Fabricação de fibras naturais robustos Preformas Utilizando bacteriana Celulose como Binder

O objetivo geral deste procedimento é criar pré-formas de fibra natural robustas e rígidas usando celulose bacteriana como aglutinante e produzir compósitos hierárquicos renováveis usando um processo convencional de fabricação de compósitos. Isso é feito criando primeiro uma suspensão de celulose bacteriana em água. O segundo passo é dispersar as fibras naturais curtas soltas na suspensão de celulose bacteriana.

Em seguida, a suspensão de celulose bacteriana de fibra natural resultante é filtrada para remover o excesso de água. A etapa final é consolidar e secar a torta de filtro para formar uma pré-forma de fibra robusta e rígida. Em última análise, esta pré-forma de fibra pode ser posteriormente infundida com uma resina líquida para criar compósitos renováveis reforçados com fibra natural reforçada com celulose bacteriana de alto desempenho.

Antes de iniciar este procedimento, meça a quantidade de peles úmidas de celulose bacteriana equivalente a 18 gramas de celulose bacteriana seca de uma massa úmida a seca predeterminada de celulose bacteriana. Em seguida, corte as peles úmidas de celulose bacteriana em pequenos pedaços de aproximadamente um a dois centímetros usando uma tesoura afiada. Após o corte, mergulhe as peles de celulose bacteriana em um litro de água para hidratá-las.

Alimente as peles de celulose bacteriana cortadas no liquidificador e adicione 300 a 500 mililitros de água para que o processo de mistura ocorra sem problemas. Em seguida, bata as pontas por dois minutos. Quando terminar, despeje a celulose bacteriana misturada em um recipiente de 15 litros e adicione água até que o volume total de água seja de 14 litros, dando uma concentração de celulose bacteriana na água de 0,1 peso por volume.

Em seguida, corte 72 gramas de fibras de tamanho solto em fibras de um a dois centímetros de comprimento e adicione-as à suspensão de celulose bacteriana. Agite suavemente a suspensão com uma espátula para garantir uma dispersão homogênea das fibras de sisal na suspensão de celulose bacteriana. Neste ponto, encha o formador de chapa com água deionizada até que o nível da água atinja o fio de apoio.

Coloque um fio formador de metal de 50 malhas no fio de apoio centralizado dentro da base do molde da chapa, feche e trave o molde da chapa. Em seguida, adicione mais água fresca até que o fio formador esteja submerso em água. Despeje a suspensão de celulose bacteriana de fibra de sisal preparada no molde da folha.

Mexa suavemente a suspensão com a espátula para garantir que o tamanho das fibras seja distribuído de forma homogênea por todo o molde. Em seguida, abra a válvula de drenagem para drenar a água, o que resultará na formação de uma torta de filtro úmida de fibras de sisal e celulose bacteriana no fio formador. Imediatamente após a drenagem da água, abra o molde da folha e remova o fio formador.

Coloque o fio formador em um pedaço de papel mata-borrão. Em seguida, coloque três mata-borrões adicionais no topo do bolo de filtro, seguidos por uma placa de metal. Em seguida, vire o bolo de filtro com o fio formador.

Agora voltado para cima, remova-o e coloque três mata-borrões adicionais diretamente em cima do bolo de filtro, seguidos de uma placa de metal. Coloque um peso de 10 kg em cima da placa de metal para pressionar a água para fora. Quando os mata-borrões estiverem totalmente encharcados, substitua-os por mata-borrões novos e pressione novamente o bolo de filtro com um peso de 10 quilos.

Uma vez que os papéis mata-borrão tenham sido substituídos uma última vez, execute uma prensagem final de uma tonelada em uma prensa a quente para consolidar a pré-forma de fibra. Aqueça a prensa quente até 120 graus Celsius para ajudar na evaporação da água residual. Após quatro horas, reduza a temperatura da prensa a quente para a temperatura ambiente e remova a pré-forma assim que esfriar

Coloque fita sensível à pressão ao redor da periferia da configuração interna e externa. Seguindo este local, a pré-forma na parte superior do lado do ferramental, que consiste em um tecido de liberação de vidro revestido de politetrafluoretileno ou PTFE não poroso. Cubra a pré-forma com um tecido antiaderente de vidro poroso revestido com PTFE, também conhecido como camada de casca, seguido por um meio de fluxo poroso.

Posicione os tubos ômega na entrada e saída de resina pretendida da infusão de resina assistida por vácuo ou configuração vari. Certifique-se de que os tubos ômega sejam colocados em cima do meio de fluxo poroso para permitir que a resina se distribua na configuração vari Durante a infusão, insira os tubos de alimentação e saída de resina nas aberturas dos tubos ômega. Em seguida, cubra a configuração com o filme de ensacamento à base de polímero de etileno fluorado e sele-o com fita sensível à pressão.

Coloque uma placa de metal em cima do saco interno onde a pré-forma de fibra é seguida por um pedaço de pano de respiro. Depois que o tubo de alimentação de resina for selado, posicione a outra extremidade do tubo de saída de resina em cima do pano de respiro. Depois de identificar a posição onde deve estar a válvula de vácuo do saco passante, coloque a parte inferior da válvula em cima do pano de respiro.

Coloque um filme de ensacamento a vácuo em cima do saco interno e feche-o. Em seguida, coloque a placa na fita selante para completar a vedação. Corte um pequeno X no filme de ensacamento a vácuo onde está a parte inferior da válvula e aparafuse a parte superior para completar o saco passante.

Válvula de vácuo. Conecte o encaixe de conexão rápida e aplique um vácuo. Em seguida, verifique se há vazamentos de vácuo.

Em seguida, prepare a resina misturando o epóxi e o endurecedor em uma proporção de peso de 100 a 19. Desgaseifique a resina a uma pressão reduzida para remover todas as armadilhas de bolhas de ar durante a mistura da resina epóxi e do endurecedor. Uma vez que a própria configuração seja determinada como livre de vazamentos, alimente a resina através da tubulação conectada ao tubo ômega, certifique-se de que a resina seja alimentada lentamente, de modo que tenha tempo de impregnar na pré-forma da fibra.

Deixe a resina fluir para fora do tubo de saída de resina e mergulhe no pano de respiro até que nenhuma bolha de ar possa ser observada saindo do tubo de saída. Finalmente, sele o tubo de saída e deixe a resina curar por 24 horas em temperatura ambiente, seguida por uma etapa de pós-cura a 50 graus Celsius por 16 horas sem um aglutinante de celulose bacteriana. As fibras curtas e soltas do sisal são mantidas juntas apenas por fricção e emaranhamentos entre as fibras.

Como resultado, esta pré-forma está solta e não é capaz de suportar muito peso. Aqui é mostrada a pré-forma de fibra de sisal sem celulose bacteriana. Como o aglutinante com uma carga aplicada no modo de dobra de três pontos, a pré-forma pode ser vista bastante solta e, quando uma carga é aplicada adicionando 40 gramas de água no copo de polipropileno, a pré-forma começa a desviar severamente.

No entanto, quando 28% de celulose bacteriana foi usada como aglutinante para essas fibras curtas e soltas de sisal, uma pré-forma de fibra rígida foi fabricada. Esta pré-forma pode suportar a carga de um copo cheio de polipropileno pesando 170 gramas sem qualquer deflexão significativa. Micrografias eletrônicas de varredura de uma pré-forma típica de fibra de sisal de celulose bacteriana são mostradas aqui.

A celulose bacteriana pode ser vista cobrindo a superfície das fibras de sisal. Este efeito é devido à natureza hidrofílica das fibras de sisal. A natureza hidrofílica das fibras de sisal absorve a extração de água na celulose bacteriana que é dispersa no meio.

Como a celulose bacteriana é maior do que os poros das fibras naturais, elas não foram capazes de penetrar nas fibras. Em vez disso, eles foram filtrados contra a superfície das fibras de sisal e para formar uma camada de revestimento de celulose bacteriana quando as fibras foram secas. O desempenho mecânico dessas pré-formas de fibra sob tensão é tabulado aqui devido à natureza porosa das pré-formas de fibra com uma porosidade de aproximadamente 70%A resistência à tração da pré-forma não é bem definida.

Portanto, a força de tração e o índice de tração da amostra são tabulados. Uma força de tração e um índice de tração de 12,1 quilo newton por metro e 15 Newton por grama foram medidos, respectivamente, quando 20 por cento em peso de celulose bacteriana foi usado como aglutinante. No entanto, as propriedades de tração das pré-formas de fibra de sisal puras não foram mensuráveis, pois a pré-forma da fibra é solta.

Nossa técnica abriu caminho para cientistas e engenheiros de materiais explorarem o uso de leis de nanocélulas no desenvolvimento de compósitos renováveis hierárquicos de alto desempenho.