein (~ 170 g) sans aucune déviation significative (Figure 3). microscope électronique à balayage d&#39;un type BC-sisal préforme de fibre sont présentés dans la figure 4. Colombie-Britannique peut être vu pour être couvrant la surface deles fibres de sisal. Cet effet est dû à la nature hydrophile des fibres de sisal (ou d&#39;autres fibres naturelles). Le caractère hydrophile des fibres de sisal absorbe de l&#39;eau, en tirant dans la BC qui est dispersé dans le milieu. Puisque BC est plus grande que les pores des fibres naturelles, ils n&#39;étaient pas capables de pénétrer dans les fibres. Au lieu de cela, ils ont été filtrés sur la surface de fibres de sisal et forment une couche de revêtement BC lorsque les fibres sont séchées. Les performances mécaniques de ces préformes de fibres sous tension est indiquée dans le tableau 1. En raison de la nature poreuse des préformes fibreuses ayant une porosité de ~ 70%, la résistance à la traction (charge par unité de surface) de la préforme n&#39;est pas bien définie. Par conséquent, nous présentons des tables de la force de traction (de charge nécessaire à l&#39;échec de l&#39;échantillon par unité de largeur, qui est de 15 mm dans notre expérience, de la matière) et l&#39;indice de traction (force de traction par unité grammage) de nos échantillons. Un indice de 12,1 kN · m -1 force de traction et la traction<html> et 15 N · m · g -1 a été mesurée, respectivement, lors de 20 en poids. BC% a été utilisé comme liant. Cependant, les propriétés de traction des ordonnées de préformes de fibres de sisal n&#39;étaient pas mesurables que la préforme fibreuse est lâche. Figure Legends: <img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1.jpg" /> Figure 1. Nombre de publications dans le domaine des fibres naturelles et des matériaux composites. Les données ont été recueillies à partir du Web of Knowledge en utilisant une recherche par mot clé de «fib naturel * &#39;ET&#39; composite * &#39;, respectivement. Obtenu à partir de Bismarck et al. 4 avec l&#39;aimable autorisation de la revue Scientific American Publishing Ltd files/ftp_upload/51432/51432fig2.jpg &quot;/&gt; Figure 2. Schéma de vide double sac infusion de résine assistée. <img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3.jpg" /> Figure 3. Photographies illustrant la différence de rigidité à la flexion de préformes de fibre de sisal (sans deux images du haut) et avec (en bas deux images) Colombie-Britannique en tant que liant. <img alt="Figure 4" fo:content-width="3in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4.jpg" /> .. Micrographies Figure 4 électronique à balayage d&#39;une préforme de fibre naturelle typique utilisant BC en tant que liant à différents grossissements Haut: 100X, milieu: 1000 X et bas: 25 000 X, respectivement. (A) et (b) désignent le SIfibres sal et la Colombie-Britannique nanofibrilles, respectivement. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Matériels </td><td> La force de traction (kN · m -1) </td><td> Indice de la traction (N · m -1 · g) </td></tr><tr><td> Neat sisal préforme </td><td> Non mesurable </td><td> Non mesurable </td></tr><tr><td> BC-sisal préforme </td><td> 12,1 ± 2,4 </td><td> 15 ± 3 </td></tr></tbody></table> Tableau 1. Des propriétés de traction des préformes de fibres de sisal, avec et sans BC comme liant.

Nous présentons une nouvelle méthode de fabrication de préformes rigides et robustes fibres naturelles courtes en utilisant un procédé de fabrication de papier. Cellulose bactérienne agit simultanément en tant que liant pour les fibres lâches et donne de la rigidité aux préformes de fibres. Ces préformes peuvent être infusées avec une résine pour produire des composites hiérarchiques vraiment verts.

Fabrication robuste préformes à fibres naturelles Utilisant bactérienne Cellulose Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

L'objectif général de cette procédure est de créer des préformes robustes et rigides à base de fibres naturelles en utilisant la cellulose bactérienne comme liant, puis de produire des composites hiérarchiques renouvelables par un procédé conventionnel de fabrication de composites. Cela est réalisé en premier lieu en préparant une suspension de cellulose bactérienne dans l'eau. La deuxième étape consiste à disperser les fibres naturelles courtes et en vrac dans la suspension de cellulose bactérienne.Ensuite, la suspension obtenue de cellulose bactérienne à base de fibres naturelles est filtrée afin d'éliminer l'excès d'eau. La dernière étape consiste à compacter et sécher le gâteau filtré pour former un préforme de fibres robuste et rigide. En fin de compte, cette préforme de fibres peut ensuite être imprégnée d'une résine liquide afin de créer des composites renouvelables à haute performance, renforcés par des fibres naturelles et de la cellulose bactérienne.Pour démontrer cette procédure, mata, Kang et C. mesureront au préalable la quantité de pelures de cellulose bactérienne humide équivalant à 18 grammes de cellulose bactérienne sèche, à partir d’un rapport prédéterminé entre la masse humide et la masse sèche de la cellulose bactérienne. Ensuite, découper les pelures de cellulose bactérienne humide en petits morceaux d’environ un à deux centimètres à l’aide d’une paire de ciseaux bien aiguisés. Après découpage, faire tremper les pelures de cellulose bactérienne dans un litre d’eau afin de les hydrater.Introduire les morceaux de pellicule de cellulose bactérienne dans un mixeur et ajouter de 300 à 500 millilitres d'eau afin que le mixage se déroule correctement. Mixer ensuite pendant deux minutes. Une fois terminé, verser la cellulose bactérienne mixée dans un récipient de 15 litres et ajouter de l'eau jusqu'à atteindre un volume total d'eau de 14 litres, obtenant ainsi une concentration de cellulose bactérienne dans l'eau de 0,1 pour cent poids par volume.Ensuite, couper 72 grammes de fibres longues en fibres d'une longueur d'un à deux centimètres et les ajouter à la suspension de cellulose bactérienne. Mélanger délicatement la suspension avec une spatule afin d'assurer une dispersion homogène des fibres de sisal dans la suspension de cellulose bactérienne. À ce stade, remplir le moule à feuilles avec de l'eau déionisée jusqu'à ce que le niveau d'eau atteigne le fil de soutien.Placez un fil métallique de forme de 50 mailles sur le fil de support, centré dans la base du moule à feuille, fermez et verrouillez le moule. Ajoutez ensuite de l'eau fraîche supplémentaire jusqu'à ce que le fil de forme soit immergé dans l'eau. Versez la suspension de cellulose bactérienne à base de fibres de sisal préparée dans le moule à feuille.Agiter doucement la suspension à l’aide de la spatule afin de garantir une répartition homogène de la taille des fibres dans tout le moule. Ensuite, ouvrir la vanne de vidange pour évacuer l’eau, ce qui entraînera la formation d’un gâteau filtrant humide composé de fibres de sisal et de cellulose bactérienne sur le treillis de formation. Immédiatement après l’écoulement de l’eau, ouvrir le cadre à papier et retirer le treillis de formation.Placer le fil de forme sur un morceau de papier buvard. Ensuite, placer trois feuilles supplémentaires de papier buvard sur le gâteau filtrant, suivies d'une plaque métallique. Puis, retourner le gâteau filtrant avec le fil de forme.À présent, avec la face supérieure tournée vers le haut, retirez-la et placez trois feuilles supplémentaires de papier buvard directement sur le gâteau filtrant, suivies d'une plaque métallique. Placez un poids de 10 kilogrammes sur la plaque métallique afin d'extraire l'eau. Lorsque les papiers buvards sont complètement imbibés, remplacez-les par des papiers buvards neufs et comprimez à nouveau le gâteau filtrant à l'aide d'un poids de 10 kilogrammes.Une fois que les papiers buvards ont été remplacés pour la dernière fois, effectuez un pressage final d'une tonne dans une presse chaude afin de consolider la préforme de fibres. Chauffez la presse chaude jusqu'à 120 degrés Celsius pour favoriser l'évaporation de l'eau résiduelle. Après quatre heures, réduisez la température de la presse chaude à la température ambiante et retirez la préforme une fois qu'elle est refroidie.Placer un ruban sensible à la pression autour de la périphérie du montage interne et externe. Ensuite, positionner la préforme sur le côté de l'outillage, constitué d'un tissu de verre à libération non poreux revêtu de polytétrafluoroéthylène ou PTFE. Recouvrir la préforme d'un tissu de verre à libération poreux revêtu de PTFE, également appelé feuillard de démoulage, suivi d'un milieu de flux poreux.Positionnez les tubes en forme d'oméga à l'entrée et à la sortie prévues pour la résine dans le montage de l'infusion assistée par vide ou du système VARI. Veillez à placer les tubes en forme d'oméga au-dessus du milieu poreux de distribution afin de permettre à la résine de se répartir dans le montage VARI. Pendant l'infusion, insérez les tubes d'alimentation en résine et les tubes de sortie dans les ouvertures des tubes en forme d'oméga. Ensuite, recouvrez l'ensemble avec un film d'emballage en polymère de fluoréthylène et scellez-le à l'aide d'un ruban adhésif sensible à la pression.Placer une plaque métallique sur le dessus du sac intérieur où se trouve la préforme de fibre, suivie d'un morceau de tissu respirant. Une fois le tube d'alimentation en résine scellé, positionner l'autre extrémité du tube de sortie de résine sur le dessus du tissu respirant. Après avoir identifié l'emplacement où doit se trouver la vanne de vide traversant le sac, placer la pièce inférieure de la vanne sur le dessus du tissu respirant.Placer un film d’emballage sous vide sur le sac interne et le sceller. Ensuite, placer la plaque sur le ruban scellant pour terminer la fermeture. Faire une petite incision en forme de X sur le film d’emballage sous vide à l’endroit où se trouve la pièce inférieure du valve, puis visser la pièce supérieure pour finaliser le montage traversant le sac.Vanne de vide. Connectez le raccord rapide et appliquez un vide. Vérifiez ensuite les fuites de vide.Ensuite, préparez la résine en mélangeant l'époxy et le durcisseur selon un rapport pondéral de 100 à 19. Dégazez la résine sous pression réduite afin d'éliminer toutes les bulles d'air piégées lors du mélange de la résine époxy et du durcisseur. Une fois que l'ensemble du dispositif est jugé étanche, introduisez la résine à travers le tube relié au tube en forme d'oméga, en veillant à ce que la résine soit introduite lentement, de manière à lui laisser suffisamment de temps pour s'imprégner dans la préforme de fibres.Laisser la résine s'écouler par le tube de sortie de la résine et s'imprégner dans le tissu respirant jusqu'à ce qu'aucune bulle d'air ne soit observée sortant du tube de sortie. Enfin, sceller le tube de sortie et laisser la résine durcir pendant 24 heures à température ambiante, suivi d'une étape de post-durcissement à 50 degrés Celsius pendant 16 heures sans liant en cellulose bactérienne. Les courtes fibres de sisal lâches sont maintenues ensemble uniquement par friction et enchevêtrement entre les fibres.En conséquence, cette préforme est lâche et incapable de supporter un poids important. On observe ici la préforme en fibre de sisal sans cellulose bactérienne. En tant qu'élément de liaison soumis à une charge en mode de flexion trois points, la préforme apparaît assez lâche, et lorsqu'une charge est appliquée en ajoutant 40 grammes d'eau dans le gobelet en polypropylène, la préforme commence à fléchir fortement.Cependant, lorsqu'une cellulose bactérienne à 28 % a été utilisée comme liant pour ces fibres de sisal courtes et lâches, un préforme de fibre rigide a été fabriquée. Cette préforme peut supporter la charge d'un gobelet en polypropylène plein pesant 170 grammes sans aucune déflexion notable. Des micrographies électroniques à balayage d'une préforme typique en fibres de sisal liées par de la cellulose bactérienne sont présentées ici.On observe 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, entraînant ainsi la cellulose bactérienne dispersée dans le milieu.Étant donné que la cellulose bactérienne est plus volumineuse que les pores des fibres naturelles, elle n’a pas pu pénétrer à l’intérieur des fibres. Au lieu de cela, elle a été retenue à la surface des fibres de sisal, formant une couche de revêtement de cellulose bactérienne lorsque les fibres ont été séchées. Les performances mécaniques de ces préformes fibreuses en traction sont indiquées ici en raison de la nature poreuse des préformes fibreuses, dont la porosité est d’environ 70 %. La résistance en traction de la préforme n’est pas bien définie.Par conséquent, la force de traction et l'indice de traction de l'échantillon sont consignés dans un tableau. Une force de traction et un indice de traction de 12,1 kilonewtons par mètre et 15 newtons mètre par gramme ont été mesurés respectivement lorsqu'une concentration de 20 pour cent en poids de cellulose bactérienne a été utilisée comme liant. Toutefois, les propriétés en traction des préformes de fibres de sisal pures n'ont pas pu être mesurées, car la préforme fibreuse est lâche.Notre technique a ouvert la voie aux scientifiques des matériaux et aux ingénieurs pour explorer l'utilisation des lois des nano-cellules dans le développement de composites renouvelables performants et hiérarchiques.

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Bioengineering

Bioingénierie

Source : Arias, S. L., et al. Fabrication d’une nanocellulose bactérienne magnétique fonctionnalisée avec des nanoparticules d’oxyde de fer.  J. Vis. Exp. (2016).Cette vidéo montre la production de nanocellulose en cultivant des bactéries productrices de cellulose dans un milieu nutritif contenant du mannitol. Les bactéries métabolisent le mannitol en glucose, qui est ensuite polymérisé et extrudé sous forme de chaînes de glucan cristallisant en feuilles de cellulose, formant une matrice...

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Des schémas de synthèse pour préparer des nanoparticules poilues à base de fibres de bois très stables et des biopolymères fonctionnels à base de cellulose ont été détaillés.

Très stable, fonctionnelle Hairy Nanoparticules et biopolymères à partir de fibres de bois: Vers la nanotechnologie durable

Ici, nous démontrons une nouvelle méthode pour les productions écologiques et durables de nanocristaux très stables à la chaleur et carboxylés cellulose (CNC) et nanofibrilles (CNF) en utilisant des acides dicarboxyliques solides hautement recyclables.

La production verte et à faible coût de très Recyclable acides dicarboxyliques thermostables et carboxylés Cellulose nanocristaux et nanofibrilles Utilisation

Le but du présent protocole est la production de fibres de matrice extracellulaire ensemble ciblé pour la réparation de la plaie qui conviennent à l’évaluation préclinique dans le cadre d’un implant d’échafaudage régénératrice. Ces fibres sont produites par la culture de fibroblastes sur membranes fibres creuses et extraite par la dissolution des membranes.

Production des fibres de la matrice extracellulaire par Culture de cellules de Membrane fibre creuse sacrificiel

Une méthode de synthèse pour les aérogels composites de palladium biomodèle de nanofibre de cellulose est présentée. Les matériaux composites d'aérogel résultants offrent le potentiel pour des applications de catalyse, de détection, et de stockage de gaz d'hydrogène.

Méthode de synthèse pour les aérogels composites de palladium biomodèle de nanofibre de cellulose

Les trois étapes essentielles du présent protocole sont i) développer la bonne composition et des pores de cohérence de l’encre d’hydrogel de cellulose, ii) 3D impression d’échafaudages dans diverses structures avec fidélité de bonne forme et de dimensions et d’iii) démonstration de la propriétés mécaniques dans des conditions simulées de corps pour la régénération du cartilage.

3D imprimés Cellulose poreuse Nanocomposite Hydrogel échafaudages

Le bois densifié delignifié représente un nouveau matériau léger, haute performance et bio-basé prometteur avec un grand potentiel pour substituer partiellement les composites renforcés de fibre naturelle ou de fibre de verre à l'avenir. Nous présentons ici deux itinéraires de fabrication polyvalents et démontrons la possibilité de créer des pièces composites complexes.

Fabrication et conception de composites haute performance à base de bois

Un procédé polyvalent d’extrusion à deux vis pour fournir un prétraitement thermo-mécano-chimique efficace sur la biomasse lignocellulosique a été développé, ce qui conduit à un rapport d’aspect moyen accru des fibres. Un liant naturel peut également être ajouté en continu après l’affinage des fibres, conduisant à des panneaux de fibres biosampés avec des propriétés mécaniques améliorées après pressage à chaud du matériau extrudé obtenu.

Procédé d’extrusion à deux vis pour produire des panneaux de fibres renouvelables

Ce protocole présente une méthode facile et peu coûteuse de formation de sphères de cellulose bactérienne (BC). Ce biomatériau peut fonctionner comme un milieu d’encapsulation pour les matériaux solides, y compris le biochar, les sphères polymères et les déchets miniers.

Sphères de cellulose bactérienne qui encapsulent des matériaux solides

Découvrez la fabrication de préformes rigides en fibres naturelles utilisant la cellulose bactérienne comme liant. Cette méthode permet de créer des composites durables par infusion de résine pour des applications en science des matériaux.

Fabrication robuste préformes à fibres naturelles Utilisant bactérienne Cellulose Binder

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