Produkcja wytrzymałych pform z włókien naturalnych wykorzystujących celulozę bakteryjną jako spoiwo

Ogólnym celem tej procedury jest stworzenie wytrzymałych i sztywnych pform z włókien naturalnych przy użyciu celulozy bakteryjnej jako spoiwa oraz wyprodukowanie odnawialnych kompozytów hierarchicznych przy użyciu konwencjonalnego procesu wytwarzania kompozytów. Osiąga się to poprzez najpierw wytworzenie zawiesiny celulozy bakteryjnej w wodzie. Drugim krokiem jest rozproszenie luźnych krótkich włókien naturalnych w zawiesinie celulozy bakteryjnej.

Następnie powstała zawiesina celulozy bakteryjnej z włókien naturalnych jest filtrowana w celu usunięcia nadmiaru wody. Ostatnim krokiem jest zagęszczenie i wysuszenie placka filtracyjnego w celu uzyskania solidnej i sztywnej formy włókien. Ostatecznie ta preforma włókien może być następnie nasycona płynną żywicą w celu wytworzenia wysokowydajnych kompozytów odnawialnych wzmocnionych włóknem naturalnym wzmocnionych celulozą bakteryjną.

Demonstracją tej procedury będą mata, Kang i C. Przed rozpoczęciem tej procedury zmierz ilość mokrej celulozy bakteryjnej odpowiadającą 18 gramom suchej celulozy bakteryjnej z góry określonej mokrej do suchej masy celulozy bakteryjnej. Następnie pokrój mokre plastry celulozy bakteryjnej na małe kawałki o długości około jednego do dwóch centymetrów za pomocą ostrych nożyczek. Po pokrojeniu namocz celulozę bakteryjną w jednym litrze wody, aby je nawodnić.

Nałóż pokrojone bakterie celulozy do blendera i dodaj od 300 do 500 mililitrów wody, aby proces miksowania przebiegał bezproblemowo. Następnie miksuj les przez dwie minuty. Po zakończeniu wlej zmieszaną celulozę bakteryjną do 15-litrowego pojemnika i dodawaj wodę, aż całkowita objętość wody wyniesie 14 litrów, co daje stężenie celulozy bakteryjnej w wodzie 0,1 procenta wagowego na objętość.

Następnie pokrój 72 gramy luźnych włókien na włókna o długości od jednego do dwóch centymetrów i dodaj je do zawiesiny celulozy bakteryjnej. Delikatnie wymieszać zawiesinę szpatułką, aby zapewnić jednorodną dyspersję włókien sizalowych w zawiesinie celulozy bakteryjnej. W tym momencie napełnij formierkę arkuszy wodą dejonizowaną, aż poziom wody dotrze do drutu nośnego.

Umieść metalowy drut formujący o oczkach 50 na drucie nośnym wyśrodkowanym w podstawie formy do blachy, zamknij i zatrzaśnij formę do blachy. Następnie dodaj dodatkową świeżą wodę, aż drut formujący zostanie zanurzony w wodzie. Wlej przygotowaną zawiesinę celulozy bakteryjnej z włókna sizalowego do formy arkuszowej.

Delikatnie wymieszaj zawiesinę szpatułką, aby upewnić się, że wielkość włókien jest równomiernie rozłożona w całej formie. Następnie otwórz zawór spustowy, aby spuścić wodę, co spowoduje utworzenie mokrego placka filtracyjnego z włókien sizalowych i celulozy bakteryjnej na drucie formującym. Natychmiast po spuszczeniu wody otwórz formę do blachy i usuń drut formujący.

Umieść drut formujący na kawałku bibuły. Następnie umieść trzy dodatkowe bibuły na wierzchu placka filtracyjnego, a następnie metalową płytkę. Następnie odwróć placek filtracyjny za pomocą drutu formującego.

Teraz skierowany do góry, wyjmij go i umieść trzy dodatkowe bibuły bezpośrednio na wierzchu placka filtracyjnego, a następnie na metalowej płytce. Umieść 10-kilogramowy ciężarek na metalowej płycie, aby wycisnąć wodę. Gdy bibuły są całkowicie namoczone, zastąp je świeżymi bibułami i ponownie dociśnij placek filtracyjny za pomocą odważnika o wadze 10 kilogramów.

Po ostatniej wymianie bibuły wykonaj końcowe prasowanie jednej tony w gorącej prasie, aby skonsolidować preformę włókien. Podgrzej gorącą prasę do 120 stopni Celsjusza, aby wspomóc odparowanie resztek wody. Po czterech godzinach zmniejsz temperaturę gorącej prasy do temperatury pokojowej i usuń preformę po ostygnięciu.

Umieść taśmę samoprzylepną na obrzeżach instalacji wewnętrznej i zewnętrznej. W tym miejscu znajduje się preforma na górze strony narzędziowej, która składa się z nieporowatej tkaniny antyadhezyjnej ze szkła pokrytego politetrafluoroetylenem lub PTFE. Przykryj preformę porowatą tkaniną antyadhezyjną ze szkła pokrytego PTFE, znaną również jako warstwa peel, a następnie porowatym medium przepływowym.

Umieść rurki omega na zamierzonym wlocie i wylocie żywicy do infuzji żywicy wspomaganej próżniowo lub konfiguracji vari. Upewnij się, że probówki omega są umieszczone na porowatym podłożu przepływowym, aby umożliwić rozprowadzenie żywicy w konfiguracji vari Podczas infuzji włóż rurki doprowadzające i odprowadzające żywicę do otworów w probówkach omega. Następnie przykryj zestaw folią workową na bazie polimeru fluoroetylenu i uszczelnij ją taśmą samoprzylepną.

Umieść metalową płytkę na wierzchu wewnętrznej torby, w miejscu, w którym po preformie włókien znajduje się kawałek tkaniny do oddychania. Po uszczelnieniu rurki doprowadzającej żywicę umieść drugi koniec rurki wylotowej żywicy na wierzchu tkaniny odpowietrzającej. Po określeniu pozycji, w której powinien znajdować się zawór próżniowy z workiem przelotowym, umieść dolną część zaworu na wierzchu tkaniny odpowietrzającej.

Umieść folię do pakowania próżniowego na wierzchu worka wewnętrznego i zamknij ją. Następnie umieść płytkę na taśmie uszczelniającej, aby zakończyć uszczelnienie. Wytnij mały X na folii do pakowania próżniowego w miejscu, w którym znajduje się dolna część zaworu, i wkręć górną część, aby zakończyć worek przelotowy.

Zawór próżniowy. Podłącz szybkozłączkę i zastosuj podciśnienie. Następnie sprawdź, czy nie ma wycieków próżni.

Następnie przygotuj żywicę, mieszając żywicę epoksydową i utwardzacz w stosunku wagowym 100 do 19. Odgazuj żywicę pod zmniejszonym ciśnieniem, aby usunąć wszystkie pułapki pęcherzyków powietrza podczas mieszania żywicy epoksydowej i utwardzacza. Po ustaleniu, że sama konfiguracja jest wolna od wycieków, poprowadź żywicę przez rurkę podłączoną do rurki omega, upewnij się, że żywica jest podawana powoli, tak aby miała czas na nasiąknięcie do preformy włókna.

Pozwól, aby żywica wypłynęła z rurki wylotowej żywicy i zanurz się w tkaninie odpowietrzającej, aż nie będzie można zaobserwować pęcherzyków powietrza wydobywających się z rurki wylotowej. Na koniec uszczelnij rurkę wylotową i pozwól żywicy utwardzić się przez 24 godziny w temperaturze pokojowej, a następnie wykonaj etap utwardzania w temperaturze 50 stopni Celsjusza przez 16 godzin bez bakteryjnego spoiwa celulozowego. Krótkie, luźne włókna sizalowe są utrzymywane razem tylko przez tarcie i splątanie między włóknami.

W rezultacie ta preforma jest luźna i nie jest w stanie utrzymać dużego ciężaru. Pokazano tutaj preformę z włókna sizalowego bez celulozy bakteryjnej. Jako spoiwo z obciążeniem przyłożonym w trybie zginania trzypunktowego, preforma może być postrzegana jako dość luźna, a gdy obciążenie jest nakładane przez dodanie 40 gramów wody do kubka polipropylenowego, preforma zaczyna się mocno uginać.

Jednak, gdy jako spoiwo dla tych krótkich i luźnych włókien sizalowych użyto 28% celulozy bakteryjnej, wyprodukowano preformę z włókien sztywnych. Ta preforma może wytrzymać obciążenie pełnego kubka polipropylenowego o wadze 170 gramów bez znaczącego ugięcia. Pokazano tutaj skaningowe mikrofotografie elektronowe typowej bakteryjnej preformy włókien sizalowych z celulozy.

Można zauważyć, że celuloza bakteryjna pokrywa powierzchnię włókien sizalowych. Efekt ten wynika z hydrofilowego charakteru włókien sizalowych. Hydrofilowy charakter włókien sizalowych pochłania wodę, wciągając celulozę bakteryjną, która jest zdyspergowana w pożywce.

Ponieważ celuloza bakteryjna jest większa niż pory włókien naturalnych, nie były one w stanie wniknąć we włókna. Zamiast tego filtrowano je na powierzchni włókien sizalowych i tworzyły warstwę bakteryjnej powłoki celulozowej po wysuszeniu włókien. Wydajność mechaniczna tych preformek włókien pod napięciem jest tutaj zestawiona w tabeli ze względu na porowaty charakter preformy włókien o porowatości około 70%Wytrzymałość na rozciąganie preformy nie jest dobrze określona.

W związku z tym siła rozciągająca i wskaźnik rozciągania próbki są zestawione w tabeli. Siła rozciągająca i wskaźnik rozciągania wynoszące odpowiednio 12,1 kg niutonów na metr i 15 niutonometrów na gram zostały zmierzone, gdy jako spoiwo użyto 20 procent wagowych celulozy bakteryjnej. Jednak właściwości rozciągania czystych preform włókien sizalowych nie były mierzalne, ponieważ preforma włókien jest luźna.

Nasza technika utorowała drogę materiałoznawcom i inżynierom do zbadania możliwości wykorzystania praw nanokomórek w rozwoju hierarchicznych, wysokowydajnych kompozytów odnawialnych.