Deligening en hantering van hout fineer.
Volledige deligening leidt tot een massa reductie van ongeveer 40% en een volume reductie van ongeveer 20% na droging bij 65% RH6. Naast lignine wordt ook een fractie van hemicelluverliest verwijderd. Het verwijderen van deze componenten resulteert in een fragiel cellulosemateriaal (Zie Figuur 4). Het gebruik van metalen netten als ondersteuning vergemakkelijkt het hanteren en draperen.

Figuur 4: hantering van het hout in natte toestand. A) fragiel hout in natte toestand. B) de hantering van het materiaal wordt vergemakkelijkt door het gebruik van een metalen gaas voor transport of (C) voor het draperen van het materiaal naar een mal. D) het door de mens gedrapeerde hout is bovenop een poreuze, 3D-gedrukte mal. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Verdichting en vorming van delignified Wood in gesloten mallen.
Verdichting van water verzadigd hout (Figuur 5A-C) is veeleisend, omdat vrij water in de steiger een tegen druk creëert bij verdichting en het mogelijk maakt het materiaal tijdens de verwerking te stromen. Dit veroorzaakt vezels afwijkingen en scheuren in het uiteindelijke materiaal (Figuur 5B, C). Een mogelijkheid om deze beperkingen te omzeilen is het gebruik van vochtige voorgeconditioneerde (95% RH en 20 ° c), delignified hout. In deze toestand is het hout van delignified nog steeds redelijk vormbaar en de verdichting ervan leidt niet tot vervormingen en defecten in de vezel uitlijning.
Voorgeconditioneerd materiaal is echter meer rigide in vergelijking met de water verzadigde toestand, waardoor het moeilijk is om kleine kromming radii te verkrijgen zonder materiële schade. Voor kleine kromming radii kan natte drapering gevolgd door conditionering in een reeds gevormde staat voorafgaande verdichting worden gebruikt. Echter, conditionering is nogal tijdrovend en daarom niet aanbevolen voor grootschalige toepassingen.

Figuur 5: gesloten-schimmel verdichting van hout in natte en vochtige toestand. A) verdichting van het materiaal met water verzadigde cellulose leidt tot (B, C) scheuren en vezel afwijking. (D-F) Verdichting van vochtig materiaal, geconditioneerd bij 95% RH resulteert in een beter behoud van vezel uitlijning en minder defecten. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Vacuüm vorming en verdichting van een gelaagd deel in een open mal.
Exemplarisch voor vacuüm vormgeving, hebben we een helm gemaakt in een zelfgemaakte mal met behulp van een open-Mold proces (Figuur 6a, B). Als lay-up hebben we 2 lagen zeshoek-vlokken gedrapeerd voor oppervlakte textureren, gevolgd door 4 lagen van delignified hout fineer in een lay-up van [0 °/90 °] (Figuur 6C). De vlokken zorgen voor een aantrekkelijk oppervlak ontwerp, terwijl de unidimensionale (UD) lagen sterkte en stijfheid aan de composiet toevoegen. We hebben 16,5 GEW% zetmeel toegepast als lijm tussen lagen om delaminatie14te voorkomen.
Vacuüm verdichting (Figuur 6D) leidt tot volledige droging van het deel binnen 48 uur en verdichting tot een dikte van 3 mm (1/3RD van de begin dikte). Na de vacuüm verwerking wordt het samengestelde deel gedempte (Figuur 6E) en worden de randen bijgesneden met een frees (Figuur 6F).
De maximale layup--dikte die met de open molding-benadering kan worden gedensificeerd en volledig gedroogd, was een 8-laags layup-(8 x 1,5 mm fineer) met een eind dikte van dit deel van 2,5 mm, dat overeenkomt met een verdichting tot ongeveer een kwart van de begin dikte van droog, ontbrand hout, rekening houdend met de krimp van de laag bij deligening en drogen. Om dergelijke hoge verdichting graden te verkrijgen, is een laag vacuüm in het bereik van 10-2 Bar nodig.
Delignified houtcomposieten die tot ongeveer een kwart van hun begin dikte zijn gedensificeerd, bereiken doorgaans elastische moduli-waarden rond 25 GPa-en sterkte waarden in het bereik van 150-180 MPa, zoals weergegeven in ons vorige werk (tabel 1)7.

Tabel 1: literatuur waarden voor elastische elasticiteitsmodulus en treksterkte van gedensificeerd hout. De vacuüm verwerking resulteert in een verdichting tot 1/4e van de begin dikte, die overeenkomt met een FVC van 66%.

Figuur 6: vervaardiging van een helm door open-Mold verwerking. (a, B) Gieten van de originele helm met behulp van een schimmel. C) draperen van twee buitenste lagen met zeshoekige vlokken gevolgd door het draperen van de binnenste 4-lagen in een [0/90] layup. D) verdichting en droging van het deel door vacuüm. E) het droge gedeelte degraderen en (F) afwerken met behulp van een frees. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Het gebruik van stroomnetten resulteert meestal in een Maas afdruk in het monster. Dit kan worden beschouwd als een proces-inherent ontwerp strategie of kan worden voorkomen door het plaatsen van een extra dikker textiele laag tussen delignified hout en flow mesh.
Als alternatief kunnen gesloten mallen gecombineerd met vacuüm verwerking zoals beschreven in Protocol stap 4,2 worden gebruikt. Regelmatig patroon kan worden verkregen door het plaatsen van kleine stukjes van delignified veneers in een gedefinieerde volgorde, zoals eerder getoond voor ons voorbeeld met de zeshoekige patroon op de helm.
Problemen die kunnen ontstaan tijdens de vacuüm verwerking zijn onder meer warpages in het samengestelde deel, die worden veroorzaakt door onvolledig drogen en het optreden van scheuren (Figuur 7). Scheuren resulteren voornamelijk in delignified hout dat is opgeslagen in EtOH eerdere composiet fabricage. Daarom raden we u aan om na de opslag van EtOH zorgvuldig het hout van delignified in water te weken voor verdere verwerking. Bovendien vermindert zorgvuldige drapering gevolgd door lichte verdichting met de hand om wat vrij water te verwijderen het risico op barsten.

Figuur 7: mogelijke problemen die ontstaan bij de fabricage van complexe geometrieën. (A) achteraanzicht en (B) zijaanzicht van de vervaardigde helm. (C, D) Kleine scheuren door krimp van het materiaal tijdens de verwerking. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Hergebruik of ontbinding van samengestelde delen.
Ons composiet van cellulose zetmeel is allemaal biologisch en kan uiteenvallen in water. Aan de ene kant is de hydrofiliciteit van het materiaal een nadeel, omdat het leidt tot verminderde mechanische prestaties bij contact met water. Een eenvoudige methode om de composiet te beschermen tegen vloeibaar water omvat hydrofobe coatings, zoals we hebben laten zien in Frey et al. 20197. Aan de andere kant kan een hydrofiel gedrag van het materiaal ook voordelig zijn als het gaat om het einde van levens gebruik en recycling aspecten. Het monster kan eenvoudig in water worden uiteenvallen tot kleinere stukken en de vezelhoudende slurry kan verder worden gebruikt voor de productie van nieuwe op vezels gebaseerde producten zoals weergegeven in Figuur 8. Bovendien is het vezelmateriaal volledig biologisch afbreekbaar, zoals weergegeven in Figuur 9.

Figuur 8: hergebruik van delignified houtvezels. (a-C) Reductie van delignified Wood veneers in kleine stukjes door het materiaal in water te dispergeren. (D-F) Hergebruik van de fiber slurry voor het produceren van de voering van een helm. D) het doortrekken van een siliconen mal met Fiber slurry. (E) laatste voering van de helm. (F) voering gemaakt van uiteenvallen delignified hout in de harde schil van de helm. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 9: aantasting van de houtvezels van de delignified. A) Petri schaaltje gevuld met grond. B) de vezel slurry bovenop de bodem plaatsen en (C) vullen met water. D) biologische afbraak na één dag, (E) na acht dagen, en (F) na 26 dagen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.