Делигнацификация и обработка деревянных виниров.
Полное делолификация приводит к массовому сокращению около 40% и сокращению объема около 20% после высыхания на 65% RH6. Кроме лигнина, часть гемицеллюлосов удаляется тоже. Удаление этих компонентов приводит к хрупкому целлюлозно-излматериальо-материалу (см. рисунок 4). Использование металлических сетк в качестве опор облегчает обработку и драпировку.

Рисунок 4: Обработка delignified древесины во влажном состоянии. (A)Хрупкая обрекифицированная древесина в мокром состоянии. (B) Обработка материала облегчается с помощью металлической сетки для транспортировки или (C) для драпировки материала к плесени. (D) Delignified древесины драпированные на вершине пористой 3D-печатной формы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Уплотнение и формирование delignified древесины в закрытых форм.
Уплотнение насыщенной водой делигированной древесины(рисунок 5A-C) требует, так как свободная вода в эшафот создает встречное давление на уплотнение и позволяет материалу течь во время обработки. Это вызывает отклонения волокна и трещины в конечном материале(Рисунок 5B, C). Одной из возможностей обойти эти ограничения является использование влажной предварительно кондиционированной (95% RH и 20 градусов по Цельсию), delignified древесины. В этом состоянии, delignified древесины по-прежнему достаточно формируемые и его уплотнение не приводит к волокна выравнивания искажений и дефектов.
Предварительно кондиционированный материал, однако, является более жестким по сравнению с насыщенным водой состоянием, что затрудняет получение небольших радиусов кривизны без материального ущерба. Для малых радиусов кривизны можно использовать влажную драпировку с последующим кондиционированием в уже сформированном состоянии до уплотнения. Тем не менее, кондиционирование занимает довольно много времени и поэтому не рекомендуется для крупномасштабных приложений.

Рисунок 5: Закрыто-плесень уплотнения delignified древесины во влажном и влажном состоянии. (A) Денсификация насыщенного водой целлюлозы приводит к (B, C) трещины и волокна несогласованности. (D-F) Уплотнение влажного материала, обусловленное 95% RH приводит к лучшему сохранению выравнивания волокна и меньше дефектов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Вакуумное формирование и уплотнение ламинированной части в открытой плесени.
Примерно для вакуумной формации, мы изготовили шлем в самодельной гипсовой формы с использованием процесса открытой формы(рисунок 6A,B). Как заложить вверх, мы драпированные 2 слоя шестиугольника-хлопья для поверхности текстурирования следуют 4 слоя delignified древесный шпон в "0" / 90 "заложить вверх (Рисунок 6C). Хлопья обеспечивают привлекательную конструкцию поверхности, в то время как одномерные (UD) слои добавляют прочность и жесткость композиту. Мы применили 16,5 вт% крахмала в качестве клея между слоями, чтобы предотвратить делемации14.
Вакуумная уплотнение(рисунок 6D) приводит к полному высыханию детали в пределах 48 ч и уплотнению до толщины 3 мм (1/3ч от начальной толщины). После вакуумной обработки композитная часть размягна(рисунок 6E),а края обрезаются резаком(рисунок 6F).
Максимальная толщина укладки, которая могла быть уплотнена и полностью высушена при открытом литье подход был 8-слойный layup (8 х 1,5 мм шпона) с конечной толщиной этой части 2,5 мм, что соответствует уплотнению до примерно одной четверти от первоначальной толщины сухой delignified древесины, принимая во внимание слой усадки при делегировании и сухости. Для получения таких высоких степеней уплотнения необходим низкий вакуум в диапазоне 10-2 бар.
Delignified деревянных композитов, которые уплотняются примерно до одной четверти их первоначальной толщины, как правило, достигают эластичных значений модули около 25 GPa и значения прочности в диапазоне 150-180 MPa, как показано в нашей предыдущей работе (Таблица 1)7.

Таблица 1: Литературные значения для растяжения эластичного модуля и прочности уплотненной деликатной древесины. Вакуумная обработка приводит к уплотнению до 1/4 от начальной толщины, что соответствует FVC 66%.

Рисунок 6: Изготовление шлема по обработке открытой формы. (A, B) Формирование оригинального шлема с помощью гипсовой формы. (C) Драпировка двух внешних слоев с шестиугольными хлопьями, а затем драпировка внутренней 4-слоев в "0/90" layup. (D) Денсификация и высыхание части вакуумом. (E) Демольдаж сухой части и (F) закончить с помощью резака. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Использование сетки потока обычно приводит к сетке-отпечаток в образце. Это можно рассматривать как стратегию проектирования, присущую процессу, либо можно предотвратить, разместив дополнительный более толстый текстильный слой между delignified древесиной и сеткой потока.
Кроме того, закрытые формы в сочетании с вакуумной обработкой, как описано в протоколе шаг 4.2 могут быть использованы. Регулярное узорможет быть получено путем размещения небольших кусочков delignified виниры в определенном порядке, как показано ранее для нашего примера с шестиугольник омрачания на шлеме.
Проблемы, которые могут возникнуть во время вакуумной обработки включают warpages в составной части, которые вызваны неполной сушки и возникновения трещин (Рисунок 7). Трещины в основном приводят к delignified древесины, которая хранилась в EtOH предварительного композитного изготовления. Поэтому после хранения EtOH мы рекомендуем тщательно замочить в воде деликатную древесину перед дальнейшей обработкой. Кроме того, тщательная драпировка с последующим небольшим уплотнением вручную, чтобы удалить немного свободной воды снижает риск растрескивания.

Рисунок 7: Возможные проблемы, возникающие при изготовлении сложных геометрий. (A) Вид на спину и (B) вид сбоку изготовленного шлема. (C,D) Небольшие трещины из-за усадки материала во время обработки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Повторное использование или разложение композитных деталей.
Наш целлюлозно-крахмал композитный все био-основе и может распадаться в воде. С одной стороны, гидрофилия материала является недостатком, так как это приводит к снижению механической производительности при контакте с водой. Простой метод защиты композита от жидкой воды состоит из гидрофобных покрытий, как мы показали в Frey et al. 20197. С другой стороны, гидрофильные поведение материала также может быть полезным, когда дело доходит до конца жизни использования и утилизации аспектов. Образец может быть просто распалась в воде на более мелкие кусочки и волокнистой суспензии могут быть дополнительно использованы для производства новых волоконных продуктов, как показано на рисунке 8. Кроме того, волокнистый материал полностью биоразлагается, как показано на рисунке 9.

Рисунок 8: Повторное использование delignified древесных волокон. (A-C) Уменьшение освещаемых деревянных виниров на мелкие кусочки путем рассеивания материала в воде. (D-F) Повторное использование волокна шлам для производства подкладки шлема. (D) Reveting кремниевой формы с волокнистой суспензии. (E) Окончательная подкладка шлема. (F)Подкладка сделана из распавшейся delignified древесины внутри твердой оболочки шлема. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 9: Деградация delignified древесных волокон. (A) Чашка Петри, наполненная почвой. (B) Размещение волокна суспензии на верхней части почвы и (C) заполнение его водой. (D) Био-деградации после одного дня, (E) после восьми дней, и (F) после 26 дней. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.