Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Produksjon av robuste Natural Fiber Preforms Utnytte Bakteriell Cellulose som Binder

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

Vi presenterer en ny fremgangsmåte for fremstilling av stive og robuste korte naturlige fiberemner ved hjelp av en papirfremstillingsprosess. Bakteriell cellulose virker samtidig som bindemiddel for de løse fibrer og gir stivhet til fiberemner. Disse emnene kan være fylt med en harpiks å produsere virkelig grønne hierarkiske kompositter.

Abstract

En ny metode for produksjon av stive og robuste naturlig fiber preforms er presentert her. Denne metoden er basert på en papirfremstillingsprosess, hvorved løs og korte sisal fibre er dispergert i en vannsuspensjon inneholdende bakteriell cellulose. Den fiber-og nanocellulose suspensjon blir så filtrert (ved hjelp av vakuum eller tyngdekraften), og den våte filterkaken ble presset for å presse ut overflødig vann, etterfulgt av et tørketrinn. Dette vil resultere i hornification av den bakterielle cellulose-nettverk, som holder de løse naturlige fibre sammen.

Vår fremgangsmåte er spesielt egnet for fremstilling av stive og robuste preforms av hydrofile fibre. Det porøse og hydrofile natur av slike fibre resulterer i betydelige vannopptak, og trekker i den bakterielle cellulose dispergert i suspensjonen. Den bakterielle cellulose blir deretter filtrert mot overflaten av disse fibrene, som danner en bakteriell cellulose-belegg. Når den løse fiber-bakteriell celleulose suspensjonen filtreres og tørkes, danner den tilstøtende bakteriell cellulose et nettverk og hornified å holde de ellers løse fibrer sammen.

Innføringen av bakteriell cellulose i emnet resulterte i en betydelig økning av de mekaniske egenskapene til fiberemner. Dette kan tilskrives den høye stivhet og styrke av den bakterielle cellulose-nettverket. Med denne preform, kan fornybare høy ytelse hierarkiske kompositter også fremstilles ved bruk av konvensjonelle kompositt produksjonsmetoder, slik som harpiksfilm infusjon (RFI) eller harpiksoverføringsstøping (RTM). Her har vi også beskrive produksjon av fornybare hierarkiske kompositter ved hjelp av dobbel pose vakuum assistert harpiks infusjon.

Introduction

Stadig økende oljepriser og publikums økende etterspørsel for en bærekraftig fremtid har utløst og gjenopplivet den forskning og utvikling av grønne materialer, spesielt polymerer og kompositter. Dessverre er det termomekaniske ytelse av grønne eller fornybar polymerer ofte dårligere sammenlignet med tradisjonelle petroleumsbaserte polymerer en. For eksempel er kommersielt tilgjengelig polylaktid (PLA), og polyhydroxybutyrat (PHB) er sprø og har lav varmeforvrengningstemperaturer. En løsning for å skape fornybare materialer som passer eller til og med overgå ytelsen til vanlig brukte petroleumsbasert engineering materialer er å lære av fortiden; Henry Ford benyttet en sammensatt strategi, det vil si å kombinere bio-based/renewable polymerer med en forsterkning 2, for å forbedre egenskapene til fornybare polymerer. Det er ofte hevdet at naturlige fibre tjener som ideell kandidat som forsterkning på grunn av deres lave pris, lav densitet, renewabiliTy og nedbrytbarhet tre. Naturlig fiberkompositter har sett en renessanse på 1990-tallet som kan sees av den eksponentielle økningen i antall fagfellevurderte vitenskapelige publikasjoner (Figur 1) 4. Imidlertid er den hydrofile naturen av naturfibre og hydrofobe egenskaper ved de fleste termoplastmaterialer ofte skylden for å resultere i dårlig fiber-matrise 5 adhesjon, noe som ofte resulterer i dårlige mekaniske egenskaper av de resulterende fiberforsterkede polymerkompositter. For å løse denne utfordringen mange forskere forsøkt å kjemisk modifisere overflaten av naturlige fibre 6,7. Disse kjemiske endringene omfatter acetylering 8, silylering 9, polymer pode 10, isocyanat behandlinger 11,12, bruk av maleated kopling agenter 13-17, og benzoylering 18. Selv om disse kjemiske behandlinger er gjengitt naturlige fibre mer hydrofob, den resulterende naturlig fiber-styrked polymerer fortsatt ikke klarte å levere i form av mekanisk ytelse 19. Thomason 20 hypotese at denne svikt kan være et resultat av anisotropicity og den høye lineære termiske utvidelseskoeffisient av naturlige fibre. I tillegg til dette, naturlige fibre lider også av ulemper som begrenset bearbeidingstemperatur 21, batch-til-batch-variabilitet 3, lav strekkfasthet sammenlignet med syntetiske fibre, slik som glass, aramid-eller karbonfibre, og mangelen på egnede produksjonsprosesser for å produsere naturlige fibre forsterket polymer kompositter. Således, ved hjelp av naturlige fibre som forsterkning vil ikke være tilstrekkelig til å lukke den nevnte egenskapen ytelse gap mellom grønne materialer og petroleumbaserte polymerer.

Nanocellulose er en ny grønn forsterkende agent. Spesielt nanocellulose produsert av bakterier, for eksempel fra Acetobacter arter 22, også kjent som bakterielle cellulosee tjener som et interessant alternativ for utformingen av grønt materiale 23 på grunn av muligheten for å utnytte den høye stivhet og styrke for cellulosekrystaller 24. Stivheten av en enkelt cellulose krystaller ble estimert til å være omlag 100 til 160 GPa ved hjelp av røntgen-diffraksjon, Raman-spektroskopi og numeriske simuleringer 25-27. Dette er høyere enn glassfibre ~ 70 GPa, som er derimot mye tettere. Bakteriell cellulose (BC) er også iboende nano-størrelse med en diameter på omtrent 50 nm og flere mikrometer i lengde 28.. Vi har rapportert en fremgangsmåte til å belegge naturlige (sisal og hamp) fibre med lag av BC ved dyrking av Acetobacter xylinius i nærvær av naturlige fibre 5,29,30. Dette førte til økt grense vedheft mellom PLLA og BC-belagte naturlige fibre 29,31. For å forenkle prosessen med å belegge disse fibrene, Lee et al. 31. utviklet en fremgangsmåte for å belegge naturlige (sisal) fibers uten bruk av bioreaktorer. Denne metoden er basert slurry dyppeprosessen, hvorved tørre sisalhamp er nedsenket i en BC suspensjon. En utvidelse av denne metoden 32 er å filtrere vannet suspensjon som inneholder løse sisalhamp og BC å produsere sisal fiber preforms egnet for typiske sammensatte strukturer produksjon.

Protocol

En. Utarbeidelse av Bakteriell Cellulose-sisal Fiber Suspension

  1. Bestem våt-til-tørr masse av BC ved måling av den våte massen av BC, etterfulgt av vakuum-tørking av vått BC ved 80 ° C over natten (O / N). Når tørket, måle den tørre massen av BC.
  2. Mål mengden av våte BC hinne tilsvarende 18 g tørr BC fra den forhåndsbestemt våt-til-tørr masse av BC.
  3. Skjær de våte BC pellicles i små biter av ~ 1-2 cm med en skarp saks. Etter kapping suge BC pellicles i 1 l vann for å tillate hydratisering av snitt pellicles.
  4. Strøm kuttet BC hinne inn i en blander og tilsette en egnet mengde vann inn i blanderen, slik at blandeprosessen skal gå glatt.
  5. Bland disse BC pellicles for 2 min.
  6. Hell den blandede BC i en 15 l beholder og tilsett vann inntil det totale vannvolumet er 14 L, som utgjør en BC konsentrasjon i vann på 0,1 (g / ml)% (prosentandel masse av bakteriell cellulose pr undet volum av vann). De BC pellicles kanskje trenger å bli matet inn i blender i grupper for blending.
  7. Skjær 72 g av løse sisalhamp (eller en hvilken som helst kilde til korte naturlige fibre) i 1-2 cm lange fibre og legge dem inn i BC suspensjon. Forsiktig omrøring av suspensjonen for å sikre at en homogen dispersjon av sisalhamp i BC suspensjon.
  8. Bløtlegg sisalhamp i denne suspensjon O / N.

2. Produksjon av Sisal fiberpreform

  1. Åpen arkformer og lukke dreneringsventilen.
  2. Fyll systemet med DI vann inntil vannivået når bæretråd.
  3. Plasser en 100 mesh metallformingswiren på bæretråd, sentrert inne i arkformer basen.
  4. Lukk og lås arkformer. Tilsett ytterligere friskt vann inntil formingswiren er neddykket i vann.
  5. Hell fremstilt sisal fiber-BC suspensjonen i arkformer. Forsiktig omrøring av suspensjonen for å sikre at sisal fibrene er homogent distribuertuted over hele støpeformen.
  6. Åpne tømmeventilen for å tømme vannet, noe som vil resultere i dannelsen av en våt filterkake av sisal fibre og BC på formingswiren. Umiddelbart etter at vannet renner, åpner arkformer og fjern forming wire.
  7. Plasser formingswiren på et stykke trekkpapir. Ytterligere blotting-papir er lagt på toppen av filterkaken, etterfulgt av en metallplate.
  8. Flip filterkake ca. Med formingswiren nå vender opp, fjerner formingswiren og plassere ekstra trekkpapir direkte på toppen av filterkaken, etterfulgt av en metallplate.
  9. Plasser en 10 kg vekt på toppen av metallplaten til å trykke vannet ut. Når trekkpapir er fullt gjennomvåt, erstatte blotting papers med ferske blotting papers og trykk filterkaken igjen ved hjelp av en vekt på 10 kg.
  10. Bytt blotting papers en siste gang og utføre en endelig pressing av 1 tonn i en varm trykk for å konsolidere fiberpreform.
  11. Varm opp varmpresset opp til 120 ° C for å hjelpe til fordampning av resterende vann. Dette bør ta ca 4 timer. Reduser temperaturen av varmpresset til romtemperatur (RT) og la emnet avkjøles før fjerning fra den varme presse.

Tre. Scanning elektronmikroskopi (SEM) av BC-sisal fiberpreform

  1. Skjær en 2 × 2 cm 2 BC-sisal fiber preform.
  2. Hold deg dette kuttet preform på SEM spire bruke karbon faner.
  3. Coat prøven i et Cr frese coater opererer ved 75 mA i 1 min.
  4. Bilde BC-sisal fiber preform med feltet utslipp pistol SEM i i-objektiv modus ved hjelp av en stråleenergi på 5 kV.
    Merk: Ikke prøv å avbilde sisal-fiberpreform uten liming preform på SEM spire bruker ledende lim. De løse fibre blir sugd bort under evakueringen til SEM kammeret og skade elektronkanonen.

4. Composite Manufacturing hjelp Vacuum Assisted Resin Infusion (VARI)

  1. Plasser preform på toppen av verktøysiden, som består av et ikke-porøst PTFE-belagt glass frigjøring stoff.
  2. Dekk preform med en porøs PTFE-belagt glass frigjøring stoff, også kjent som et skall lag, etterfulgt av et porøst strømningsmedium. Både skallet lag og strømningsmediet bør være større enn emnet (se figur 2 for en prosess skjematisk).
  3. Plasser omega rør på den tiltenkte harpiks innløp og utløp av VARI satt opp. Påse at omega rør er plassert på toppen av det porøse strømningsmedium for å tillate harpiksen å distribuere i det VARI satt opp i løpet av infusjonen. Lengden av omega rør bør være så stort som strømningsmedium.
  4. Plasser trykkfølsomme bånd rundt periferien av settet opp.
    1. Kontroller at papiret backing av de trykkfølsomme bånd fremdeles er igjen på båndene på dette punktet.
    2. Sett harpiks fôr-og utløpsrørene inn i åpningene påomega rør og dekke den satt opp med en fluoroethylene polymer basert bagging film og forsegle den med trykkfølsom tape.
    3. Tett harpiks materøret. Plasser den andre enden av harpiksen utløpsrøret på toppen av lufte stoff.
  5. Plasser en metallplate på toppen av innerposen, hvor det fiber preform er etterfulgt av et stykke av lufte klut. Metallplaten bør være størrelsen av emnet.
  6. Identifisere posisjonen der gjennom posen vakuumventilen skal være og å plassere den nederste del av ventilen på toppen av lufte stoff.
  7. Plasser vakuum forsegling tape rundt den interne pose og legg et vakuum bagging film på toppen av det og forsegle det. Det overskytende vakuum oppsamler film vil danne folder.
  8. Plasser forseglingstape på innsiden av folden for å fullføre tetningen.
  9. Skjær en liten 'x' på vakuum bagging film hvor den nederste del av ventilen er og skru i toppstykket å fullføre gjennom posen vakuumventil. Det er important å unngå rynker i vakuum bagging film under den øverste brikken da dette kan føre til en lekkasje banen.
  10. Koble Quick Connect montering og trekke et vakuum. I løpet av denne prosessen, kan det vakuum bagging filmen flyttes rundt og plassere der overflødig er nødvendig. Sjekk for vakuum lekkasjer.
  11. Forbered harpiksen ved å blande epoksy og herdemiddel i et vektforhold på 100-19. Degas harpiksen ved et redusert trykk for å fjerne alle luftbobler er fanget i løpet av blandingen av epoksyharpiks og herder.
  12. Når VARI oppstilling er bestemt til å være lekkasjefritt, mate harpiksen via produksjonsrøret som er koblet til omega-røret.
  13. Påse at harpiksen tilføres langsomt slik at det har tid til å impregnere inn i fiber preform. Tillate harpiksen å strømme ut fra harpiksen utløpsrøret og suge inn i lufte kluten til kan observeres ingen luftbobler som kommer ut fra utløpsrøret.
  14. Forsegl utløpsrøret og tillate harpiksen å herde i 24 timer ved romtemperatur, etterfulgt av en etter nysgjerrigeng trinn ved 50 ° C i 16 timer.
    Merknad: (1) Herde syklusen harpiks avhengig. (2) Det er veldig viktig at maksimum vakuum er oppnådd innenfor VARI satt opp og det er ingen vakuum lekkasje innenfor satt opp. En dårlig VARI satt opp (ikke oppnå maksimal vakuum eller en lekkasje) vil resultere i porene innenfor de produserte kompositter og betydelig redusert fiber volum fraksjon innenfor kompositter. (3) Den epoxy-til-herder-forhold er avhengig av harpiks. Vennligst sjekk produktdatablad av harpiks for epoxy-til-herder forholdet før de blandes.

Representative Results

Uten en BC bindemiddel, er de korte, løse sisalhamp holdes sammen bare ved friksjon og sammenfiltring mellom fibrene. Som et resultat er denne preform løs, og det var ikke i stand til å støtte mye vekt. Figur 3 viser sisal fiber preform uten BC som bindemiddel, med en last påføres på tre-punkts bøyemodus. Preformen kan ses å være heller løs og når en belastning påføres ved tilsetning av vann inn i polypropylen koppen, begynner preform for å avlede sterkt. Lasten påført tilsvarer 40 g vann. Imidlertid, når 20 vekt.% BC ble brukt som bindemiddel for disse korte og løs sisalhamp, er en stiv fiber preform fremstilt. Denne preform kan tåle belastningen av en full polypropylen kopp (~ 170 g) uten vesentlig nedbøyning (figur 3).

Scanning elektronmikrografer av en typisk BC-sisal fiber preform er vist i figur 4.. BC kan ses å være som dekker overflaten avde sisalhamp. Denne virkning skyldes den hydrofile karakter av sisal fibre (eller andre naturlige fibre). Den hydrofile karakter av sisal fibre absorberer vann, og trekker i BC som er dispergert i mediet. Siden BC er større enn porene i naturlige fibre, de var ikke i stand til å trenge inn i fibrene. I stedet, ble de filtrert mot overflaten av sisalhamp, og danner et lag av BC-belegg når fibrene ble tørket.

Den mekaniske utførelse av disse fiber preforms under spenning er angitt i tabell 1.. På grunn av den porøse naturen av fiberemner med en porøsitet på ~ 70%, er strekkfastheten (belastning per arealenhet) av emnet er ikke godt definert. Derfor tabulere at det strekk-kraft (belastning som kreves for å svikte prøven per enhetsbredde, som er 15 mm i vårt eksperiment, av materialet), og at strekkindeksen (strekkraft per flateenhet) av våre prøven. En strekkstyrke og strekk indeks på 12,1 kN · m -1 og 15 nm m • g -1 ble målt henholdsvis ved 20 vekt. BC% ble anvendt som bindemiddel. Imidlertid er strekkegenskaper pene sisal fiber preform var ikke målbar i fiberen preform er løs.

Figur Legends:

Figur 1
Antall publikasjoner i feltet av naturlige fibre og kompositter Figur 1.. Dataene ble samlet inn fra Web of Knowledge ved å bruke et søkeord søk på "naturlig løgn * 'OG' kompositt * ', hhv. Innhentet fra Bismarck et al. 4 gitt med tillatelse fra American Scientific Publishing Ltd

files/ftp_upload/51432/51432fig2.jpg "/>
Figur 2. Skjematisk av dobbel pose vakuum assistert harpiks infusjon.

Figur 3
Figur 3. Photographs illustrerer forskjellen i bøyningsstivhet av sisal fiber preforms uten (de to øverste bildene) og med (to nederste bildene) BC som bindemiddel.

Figur 4
.. Figur 4 scanning elektronmikrografer av en typisk naturlig fiber preform bruker BC som bindemiddel ved ulike forstørrelser Topp: 100X, midten: 1000 X og bunn: 25000 X, henholdsvis. (A) og (b) betegne SIsal fiber og BC nanofibrils, henholdsvis.

Materialer Drakraft (kN · m -1) Strekk indeks (N · m · g -1)
Neat sisal preform Ikke målbart Ikke målbart
BC-sisal preform 12,1 ± 2,4 15 ± 3

Tabell 1.. Strekkegenskaper av sisal fiber preform, med og uten BC som bindemiddel.

Discussion

Vi har vist at i dette forsøk at løse sisalhamp kan bindes med BC. Imidlertid er valget av fibre ikke er begrenset til bare sisalhamp. Andre typer fibre, slik som lin og hamp, kan også anvendes. I tillegg til dette, har vi også vist at tremel, resirkulert papir, og oppløsende papirmasse kan også være bundet inn i stive og robuste preforms ved hjelp av en BC bindemiddel (resultater ikke offentliggjort ennå). Kriteriet er at fibrene som benyttes bør være hydrofilt og absorberer vann. Som tidligere nevnt, vil den hydrofile karakter av fibrene absorberer vann, og trekker i BC som er dispergert i mediet. Den BC filtreres mot overflaten av disse hydrofile fibrene og danner et lag av BC-belegg når fibrene ble tørket. Mens bakteriell cellulose kan avsettes rundt naturlige fibre ved dyrking av Acetobacter xylinus i nærvær av naturlige fibre 5, 29, 30, er arbeidskrevende og re denne prosessquires dyre bioreaktorer med streng kontroll av pH og oppløst oksygeninnhold. Vår forbedret prosess, på den annen side, er basert på en papirfremstillingsmetode (dvs.: dispergering av naturlige fibre i en suspensjon BC), og det er ikke behov for bioreaktorer 31.

Med hensyn til anvendelsen av naturfiber i kompositter, tilfeldig orienterte ikke-vevet (kort og tilfeldig orientert) naturlig fiber preforms er produsert av nålstansing (egentlig sy) polymer fiber (vanligvis en polyester) gjennom løse komprimerte fibre 33. For å lage en kompositt, blir det fiberemner deretter plassert i en form og fylt med en harpiks. Polymerer fibre kan også blandes med naturlige fibre 34 (typisk lin, hamp eller jute) eller dispergert i en naturlig fibersuspensjon og vakuum filtrert 35 ved høy polymer volumfraksjon (50 vol.%). Denne polymerfiber-naturlige fibermatte (preform) blir deretter oppvarmet for å smelte polymeren i produce en sammensatt konstruksjon. De sistnevnte prosesser for fremstilling av kompositter er ubetinget skalerbar, men er begrenset av valget av polymerfibre (polymeren bør smelte ved en temperatur som er lavere enn nedbrytningstemperaturen av fibrene) som kan brukes til å lage emnene, og derfor den type matriser tilgjengelig å lage kompositter. Ved hjelp av vår metode, betyr BC ikke bare fungere som et bindemiddel, fungerer det også som en nano-forsterkning 32. Som nevnt ovenfor, ble Youngs modulus til et individ BC nanofiber beregnet til 114 GPa. Mens enkelt fiber strekkfasthet BC er ikke kjent, og strekkfastheten av enkelt-TEMPO oksidert tre og tunicate fibre nylig blitt målt ved hjelp av ultrasonisk kavitasjon indusert 36.. En strekkstyrke på mellom 0,8 til 1,5 GPa ble målt for disse enkelt nanofibers. Disse mekaniske egenskaper, sammen med binde potensialet av BC, BC gjort en utmerket kandidat for å produsere helt grønt og tilfeldig orienterte korte natural fiberarmert, bakterielle celluloseforsterket fornybare sammensetninger med mekanisk ytelse som overgår vanlige fiberforsterkede polymerer.

På sikt av kompositt produksjon, er vår foretrukne fremstillingsprosessen diskutert dobbel pose vakuumassistert harpiks infusjon (DBVI) utviklet av Waldrop et al. 37. I motsetning til den mer konvensjonelle enkelt pose vakuumassistert harpiks infusjon (også kjent som Seemann prosess 38), DBVI anvender to uavhengige vakuumposer under blandingsprosess (se figur 2). Mens Seemann prosessen vil fungere for fremstilling av kompositter, kan denne prosess lider av vakuumposen avslapning bak strømnings forsiden av harpiksen. Når dette skjer, vil området hvor avslapning oppstår føles myk og svampete. Den vakuumposen avslapning vil resultere i vakuumposen beveger seg bort fra strømningsmediet på grunn av preferansestrømmen av flytende harpiks i det minste motstands vei. Tsitt vil forårsake at produsert kompositter å ha ikke-ensartet fibervolumfraksjoner (dvs. den avslappede, vil ha en lavere volumfraksjon fiber enn non-avslappet område av vakuumposen). DBVI ikke lider av denne ulempe, da den indre vakuumposen aldri slapper bak strømnings forsiden av det flytende harpiks. Som et resultat, vil den resulterende sammensatte paneler har høyere enn gjennomsnittlig fibervolumfraksjon og en jevnere tykkelse. Videre har bruken av den ytre vakuumpose gir en redundans i systemet og forbedrer vakuum integriteten til det flytende blandingsprosess.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne ønsker å takke Universitetet i Wien for å støtte KYL og Storbritannia Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC) for en Follow-on Fond for finansiering SRS og arbeidet (EP/J013390/1).

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

Bioteknologi bakteriell cellulose naturfiber preform vakuum assistert harpiks infusjon hierarkiske kompositter bindemiddel
Produksjon av robuste Natural Fiber Preforms Utnytte Bakteriell Cellulose som Binder
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