Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Binder Bakteriyel Selüloz kullanmak Sağlam Doğal Elyaf preform üretim

Published: May 22, 2014 doi: 10.3791/51432
Automatic Translation
1,2, 3, 1, 1,3
1Polymer and Composite Engineering (PaCE) Group, Institute of Materials Chemistry and Research, University of Vienna, 2Department of Chemical Engineering, University College London, 3Polymer and Composite Engineering (PaCE) Group, Department of Chemical Engineering, Imperial College London

Summary

Bir kağıt yapma işlemi kullanılarak sert ve sağlam bir kısa doğal elyaf preforme üretimi için yeni bir yöntem sunulmaktadır. Bakteriyel selüloz gevşek lifler için bağlayıcı olarak hareket eder ve aynı zamanda elyaf ön-parçaları için sertlik sağlar. Bu preform Gerçekten yeşil hiyerarşik kompozit malzemelerin üretilmesi için bir reçine ile infüze edilebilir.

Abstract

Sert ve sağlam bir doğal elyaf ön imalatı için yeni bir yöntem burada sunulmuştur. Bu yöntem, gevşek ve kısa sisal elyafları bakteri selüloz içeren bir su süspansiyonu içinde disperse edilir, böylece bir kağıt yapma yöntemi, dayanır. Elyaf ve nanocellulose Süspansiyon daha sonra (yerçekimi ve vakum kullanarak), filtre edilmiş ve ıslak filtre keki, ve fazla suyun sıkılarak çıkarılması için preslenmiş, bir kurutma adımı takip eder. Bu arada gevşek doğal elyaflar tutan, bakteri selüloz ağının Hornifikasyon neden olur.

Önerilen yöntem, özel olarak su sever fiberlerin sert ve sağlam bir preform üretimi için uygundur. Bu tür elyaf ve gözenekli hidrofilik doğa süspansiyon içinde dağılmış bakteri selüloz çizim, önemli bir su emme ile sonuçlanır. Bakteriyel selüloz daha sonra bir bakteri selüloz kaplamanın oluşturulması, bu liflerin yüzeyine karşı filtre edilecektir. Ne gevşek fiber-bakteriyel hücreulose süspansiyon filtre edildi ve kurutuldu, bitişik bakteri selüloz bir ağ oluşturur ve birlikte başka bir gevşek liflerin tutmak için hornified.

Ön formun içine bakteri selüloz giriş elyaf ön-mekanik özelliklerinin önemli bir artış ile sonuçlanmıştır. Bu bakteri selüloz ağının yüksek sertlik ve mukavemet atfedilebilir. Bu ön-ile, yenilenebilir yüksek performanslı hiyerarşik kompozit malzemeler, aynı zamanda, reçine tabakası infüzyon (RFI) veya reçine transfer kalıplama (RTM) gibi geleneksel kompozit üretim yöntemleri kullanılarak imal edilebilir. İşte, biz de reçine infüzyon destekli iki torba vakum kullanarak yenilenebilir hiyerarşik kompozit üretim açıklar.

Introduction

Giderek artan petrol fiyatları ve sürdürülebilir bir gelecek için halkın artan talep yol açtı ve yeşil malzemeler, özellikle polimerler ve kompozit araştırma ve geliştirme canlandırdı var. Ne yazık ki, yeşil veya yenilenebilir polimerlerin termo-mekanik performans geleneksel petrol bazlı polimerler, genellikle 1 ile karşılaştırıldığında daha düşüktür. Örneğin, ticari olarak temin edilebilen kopolimerler, polilaktid (PLA) ve polihidroksi (PHB) kırılgandır ve düşük bir ısı ile bozulma sıcaklıklarını sahiptirler. Yaygın olarak kullanılan petrol esaslı mühendislik malzemelerinin performansını maç hatta aşmak yenilenebilir malzemeler yaratmanın bir çözüm geçmişten öğrenmek için; Henry Ford yenilenebilir polimerlerin özelliklerini geliştirmek için, örneğin, bir takviye 2 bio-based/renewable polimerler birleştirerek birleşik bir strateji kullanılmıştır. Genellikle, doğal lifler, düşük maliyet, düşük yoğunluk, renewabili takviye olarak ideal bir aday olarak hizmet ettiği iddia edilmektedirty ve biyobozunurluk 3. Doğal elyaf kompozit hakemli bilimsel yayınların sayısındaki üstel artış (Şekil 1) 4 tarafından görülebileceği gibi 1990 yılında bir rönesans gördük. Bununla birlikte, doğal elyaf ve en termoplastiklerin hidrofobik özelliklerinden dolayı hidrofilik doğası çoğu zaman elde edilen fiber takviyeli polimer kompozitlerin zayıf mekanik performans ile sonuçlanan zayıf fiber matris yapışma 5 sonuçlanması sorumlu edilir. Bu sorunu çözmek için, birçok araştırmacılar kimyasal doğal liflerin 6,7 yüzeylerini değiştirmek için çalıştı. Bu kimyasal modifikasyonlar asetilasyonunu 8, sililasyonu 9, 10, aşılama polimer, bir izosiyanat tedaviler 11,12, maleatlanmış bağlama maddeleri 13-17 kullanımını, ve benzoilasyon 18 içerir. Bu kimyasal işlemler arasında doğal lifler, daha hidrofobik hale gelmiş olsa da, elde edilen doğal elyaf-güçlendirmekd polimerler halen mekanik performans 19 açısından sunmak için başarısız oldu. Thomason 20 bu hata anisotropicity ve doğal liflerin genişlemesinin termik katsayısı yüksek doğrusal bir sonucu olabilir varsayıldı. Buna ek olarak, doğal lifler, aynı zamanda, sınırlı işlem sıcaklığının 21, partiden partiye değişkenlik 3, örneğin cam, aramid ya da karbon elyafları ve uygun üretim süreçlerinin eksikliği gibi sentetik elyaflar ile karşılaştırıldığında, düşük gerilme mukavemeti gibi birtakım mahsurlar Polimer kompozitler doğal elyaf üretmek. Bu durumda, takviye gibi doğal elyaflar kullanılarak yeşil bir malzeme ve petrol bazlı polimerler arasında daha önce zikredilen özellik-performans boşluğu kapatmak için yeterli olmayacaktır.

Nanocellulose bir çıkan yeşil takviye ajandır. Özellikle, bu tür nanocellulose bakteriyel SELÜLOZDEN olarak bilinen türler Acetobacter 22, ikinci gibi bakterilerin ürettiğie bağlı selüloz kristaller 24, yüksek sertlik ve mukavemet istismar olasılığına yeşil parçalar 23'ün tasarımı için ilgi çekici bir alternatif olarak hizmet eder. Tek bir kristalin selüloz sertliği X-ışını kırınımı, Raman spektroskopisi ve sayısal simülasyonları 25-27 kullanılarak yaklaşık olarak 100-160 GPa olarak tahmin edilmiştir. Bu cam lifleri, ancak daha yoğun olan ~ 70 GPa, daha yüksektir. Bakteriyel selüloz (BC), aynı zamanda doğal olarak, nano-boyutlu, yaklaşık 50 nm ve uzunluğu 28 birkaç mikrometrelik bir çap ile. Doğal elyaf 5,29,30 mevcudiyetinde Acetobacter xylinius kültürlenmesiyle BC tabakaları ile kat doğal (sisal ve kenevir) lifler için bir yöntem rapor etmiştir. Bu PLLA ve BC-kaplanmış, doğal liflerden 29,31 arasında daha iyi ara yüz yapışma yol açtı. Bu liflerin kaplama sürecini basitleştirmek amacıyla, Lee ve ark. 31. doğal (sisal) fibe kaplama bir yöntem geliştirdiBiyoreaktör kullanılmadan rs. Kuru lifler, sisal BC süspansiyona batırılır ve böylece bu yöntem, bulamaç, daldırma işlemi dayanır. Bu yöntemin 32'nin bir uzantısı, tipik kompozit yapıların imalatı için müsait sisal fiber preform üretilmesi için gevşek sisal elyafları ve BC ihtiva eden su süspansiyonu filtre etmektir.

Protocol

Bakteriyel Selüloz-sisal Fiber Süspansiyon 1. Hazırlanması

  1. 80 ° C'de nemli BC gece boyunca vakum kurutma (O / N), ardından BC ıslak kütle, ölçerek BC ıslak-kuru kütle belirler. Bir kez kurutulduktan sonra, BC kuru kütle ölçümü.
  2. BC önceden belirlenmiş bir ıslak-kuru kütlesinin kuru BC 18 g ıslak BC zar eşdeğer miktarını ölçün.
  3. Keskin bir makas kullanarak ~ 1-2 cm'lik küçük parçalar halinde ıslak M.Ö. ince zarlar kesin. Kesme işleminden sonra, kesik ince zarlar hidrasyonu sağlamak için 1 L su içinde BC ince zarlar ıslatın.
  4. Bir blender içine kesilmiş M.Ö. film tabakası Yem ve karıştırma işlemi sorunsuz gidecek şekilde blender içine suyun uygun miktarda ekleyebilirsiniz.
  5. 2 dakika boyunca bu BC ince zarlar karıştırın.
  6. 15 L bir kap içine karıştırılmış BC dökün ve toplam su hacmi (0.1 (g / ml),% su içinde bir BC konsantrasyonu oluşturan, un başına bakteri selüloz yüzde itibarıyla kütle 14 L kadar su ekleyinSuyun bu hacim). M.Ö. ince zarlar karıştırma için gruplar halinde blender içine beslenen gerekebilir.
  7. 1-2 cm uzunluğunda lifler içine gevşek sisal (veya kısa doğal liflerin herhangi bir kaynak) 72 gr kesin ve M.Ö. süspansiyonu içine ekleyebilirsiniz. Yavaşça BC süspansiyon içinde sisal liflerin homojen bir dağılım sağlamak için süspansiyon karıştırın.
  8. Bu süspansiyon, O / N olarak sisal elyafları emmek

Sisal elyaf ön-parçanın 2. Üretim

  1. Açık sac kalıp ve drenaj valfini kapatın.
  2. Su seviyesi destek teli ulaşana kadar DI su ile doldurun.
  3. Levha kalıp taban içinde ortalanmış olan destek teli üzerinde bir 100 gözenekli metal şekillendirme teli yerleştirin.
  4. Yakın ve sac kalıp mandalı. Biçim verme teli, su altında kadar ek temiz su ekleyin.
  5. Tabaka kalıba hazırlanan sisal lif-BC süspansiyon dökün. Yavaşça sisal elyafları homojen dağıtım alçak olmasını sağlamak için süspansiyonun karıştırılmasıkalıp boyunca uted.
  6. Biçim verme teli üzerinde sisal elyafları ve BC ıslak filtre keki oluşumuna neden olacak şekilde, suyu boşaltmak için boşaltma vanasını açın. Hemen ardından su kanalizasyon, tabaka kalıp açılır ve kalıplama teli çıkarın.
  7. Kurutma kağıdı bir parça oluşturan tel yerleştirin. Ek lekeleme kağıdı, bir metal plaka ile, ardından filtre kek üstüne yerleştirilir.
  8. Etrafında filtre keki çevirin. Biçim verme teli artık üst bakacak şekilde, biçim verme teli çıkarın ve bir metal plaka ardından filtre kek üzerine doğrudan ilave kurutma kağıdı, yerleştirin.
  9. Suyu dışarı itmek için, metal plaka üzerine bir 10 kg ağırlık yerleştirin. Kurutma kağıdı tamamen ıslanmış olduğunda, taze blot kağıtları ile lekeleme kağıtları değiştirmek ve 10 kg'lık bir ağırlık kullanılarak tekrar filtre keki basın.
  10. Lekeleme Gazetelere 1 son bir kez değiştirin ve elyaf ön pekiştirmek için sıcak preste 1 ton son bir presleme gerçekleştirmek.
  11. Kalıntı suyun buharlaşmasını yardımcı olmak için 120 ° C'ye kadar sıcak pres ısıtın. Bu, yaklaşık 4 saat almalıdır. Oda sıcaklığında (RT) için sıcak pres sıcaklığını azaltmak ve bu ön form önce sıcak presten çıkarılması için soğumaya bırakın.

3.. BC-sisal Fiber Preform Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)

  1. 2 × 2 cm 2 BC-sabır ağacı lifi preform kesti.
  2. Karbon kullanarak sekmeleri SEM kütüğü üzerine bu kesim preform sopa.
  3. Coat 1 dakika boyunca 75 mA'da çalışan bir Cr püskürtme kaplayıcıda örneği.
  4. Görüntü 5 kV bir ışın enerjisini kullanarak-lens modunda alan emisyon silah SEM ile BC-sisal fiber preform.
    Not: iletken yapıştırıcı kullanılarak SEM kütüğü üzerine preformun yapıştırma olmadan görüntü için sisal fiber preform kalkmayın. Gevşek lifler SEM odasının boşaltılması sırasında uzak emilir ve elektron tabancası zarar olacaktır.

V kullanılarak 4. Bileşik Üretimacuum Destekli Reçine İnfüzyon (VARI)

  1. Gözeneksiz bir PTFE kaplı cam açma kumaşı oluşur takım yan, üst ön oluşumu.
  2. Gözenekli bir ortam akış ardından da bir soyma katı olarak bilinen gözenekli bir PTFE kaplı cam açma kumaşı, preform ile örtün. Ayırma dokusu ve akış orta ikisi de ön formun (bir işlem şeması için Şekil 2'ye bakın) daha büyük olmalıdır.
  3. VARI amaçlanan reçine giriş ve çıkışında omega tüpler yerleştirin kurmak. Omega tüpler VARI içine dağıtmak için, reçine infüzyonu sırasında ayarlamak izin vermek için gözenekli akım maddesinin üstüne yerleştirilir emin olun. Omega boruların uzunluğu akış ortamı kadar geniş olmalıdır.
  4. Set up çevresine yer basınca duyarlı bantlar.
    1. Basınca duyarlı bantlar kağıt destek hala bu noktada şeritler sol olduğundan emin olun.
    2. Açıklıklar içine reçine besleme ve çıkış tüpleri takınomega tüpleri ve kapak bir fluoroetilen polimer esaslı torbalama film kurmak ve basınca duyarlı bantlar kullanılarak mühür.
    3. Reçine besleme tüpü kapatılmalıdır. Havalandırma kumaş üstüne reçine çıkış borusunun diğer ucunu yerleştirin.
  5. Havalandırma bir bez parçası, ardından fiber ön form olup, iç torbanın üst kısmında bir metal plaka, koyun. Metal plaka ön formun boyutta olması gerekir.
  6. Torba boyunca vakum valfı ile havalandırma kumaş üstüne vananın alt parça yer olmalıdır konumunu belirlemek.
  7. Iç çanta etrafında vakum sızdırmazlık bandı koyun ve bunun üstüne bir vakum torbalama filmi yerleştirin ve mühür. Fazla vakum torbalama filmi pleats oluşturacaktır.
  8. Sızdırmazlık tamamlamak için pli iç sızdırmazlık bandı yerleştirin.
  9. Vananın alt parçası ve torba vakum vanasından tamamlamak için üst parça vidalı vakum torbalama film üzerinde küçük 'x' kesilir. Bu importa olduğunuBu bir sızıntı yolu neden olabilir gibi üst parçasının altında vakum torbalama filmin kırışmasını önlemek için nt.
  10. Hızlı bağlantı uydurma bağlayın ve bir vakum çekin. Bu süreçte, vakum torbalama filmi dolaştı ve fazla ihtiyaç duyulan yere yerleştirebilirsiniz olabilir. Vakum kaçakları kontrol edin.
  11. 19.. Degas, epoksi reçine ve sertleştirici karıştırılması sırasında tuzağa tüm hava kabarcıklarını çıkarmak için düşürülmüş basınç altında reçine için 100 ağırlık oranında epoksi ve sertleştirici karıştırılarak reçine hazırlayın.
  12. VARI sızıntı ücretsiz olarak belirlendi kurduktan sonra, omega borusuna bağlı tüp aracılığıyla reçine beslemek.
  13. Reçine elyaf ön formun içine emdirilmesi için bir zaman olduğu gibi yavaş yavaş beslendiği olduğundan emin olun. Reçine, reçine çıkış borusundan dışarı akmasına ve hava kabarcığı çıkış borusundan çıkan gözlemlenebilir kadar havalandırma bez içine emmek için izin verin.
  14. Çıkış borusu Seal ve reçine, bir post-curi, ardından oda sıcaklığında 24 saat boyunca tedavisi için izin16 saat boyunca 50 ° C 'de bir adım ng.
    Not: (1) sertleştirme devre bağımlı reçinedir. (2) maksimum vakum VARI içinde ulaşılır olması çok önemlidir kurmak ve set up içinde hiçbir vakum kaçağı yoktur. Bir kötü VARI üretilen kompozit ve kompozit içinde önemli ölçüde azaltılmış lif hacim fraksiyonu içinde gözenekler neden olur (maksimum vakum veya bir sızıntı elde değil) kurmak. (3) hiç epoksi-sertleştirici oranı bağımlı reçinedir. Karıştırma işleminden önce epoksi-to-sertleştirici oranı için reçinenin ürün veri tablosuna kontrol edin.

Representative Results

Bir BC bağlayıcı olmadan, kısa, sisal elyafları, sadece gevşek lifler arasında sürtünme ve bir karışıma ile bir arada tutulur. Sonuç olarak,. Şekil 3, 3-noktalı bir bükme tarzı uygulanan bir yük ile, bağlayıcı madde olarak BC olmadan sisal elyaf ön-parçanın gösteren bu ön form gevşek ve çok ağırlığını mümkün değildi. Preform oldukça gevşek olduğu görülebilir ve bir yük polipropilen kap içine su eklenerek uygulandığında, preform ciddi saptırmak için başlar. Uygulanan yük 40 g su eşdeğerdir. 20 wt.% BC Bu kısa ve sisal gevşek lifler için bağlayıcı olarak kullanılmıştır, ancak, katı bir fiber ön kalıp üretilir. Bu preform önemli bir sapma (Şekil 3) olmadan tam polipropilen fincan yükü (~ 170 g) dayanabilir.

Tipik bir BC-sisal fiber ön formun Taramalı elektron mikrografları, Şekil 4 'de gösterilmiştir. BC yüzeyin kaplama için görülebilirsisal elyafları. Bu etki, sisal elyafları (ya da başka herhangi bir doğal elyaflar) hidrofilik doğasına bağlıdır. Sisal elyafların hidrofilik doğa ortam içinde dağılmış olan BC çizim, su emer. BC doğal liflerden gözeneklerinden daha büyük olduğu için, liflerin içine nüfuz etmek mümkün değildi. Bunun yerine, sisal liflerin yüzeyine karşı süzüldü ve lifler kurutuldu BC kaplamanın bir tabaka oluşturur edilmiştir.

Gerilim altında bu elyaf ön-mekanik performansı Tablo 1 de verilmiştir. Nedeniyle ~% 70 bir gözenekliliğe sahip elyaf ön-gözenekli doğası nedeniyle, ön-gerilme mukavemeti (birim alan başına yük) iyi tanımlanmamıştır. Bu yüzden, çekme kuvveti ve numunenin gerilme indeksi (birim başına gramaj çekme kuvveti) (malzemenin, bizim deney 15 mm olan birim genişlik başına numune başarısız için gereken yük) çizelgeye. 12.1 kN · m -1 bir çekme kuvveti ve gerilme indeksi 20 wt.% BC bağlayıcı olarak kullanıldığında ve 15 N · · m g -1 sırasıyla ölçülmüştür. Fiber preform gevşek Ancak, düzgün sisal elyaf ön-gerilme özellikleri ölçülebilir değildi.

Şekil Açıklamaları:

Şekil 1
Doğal elyaf ve kompozit alanındaki yayınların Şekil 1.. Sayısı. Veriler sırasıyla 'doğal yalan *' VE 'kompozit *', bir anahtar kelime kullanarak arama Web of Knowledge toplanmıştır. American Scientific Publishing Ltd tür izni ile Bismarck ve ark. 4'ten elde edilen

files/ftp_upload/51432/51432fig2.jpg "/>
Şekil 2.. Çift torba vakum destekli reçine infüzyon şematik.

Şekil 3,
Şekil 3.. (Üst iki görüntü olmadan) ve bağlayıcı olarak (Alttaki iki resim) BC ile sisal elyaf ön sertliğini bükme farkı gösteren fotoğraflar.

Şekil 4,
.. Çeşitli büyütme de bağlayıcı olarak M.Ö. kullanarak tipik bir doğal elyaf preform Şekil 4 Taramalı elektron mikroskop Top: 100X, orta: 1.000 X ve alt: 25.000 X, sırasıyla. (A) ve (b) 'si belirtmektedirsal lif ve M.Ö. nanofibrils, sırasıyla.

Malzemeler Çekme kuvveti (kN · m -1) Çekme indeksi (N · m · g -1)
Neat sisal preform Ölçülemez Ölçülemez
BC-sisal preform 12.1 ± 2.4 15 ± 3

Tablo 1.. Bağlayıcı olarak ve M.Ö. olmadan sisal elyaf ön gerilme özellikleri,.

Discussion

Bu gevşek sisal elyafları BC ile bağlı olabilir, bu deneyde göstermiştir. Bununla birlikte, liflerin seçimi sadece sisal lifleri ile sınırlı değildir. Örneğin, keten ve kenevir gibi elyafların, diğer türleri de kullanılabilir. Buna ek olarak, biz de bu odun unu, geri dönüştürülmüş kağıt ve kağıt hamuru eriterek de (henüz yayınlanmadı sonuçları) BC bağlayıcı kullanılarak sert ve sağlam preform haline bağlı olabilir göstermiştir. Kriter kullanılan elyaflar hidrofilik olacak ve su absorbe gerektiğidir. Daha önce belirtildiği gibi, elyafların doğası hidrofilik ortam içinde dağılmış olan M.Ö. çekme, suyu absorbe edecektir. BC bu hidrofilik liflerin yüzeyine karşı süzüldü ve lifler kurutuldu BC bir kaplama tabakası oluşturur. Bakteri selüloz, doğal liflerden 5, 29, 30 mevcudiyetinde Acetobacter xylinus kültürlenerek doğal lifler etrafında tevdi edilebilir iken, bu işlem zahmetli ve yeniden birzı pH sıkı kontrol ve çözünmüş oksijen içeriği ile pahalı Biyoreaktörler. Bizim geliştirilmiş işlem, diğer taraftan, bir kağıt yapım metodu (örneğin: bir BC süspansiyon içinde doğal elyaflar dağıtıcı) dayanır ve biyoreaktörler 31 için herhangi bir gerek yoktur.

Rasgele dokunmamış (kısa ve rasgele yönelimli) doğal fiber ön gevşek sıkıştırılmış elyaf 33 boyunca polimer lifleri (tipik olarak bir polyester) (esas olarak dikiş) iğne ile üretilmektedir yönlendirilmiş bileşiklerde doğal lifler, uygulama ile ilgili olarak. Bir bileşik için, fiber ön kalıpları ardından bir kalıp içine yerleştirilir ve bir reçine ile aşılanmış. Polimerler elyaf, aynı zamanda (genelde keten, kenevir veya hint keneviri) ya da doğal bir fiber süspansiyon ve vakum içinde dağılmış yüksek polimer hacim fraksiyonu (50 hac.%), 35 numara, süzüldü doğal elyaflar 34 ile karıştırılabildikleri edilebilir. Bu polimer, fiber-fiber mat, doğal (ön kalıp), daha sonra, daha sonra p polimeri eritmek için ısıtılırkompozit yapı roduce. Kompozit üretilmesi için ikinci süreçler matrislerin türü mevcuttur, bu nedenle, preform yapmak ve kullanılabilir (polimer elyafların bozunma sıcaklığından daha düşük bir sıcaklıkta erimesi gereklidir) içsel ölçeklenebilir ama polimer liflerinin seçimi ile sınırlıdır kompozit yapmak. Bizim yöntemi kullanarak, BC, bir bağlayıcı olarak hareket etmez, aynı zamanda, bir nano-takviyeli 32 olarak işlev görür. Daha önce belirtildiği gibi, tek bir BC nano of Young modülü 114 GPa olarak tahmin edilmiştir. BC tek lif çekme mukavemeti bilinmemekle birlikte, tek TEMPO oksitlenmiş ahşap ve zarlı elyaflarının gerilme kuvvetinin, ultrasonik kaynaklı kavitasyon 36 kullanılarak ölçülmüştür. 0.8-1.5 GPa arasında bulunan bir gerilme kuvveti bu tek nanoliflerden ölçülmüştür. Bu mekanik özellikler, M.Ö. bağlama potansiyeli ile birlikte, gerçekten yeşil ve rastgele odaklı kısa natur üretmek için mükemmel bir aday M.Ö. yaptıgeleneksel fiber takviyeli polimer aşan mekanik performansa sahip al elyaf takviyeli, bakteri selüloz takviyeli kompozitler yenilenebilir.

Kompozit üretim açısından, bizim tercih edilen üretim işlemi (ayrıca Seemann işlemi 38 olarak da bilinir) bir veya daha fazlası tek torba vakum destekli reçine infüzyon, DBVI farklı Waldrop et al. 37 tarafından geliştirilen tartışılan iki torba vakum destekli reçine infüzyon (DBVI) 'dir demleme süreci (bkz. Şekil 2) boyunca iki bağımsız Vakum torbaları kullanılmaktadır. Seemann proses üretim kompozitler için çalışacak olsa da, bu süreç reçinenin akışı önünde arkasında vakum torbası rahatlama muzdarip olabilir. Bu durumda, gevşeme oluşur alan yumuşak ve süngerimsi hissedeceksiniz. Vakum torbası gevşeme vakum torbası nedeniyle en az direnç yolunda, sıvı reçinenin tercihli akışına uzak akış ortamından hareket neden olur. Tonun üretilen kompozit malzemeler düzgün olmayan fiber hacim fraksiyonları (yani rahat alan vakum torbasının olmayan rahat bir alanda daha düşük bir elyaf hacim oranı olacaktır) sahip olmasına neden olur. Iç vakum torbası sıvı reçine akış önünde arkasında rahatlatır asla DBVI, bu mahsuru yok. Bunun bir sonucu olarak, elde edilen kompozit paneller, ortalama fiber hacminde parçacık ve daha muntazam bir kalınlığa göre daha yüksek olacaktır. Ayrıca, dış vakum torbanın kullanımı sisteme bir artıklık sağlar ve sıvı infüzyon sürecinin vakum bütünlüğünü geliştirir.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Yazarlar SRS ve çalışmaları (EP/J013390/1) finanse etmek için bir İzleme üzerinde Fonu için Kyl ve İngiltere Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC) desteklemek için Viyana Üniversitesi'ne teşekkür etmek istiyorum.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bacterial cellulose fzmb 9004-34-6 The CAS number is based on the CAS number for cellulose
Sisal fibers Wigglesworth Co. Ltd, UK The type of fibers can be substituted with any type of natural fibers
Prime 20 ULV SP Gurit The type of resin can be substituted with any type of liquid resin designed for vacuum assisted resin infusion
Formax standard sheet mould Adirondack Machine Corporation This piece of equipment could be replaced with a Büchner funnel.
Vacuum pump Edwards, UK XDS 5
Hot plate Wenesco Inc, USA HP 1836-AH
Porous PTFE coated glass release fabric Tygavac Advaced Materials Ltd, UK TFG075P
Omega tubes Tygavac Advaced Materials Ltd, UK Omegaflow 313
Breather cloth EasyComposites Ltd, UK
Pressure sensitive tapes Aerovac, UK SM5127
Vacuum bagging film (FEP) Tygavac Advaced Materials Ltd, UK RF260
Vacuum bagging film (Nylon) Aerovac, UK Capran 519

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Blaker, J. J., Lee, K. Y., Bismarck, A. Hierarchical composites made entirely from renewable resources. J. Biobased Mater. Bioenergy. 5, 1-16 (2011).
  2. Shurteff, W., Aoyagi, A. Henry Ford and his researchers - History of their work with soybeans, soyfoods and chemurgy (1928-2011): Extensively annotated bibliography and sourcebook. Soyinfo. (1928-2011), Soyinfo Center. (2011).
  3. Bismarck, A., Mishra, S., Lampke, T. Ch. 2, Plant Fibers as Reinforcement for Green Composites. Natural Fibers, Biopolymers and Biocomposites. Mohanty, A. K., Misra, M., Drzal, L. T. , CRC Press. 37-108 (2005).
  4. Bismarck, A., et al. Recent Progress in Natural Fibre Composites: Selected Papers from the 3rd International Conference on Innovative Natural Fibre Composites for Industrial Applications, Ecocomp 2011 and BEPS 2011. J. Biobased Mater. Bioenergy. 6, 343-345 (2012).
  5. Pommet, M., et al. Surface modification of natural fibers using bacteria: Depositing bacterial cellulose onto natural fibers to create hierarchical fiber reinforced nanocomposites. Biomacromolecules. 9, 1643-1651 (2008).
  6. Lee, K. -Y., Delille, A., Bismarck, A. Ch. 6, Greener Surface Treatments of Natural Fibres for the Production of Renewable Composite Materials. Cellulose Fibers: Bio- and Nano-Polymer Composites. Kalia, S., Kaith, B. S., Kaur, I. , Springer-Verlag. 155-178 (2011).
  7. Kalia, S., Kaith, B. S., Kaur, I. Pretreatments of Natural Fibers and their Application as Reinforcing Material in Polymer Composites-A Review. Polym. Eng. Sci. 49, 1253-1272 (2009).
  8. Bledzki, A. K., Gassan, J. Composites reinforced with cellulose based fibres. Prog. Polym. Sci. 24, 221-274 (1999).
  9. Gousse, C., Chanzy, H., Cerrada, M. L., Fleury, E. Surface silylation of cellulose microfibrils: preparation and rheological properties. Polymer. 45, 1569-1575 (2004).
  10. Siro, I., Plackett, D. Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials: a review. Cellulose. 17, 459-494 (2010).
  11. Joseph, K., Thomas, S., Pavithran, C. Effect of chemical treatment on the tensile properties of short sisal fibre-reinforced polyethylene composites. Polymer. 37, 5139-5149 (1996).
  12. Siqueira, G., Bras, J., Dufresne, A. New Process of Chemical Grafting of Cellulose Nanoparticles with a Long Chain Isocyanate. Langmuir. 26, 402-411 (2010).
  13. Arbelaiz, A., et al. Mechanical properties of short flax fibre bundle/polypropylene composites: Influence of matrix/fibre modification, fibre content, water uptake and recycling. Composites Science and Technology. 65, 1582-1592 (2005).
  14. Gassan, J., Bledzki, A. K. The influence of fiber-surface treatment on the mechanical properties of jute-polypropylene composites. Compos. Pt. A-Appl. Sci. Manuf. 28, 1001-1005 (1997).
  15. Gauthier, R., Joly, C., Coupas, A. C., Gauthier, H., Escoubes, M. Interfaces in polyolefin/cellulosic fiber composites: Chemical coupling, morphology, correlation with adhesion and aging in moisture. Polym. Compos. 19, 287-300 (1998).
  16. George, J., Sreekala, M. S., Thomas, S. A review on interface modification and characterization of natural fiber reinforced plastic composites. Polym. Eng. Sci. 41, 1471-1485 (2001).
  17. Hornsby, P. R., Hinrichsen, E., Tarverdi, K. Preparation and properties of polypropylene composites reinforced with wheat and flax straw fibres. 2. Analysis of composite microstructure and mechanical properties. Journal of Materials Science. 32, 1009-1015 (1997).
  18. Joseph, P. V., Joseph, K., Thomas, S. Short sisal fiber reinforced polypropylene composites: the role of interface modification on ultimate properties. Compos. Interfaces. 9, 171-205 (2002).
  19. Thomason, J. L. Why are natural fibres failing to deliver on composite performance. Conference Proceedings of the 17th International Conference of Composite Materials. , Edinburgh, United Kingdom. (2009).
  20. Thomason, J. L. Dependence of Interfacial Strength on the Anisotropic Fiber Properties of Jute Reinforced Composites. Polym. Compos. 31, 1525-1534 (2010).
  21. Wielage, B., Lampke, T., Marx, G., Nestler, K., Starke, D. Thermogravimetric and differential scanning calorimetric analysis of natural fibres and polypropylene. Thermochim. Acta. 337, 169-177 (1999).
  22. Brown, A. J. The chemical action of pure cultivations of bacterium aceti. Journal of the Chemical Society, Transations. 49, 172-187 (1886).
  23. Lee, K. -Y., Buldum, G., Mantalaris, A., Bismarck, A. More Than Meets the Eye in Bacterial Cellulose Biosynthesis, Bioprocessing, and Applications in Advanced Fiber Composites. Macromol. Biosci. 14, 10-32 (2014).
  24. Eichhorn, S. J., et al. Review: current international research into cellulose nanofibres and nanocomposites. Journal of Materials Science. 45, 1-33 (2010).
  25. Eichhorn, S. J., Davies, G. R. Modelling the crystalline deformation of native and regenerated cellulose. Cellulose. 13, 291-307 (2006).
  26. Matsuo, M., Sawatari, C., Iwai, Y., Ozaki, F. Effect of Orientation Distribution and Crystallinity on the Measurement by X-Ray-Diffraction of the Crystal-Lattice Moduli of Cellulose-I and Cellulose-II. Macromolecules. 23, 3266-3275 (1990).
  27. Hsieh, Y. C., Yano, H., Nogi, M., Eichhorn, S. J. An estimation of the Young's modulus of bacterial cellulose filaments. Cellulose. 15, 507-513 (2008).
  28. Lee, K. -Y., et al. Surface only modification of bacterial cellulose nanofibres with organic acids. Cellulose. 18, 595-605 (2011).
  29. Juntaro, J., et al. Creating hierarchical structures in renewable composites by attaching bacterial cellulose onto sisal fibers. Adv. Mater. 20, 3122-3126 (2008).
  30. Juntaro, J., Pommet, M., Mantalaris, A., Shaffer, M., Bismarck, A. Nanocellulose enhanced interfaces in truly green unidirectional fibre reinforced composites. Compos. Interfaces. 14, 753-762 (2007).
  31. Lee, K. -Y., Bharadia, P., Blaker, J. J., Bismarck, A. Short sisal fibre reinforced bacterial cellulose polylactide nanocomposites using hairy sisal fibres as reinforcement. Composites Part A-Applied Sciencce and Manufacturing. 43, 2065-2074 (2012).
  32. Lee, K. -Y., Ho, K. K. C., Schlufter, K., Bismarck, A. Hierarchical composites reinforced with robust short sisal fibre preforms utilising bacterial cellulose as binder. Composites Science and Technology. 72, 1479-1486 (2012).
  33. Cincik, E., Koc, E. An analysis on air permeability of polyester/viscose blended needle-punched nonwovens. Textile Research Journal. 82, 430-442 (2012).
  34. Zhang, L., Miao, M. Commingled natural fibre/polypropylene wrap spun yarns for structured thermoplastic composites. Composites Science and Technology. 70, 130-135 (2010).
  35. Garkhail, S. K., Heijenrath, R. W. H., Peijs, T. Mechanical properties of natural-fibre-mat-reinforced thermoplastics based on flax fibres and polypropylene. Applied Composite Materials. 7, 351-372 (2000).
  36. Saito, T., Kuramae, R., Wohlert, J., Berglund, L. A., Isogai, A. An Ultrastrong Nanofibrillar Biomaterial: The Strength of Single Cellulose Nanofibrils Revealed via Sonication-Induced Fragmentation. Biomacromolecules. 14, 248-253 (2013).
  37. Impregnating a fibrous reinforcing substrate with a resin, by using a vacuum and differential pressure in a dual chambered system. US patent. Waldrop, J. C., et al. , US7413694-B2; US2012231107-A1; US2008220112-A1; US8356989-B2 (2001).
  38. Vacuum assisted moulding of fibre reinforced plastic structures|in which even distribution of resin is ensured by removable medium having upwardly facing openings and connecting lateral passages. US patent. Seemann, W. H. , US4902215-A (1989).

Tags

Bioengineering Sayı 87 bakteri selüloz doğal lifler preform vakum destekli reçine infüzyon hiyerarşik kompozit bağlayıcı
Binder Bakteriyel Selüloz kullanmak Sağlam Doğal Elyaf preform üretim
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lee, K. Y., Shamsuddin, S. R.,… More

Lee, K. Y., Shamsuddin, S. R., Fortea-Verdejo, M., Bismarck, A. Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder. J. Vis. Exp. (87), e51432, doi:10.3791/51432 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter