バインダーとしてのバクテリアセルロースを利用堅牢な天然繊維プリフォームの製造

この手順の全体的な目標は、バクテリアセルロースをバインダーとして使用して堅牢で硬質な天然繊維プリフォームを作成し、従来の複合材料製造プロセスを使用して再生可能な階層型複合材料を製造することです。これは、最初に水中に細菌性セルロースの懸濁液を作成することによって達成されます。2番目のステップは、緩い短い天然繊維を細菌性セルロース懸濁液に分散させることです。

次に、得られた天然繊維細菌セルロース懸濁液をろ過して余分な水分を取り除きます。最後のステップは、フィルターケーキを固めて乾燥させ、堅牢で剛性のある繊維プリフォームを形成することです。最終的に、この繊維プリフォームに液体樹脂を注入して、高性能のバクテリアセルロース強化天然繊維強化再生可能複合材料を作成できます。

この手順を実証するのは、mata、Kang、およびC.Presant、この手順を開始する前に、所定の湿った細菌セルロースの乾燥した塊から18グラムの乾燥細菌セルロースに相当する湿った細菌セルロースの量を測定します。これに続いて、湿った細菌のセルロースペレスを鋭利なハサミを使用して約1〜2センチメートルの小片に切ります。切断後、細菌のセルロースペレスを1リットルの水に浸して水和させます。

カットしたバクテリアセルロースペレスをブレンダーに送り、300〜500ミリリットルの水を加えると、ブレンドプロセスがスムーズに進行します。次に、lesを2分間ブレンドします。完成したら、ブレンドしたバクテリアセルロースを15リットルの容器に注ぎ、総水量が14リットルになるまで水を加えると、水中のバクテリアセルロース濃度が体積パーセントあたり0.1重量になります。

次に、72グラムのルーズサイズの繊維を1〜2センチメートルの長さの繊維にカットし、細菌のセルロース懸濁液に加えます。ヘラで懸濁液を穏やかに攪拌して、細菌性セルロース懸濁液中のサイザル麻繊維が均一に分散するようにします。この時点で、水位がバッキングワイヤーに達するまで、シートフォーマーを脱イオン水で満たします。

シートモールドベースの中央にあるバッキングワイヤーに50メッシュの金属成形ワイヤーを置き、シートモールドを閉じてラッチします。次に、フォーミングワイヤーが水に沈むまで、さらに真水を追加します。調製したサイザル麻繊維細菌セルロース懸濁液をシート型に注ぎます。

ヘラで懸濁液を静かに攪拌し、繊維のサイズが金型全体に均一に分布していることを確認します。これに続いて、ドレンバルブを開いて水を排出すると、成形ワイヤ上にサイザル麻繊維と細菌性セルロースの湿ったフィルターケーキが形成されます。水が排出された直後にシート型を開け、フォーミングワイヤーを取り外します。

フォーミングワイヤーをあぶらとり紙の上に置きます。次に、フィルターケーキの上部にさらに3枚のあぶらとり紙を置き、続いて金属プレートを置きます。次に、フォーミングワイヤーでフィルターケーキを裏返します。

今度は上を向いて、それを取り外し、フィルターケーキの上に直接3つの追加の吸い取り紙を置き、続いて金属プレートを置きます。金属板の上に10kgの重りを置き、水を押し出します。あぶらとり紙が完全に浸ったら、新しいあぶらとり紙と交換し、10キログラムの重量を使用してフィルターケーキを再度押します。

あぶらとり紙を最後に交換したら、ホットプレスで1トンの最終プレスを行い、ファイバープリフォームを固めます。ホットプレスを摂氏120度まで加熱して、残留水の蒸発を助けます。4時間後、ホットプレスの温度を室温まで下げ、冷めたらプリフォームを取り出します。

感圧テープを内部および外部セットアップの周囲に貼り付けます。この場所に続いて、工具面の上部にあるプリフォームは、非多孔質のポリテトラフルオロエチレンまたはPTFEコーティングされたガラス剥離布で構成されています。プリフォームを多孔質PTFEコーティングガラス剥離布(ピールプライとも呼ばれる)で覆い、続いて多孔質流動媒体を

オメガチューブを、真空アシストレジン注入またはバリセットアップの意図したレジン入口と出口に配置します。オメガチューブが多孔質フローメディアの上に配置され、レジンがバリセットアップに分配されるようにします注入中に、レジンフィードチューブとアウトレットチューブをオメガチューブの開口部に挿入します。次に、セットアップをフッ素エチレンポリマーベースの袋詰めフィルムで覆い、感圧テープを使用して密封します。

インナーバッグの上に金属プレートを置き、ファイバープリフォームの後にブリーザークロスを置きます。樹脂供給チューブが密閉されたら、樹脂排出チューブのもう一方の端をブリーザークロスの上に置きます。スルーバッグ真空バルブの位置を特定したら、バルブの底部をブリーザークロスの上に置きます。

内部袋の上に真空袋詰めフィルムを敷き、密封します。次に、プレートをシーラントテープに貼り付けてシールを完成させます。バルブの底部がある真空バギングフィルムに小さなXをカットし、上部をねじ込んでスルーバッグを完成させます。

真空バルブ。クイックコネクトフィッティングを接続し、バキュームをかけます。次に、真空漏れがないか確認します。

次に、エポキシと硬化剤を100:19の重量比で混合して樹脂を調製します。エポキシ樹脂と硬化剤の混合中にトラップするすべての気泡を除去するために、減圧で樹脂を脱気します。セットアップに漏れがないと判断されたら、オメガチューブに接続されたチューブを介して樹脂を供給し、樹脂がゆっくりと供給され、繊維プリフォームに含浸する時間があることを確認します。

樹脂が樹脂出口チューブから流出するのを待ち、出口チューブから気泡が出なくなるまでブリーザークロスに染み込ませます。最後に、出口チューブを密封し、樹脂を室温で24時間硬化させた後、細菌性セルロースバインダーを使用せずに摂氏50度で16時間硬化後ステップを行います。短い緩いサイザル麻繊維は、繊維間の摩擦と絡み合いによってのみ一緒に保持されます。

その結果、このプリフォームは緩んでおり、多くの重量を支えることができません。ここに示されているのは、細菌性セルロースを含まないサイザル麻繊維プリフォームです。3点曲げモードで荷重がかかるバインダーとしては、プリフォームがやや緩んでいることが見られ、ポリプロピレンカップに40gの水を加えて荷重を加えると、プリフォームは大きくたわみ始めます。

しかし、これらの短くて緩いサイザル麻繊維のバインダーとして28%の細菌セルロースを使用した場合、硬質繊維プリフォームが製造されました。このプリフォームは、170グラムのポリプロピレン製フルカップの荷重にも、大きなたわみなく耐えることができます。典型的な細菌性セルロースサイザル麻繊維プリフォームの走査型電子顕微鏡写真をここに示します。

細菌性セルロースがサイザル麻繊維の表面を覆っているのがわかります。この効果は、サイザル麻繊維の親水性によるものです。サイザル麻繊維の親水性は、培地に分散した細菌セルロースに引き込まれる水分を吸収します。

細菌性セルロースは天然繊維の細孔よりも大きいため、繊維に浸透することができませんでした。代わりに、サイザル麻繊維の表面に対してろ過され、繊維が乾燥したときに細菌性セルロースコーティングの層を形成しました。張力下でのこれらの繊維プリフォームの機械的性能は、約70%の多孔性を持つ繊維プリフォームの多孔質性のためにここに表にまとめられていますプリフォームの引張強度は明確に定義されていません。

したがって、試験片の引張力と引張指数が表になります。12.1キロニュートン/メートルおよび15ニュートンメートル/グラムの引張力および引張指数は、細菌性セルロースの20重量パーセントをバインダーとして使用したときにそれぞれ測定された。しかし、ニートサイザル麻繊維プリフォームの引張特性は、繊維プリフォームが緩んでいるため測定できませんでした。

私たちの技術は、材料科学者やエンジニアが階層的な高性能再生可能複合材料の開発におけるナノセルの法則の使用を探求する道を開きました。