Waiting
Login processing...

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

Engineering

תהליך שחול טווין בורג לייצור סיבים מתחדשים

Published: January 27, 2021 doi: 10.3791/62072
Automatic Translation
1, 1, 1,2,3, 3, 1, 1
1Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (LCA), Université de Toulouse, INRAE, INPT, 2Balochistan University of Information Technology, Engineering and Management Sciences, 3Laboratoire Génie de Production (LGP), Université de Toulouse, INPT

Summary

פותח תהליך אקסטרוזיה רב-תכליתי של שני ברגים כדי לספק טיפול תרמו-מכני-כימי יעיל בביומסה ליגנוקלולוסית, מה שמוביל ליחס גובה-רוחב ממוצע של סיבים. קלסר טבעי ניתן גם להוסיף ברציפות לאחר זיקוק סיבים, המוביל סיבים מבוססי ביו עם תכונות מכניות משופרות לאחר לחיצה חמה של החומר המובלט המתקבל.

Abstract

פותח תהליך שחול רב-תכליתי של שני ברגים כדי לספק טיפול טרום-כימי תרמו-מכני יעיל בביומסה ליגנוקלולוסית לפני השימוש בו כמקור לחיזוק מכני בסיבים מבוססי ביו מלאים. תוצרי לוואי שונים של יבולים ליגנוקלוסיים כבר טופלו בהצלחה בתהליך זה, למשל, קשיות דגנים (במיוחד אורז), קש כוסברה, שבירות מקש פשתן oleaginous, וקליפת גבעולי אמרנת וחמניות כאחד.

תהליך ההבלטה מביא לעלייה ניכרת ביחס הגובה-רוחב הממוצע של הסיבים, מה שמוביל לשיפור התכונות המכאניות של סיבים. האקסטרודר בעל הבורג התאום יכול גם להיות מצויד במודול סינון בקצה החבית. מיצוי מתמשך של כימיקלים שונים (למשל, סוכרים חינם, hemicelluloses, volatiles שברי שמן אתרי, וכו ') מן המצע lignocellulosic, ואת זיקוק סיבים יכול, אם כן, להתבצע בו זמנית.

האקסטרודר יכול לשמש גם ליכולת הערבוב שלו: קלסר טבעי (למשל, ליגני Organosolv, עוגות שמן על בסיס חלבון, עמילן וכו ') ניתן להוסיף את הסיבים מעודן בסוף פרופיל הבורג. Premix המתקבל מוכן להיות מעוצב באמצעות לחיצה חמה, עם קלסר טבעי תורם לכידות סיבים. תהליך משולב כזה במעבר אקסטרודר יחיד משפר את זמן הייצור, עלות הייצור, ועלול להוביל לירידה בגודל הייצור של המפעל. מכיוון שכל הפעולות מבוצעות בצעד אחד, מורפולוגיה סיבים נשמרת טוב יותר, הודות לזמן מגורים מופחת של החומר בתוך האקסטרודר, וכתוצאה מכך ביצועים חומריים משופרים. פעולת שחול חד-שלבית שכזו עשויה להיות במקורו של תהליך תעשייתי בעל ערך.

בהשוואה לחומרים מסחריים מבוססי עץ, סיבים מבוססי ביו מלא אלה אינם פולטים שום פורמלדהיד, והם יכולים למצוא יישומים שונים, למשל, מיכלי ביניים, רהיטים, ריצוף ביתי, מדפים, בנייה כללית וכו '.

Introduction

שחול הוא תהליך שבמהלכו חומר זורם נאלץ לעבור מוות חם. שחול, אם כן, מאפשר היווצרות של מוצרים שחוממו מראש תחת לחץ. האקסטרודר התעשייתי הראשון שהופיע בשנת 1873. הוא שימש לייצור כבלים רציפים מתכתיים. משנת 1930 ואילך הותאמה הבלטה חד-בורגית לתעשיית המזון כדי לייצר נקניקיות ועבר. לעומת זאת, האקסטרודר התאום-בורג הראשון שימש לראשונה לפיתוחים בתעשיית המזון. הוא לא הופיע בתחום הפולימרים הסינתטיים עד שנות ה-40. לשם כך תוכננו מכונות חדשות, ותפעולן עוצב גםהוא 1. פותחה מערכת עם ברגים חודרים ומשתפים פעולה, המאפשרת ערבוב והבלטה בו זמנית. מאז, טכנולוגיית ההבלטה התפתחה ברציפות באמצעות תכנון של סוגים חדשים של ברגים. כיום, תעשיית המזון עושה שימוש נרחב של שחול בורג תאומים למרות שזה יקר יותר מאשר שחול בורג יחיד כמו שחול בורג תאומים מאפשר גישה לעיבוד חומר משוכלל יותר ומוצרים סופיים. הוא משמש במיוחד לבישול שחול של מוצרים עמילניים, אלא גם לסמסור חלבונים וייצור מזון לחיות מחמד ולהזנת דגים.

לאחרונה, שחול בורג תאומים ראה את שדה היישום שלו מורחב לשבר התרמו-mechano-כימי של חומר צמחי2,3. תפיסה חדשה זו הובילה לפיתוח כורים אמיתיים המסוגלים להפוך או לשבר את ענייני הצמח בצעד אחד, עד לייצור נפרד של תמצית ו raffinate על ידי הפרדה נוזלית /מוצקה 2,3,4. העבודה שבוצעה במעבדה לכימיה אגרו-תעשייתית (LCA) הדגישה את האפשרויות המרובות של טכנולוגיית הבורג התאום לשברים ולהערכת אגרורסורסים2,3. חלק מהדוגמאות הן: 1) מיצוי הממס המכני ו/או "הירוק" של שמן צמחי5,6,7,8,9,10. 2) החילוץ של hemicelluloses11,12, פקטין13, חלבונים14,15, ותמציות פוליפנוליות16. 3) השפלה אנזימטית של קירות תא הצמח לייצור ביואתנול דור שני17. 4) ייצור של חומרים ביו קומפוזיציוניים עם חלבון18 או פוליסכריד19 מטריצות. 5) ייצור חומרים תרמופלסטיים על ידי ערבוב דגנים, ופוליאסטרים מבוססי ביו20,21. 6) הייצור של biocomposites על ידי הרכבה פולימר תרמופלסטי, ביו מבוסס או לא, ומילוי צמחים22,23. 7) דפיבינציה של חומרים ליגנוקלוסיים לייצור עיסת נייר13,24, ו סיבים25,26,27,28,29,30,31,32.

האקסטרודר בעל הבורג התאום נחשב לעתים קרובות לכור תרמו-מכנו-כימי מתמשך (TMC). אכן, הוא משלב בצעד אחד כימי, תרמי, וגם, פעולות מכניות. הגורם הכימי גורם לאפשרות להזריק ריאגנטים נוזליים בנקודות שונות לאורך החבית. התרמי אפשרי בשל הרגולציה התרמית של החבית. לבסוף, המכני תלוי בבחירת רכיבי הבורג לאורך פרופיל הבורג.

עבור דפיבינציה של חומרים ליגנוקלוסיים לייצור סיבים, העבודות האחרונות השתמשו קש אורז25,28, קש כוסברה26,29, פשתן oleaginous shives27 כמו גם חמניות30,32 ו amaranth31 נביחות. העניין הנוכחי של ביומסות lignocellulosic עבור יישום כזה (כלומר, חיזוק מכני) מוסבר על ידי דלדול קבוע של משאבי יער המשמשים לייצור חומרים מבוססי עץ. שאריות יבול הן זולות ועשויות להיות זמינות באופן נרחב. בנוסף, חלקיקי עץ נוכחיים מעורבבים עם שרפים פטרוכימיים אשר יכול להיות רעיל. לעתים קרובות מהווה יותר מ -30% מהעלות הכוללת של החומרים המסחריים הנוכחיים33, שרפים מסוימים תורמים לפליטות פורמלדהיד ולהפחית את איכות האוויר המקורה34. העניין המחקרי עבר לשימוש בקלסרים טבעיים.

ביומסה ליגנוקלוסית מורכבת בעיקר תאית ו hemicelluloses, יצירת קומפלקס הטרוגניים. המיצלולוזות ספוגות בשכבות של ליגנינים היוצרות רשת תלת מימדית סביב מתחמים אלה. השימוש בביומסה ליגנוקלוסית לייצור סיבים דורש בדרך כלל טיפול מקדים. בשביל זה, יש צורך לשבור את ליגנינים להגן על תאית hemicelluloses. מכני, תרמי, כימי35 או אפילו אנזימטי36,37,38 טיפולים קדם יש ליישם. צעדים אלה גם להגדיל את הדבקה עצמית של סיבים, אשר יכול לקדם את הייצור של לוחות קלסר27 גם אם קלסר אקסוגני מתווסף לרוב.

המטרה העיקרית של טיפולים מקדים היא לשפר את פרופיל גודל החלקיקים של סיבים מיקרומטריים. שחיקה פשוטה מציעה את האפשרות להקטין את גודל הסיבים27,39,40. זול, זה תורם להגדלת משטח סיב ספציפי. מרכיבי דופן התא הפנימי הופכים לנגישים יותר והתכונות המכאניות של הלוחות המתקבלים משופרות. היעילות של דפיבינציה מוגברת באופן משמעותי כאשר עיסת תרמו-מכני מיוצר, למשל, על ידי עיכול בתוספת דפיבינציה41, מתהליכי עיסת שונים42 או על ידי פיצוץ קיטור43,44,45,46,47. לאחרונה, LCA פיתחה טיפול מקדים מקורי של סיבים ליגנוקלוסיים באמצעות שחול בורג תאומים25,26,27,28,29,30,31,32. לאחר דפיביציה TMC, האקסטרודר מאפשר גם פיזור הומוגני של קלסר טבעי בתוך סיבים. Premix וכתוצאה מכך מוכן להיות חם לחוץ לתוך סיבים.

במהלך דפיביציה של קש אורז, שחול בורג תאומים הושווה לעיכול בתוספת תהליך דפיביציה25. שיטת ההבלטה חשפה עלות מופחתת משמעותית, כלומר, נמוכה פי תשעה מזו של העיסה. יתר על כן, כמות המים הנוספים מופחתת (יחס נוזלי/מוצק מרבי של 1.0 במקום 4.0 דקות בשיטת העיסה), וכן נצפתה עלייה ברורה ביחס הגובה-רוחב הממוצע של סיבים מזוקקים (21.2-22.6 במקום 16.3-17.9). סיבים אלה מציגים יכולת חיזוק מכני משופרת מאוד. זה הודגם עבור לוחות סיבים מבוססי קש אורז, שבו ליגנין טהור לא התדרדר (למשל, Biolignin) שימש קלסר (עד 50 MPa עבור כוח כיפוף ו 24% עבור נפיחות עובי לאחר טבילה 24 שעות במים)28.

העניין של דפיביציה TMC ב extruder בורג תאומים אושרה גם עם קש כוסברה26. יחס הגובה-רוחב של סיבים מזוקקים נע בין 22.9-26.5 במקום 4.5 בלבד עבור סיבי קרקע פשוטים. 100% סיבים מבוססי כוסברה התקבלו על ידי הוספת קשיות מעודן שחול עוגה מהזרע כמו קלסר חלבון (40% במסה). כוחם הגמישות (עד 29 MPa) ובמיוחד ההתנגדות שלהם למים (עד 24% נפיחות בעובי) שופרו באופן משמעותי בהשוואה ללוחות העשויים מקש כתוש פשוט. יתר על כן, לוחות אלה אינם פולטים פורמלדהיד, וכתוצאה מכך, הם ידידותיים יותר לסביבה ובריאות האדם מאשר סיבים בצפיפות בינונית (MDF) ו chipboard29 קלאסי נמצא בשוק.

באופן דומה, לוחות המבוססים לחלוטין על amaranth31 וחמניות32, שילוב סיבים מזוקקים שחול מקליפה כמו חיזוק עוגת זרעים כמו קלסר חלבון, יוצרו בהצלחה. הם הראו עוצמות גמישות של 35 MPa ו 36 MPa, בהתאמה. עם זאת, עמידות המים שלהם נמצאה נמוכה יותר: 71% ו 87%, בהתאמה, עבור נפיחות עובי. לוחות עם מליטה עצמית המבוססים על שבלול מעודן מקש פשתן oleaginous ניתן להשיג גם27. במקרה זה, זה שבר ligneous, שוחרר במהלך defibration TMC בורג תאומים, התורם מליטה עצמית. עם זאת, לוחות קשים המתקבלים מראים חוזק מכני נמוך יותר (רק 12 MPa חוזק flexural), ונפיחות עובי גבוה מאוד (127%).

כל לוחות מבוססי סיבים המובלטים המוצגים לעיל יכולים למצוא יישומים תעשייתיים ולכן הם חלופות בנות קיימא לחומרים מסחריים מבוססי עץ נוכחיים. על פי דרישות הארגון הבינלאומי לתקינה (ISO)48,49,50, היישומים הספציפיים שלהם יהיו תלויים במאפיינים המכניים שלהם רגישות למים.

במאמר זה, ההליך כדי להבליט ולשכלל סיבים ליגנוקלוסיים לפני השימוש בהם כחיזוק מכני בלוחות מתחדשים מתואר בפירוט. כתזכורת, תהליך זה מפחית את כמות המים שיש להוסיף בהשוואה למתודולוגיות עיסת מסורתיות, וזה גם פחות אנרגיה לצרוך25. אותה מכונת בורג תאומים יכולה לשמש גם להוספת קלסר טבעי לסיבים.

ליתר דיוק, מוצג מתווה מפורט לניהול זיקוק ההבלטה התאום-בורג של shives מפשתן oleaginous(לינום usitatissimum L.) קש. הקש ששימש במחקר זה הושג באופן מסחרי. זה היה ממגוון האוורסט, והצמחים מעובדים בחלק הדרום מערבי של צרפת בשנת 2018. באותו מעבר הבלטה, ניתן להוסיף עוגת פשתן מפלסטיק (המשמשת כקלסר אקסוגני) גם באמצע החבית, ולאחר מכן לערבב באופן אינטימי את התשישים המעודנים לאורך החצי השני של פרופיל הבורג. תערובת הומוגנית בעלת צורה של חומר רך נאספת בשקע המכונה. פעולת TMC חד-שלבית מתבצעת באמצעות מכונת קנה מידה של טייס. המטרה שלנו היא לספק הליך מפורט עבור המפעילים לנהל כראוי את זיקוק שחול של shives, ולאחר מכן את תוספת העוגה. בעקבות פעולה זו, premix המתקבל מוכן לייצור הבא של 100% הארדבורדים מבוססי פשתן oleaginous באמצעות לחיצה חמה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכן את חומרי הגלם

  1. השתמש shives פשתן oleaginous, שהם תוצאה של שלב ראשוני של מיצוי מכני של סיבי מעוז מקש במכשיר מיצוי "כל הסיבים"51. השתמש מסננת רוטטת כדי להסיר סיבי טקסטיל קצרים שהם עדיין עשויים להכיל.
    הערה: כמו הסרת סיבי טקסטיל קצרים אלה עשוי להיות קשה, אל תהססו לחזור על פעולה זו מסננת פעמים רבות ככל הנדרש. כאן, המטרה היא לשפר את זרימת שיני הפשתן oleaginous ב hopper של מאכיל המשקל, ולכן, להקל על מינון שלהם לפני כניסתם לתוך extruder בורג תאומים.
  2. השתמש בעוגת פשתן מפלסטיק, המתקבלת על ידי השמדה / פלסטיזציה של החלבונים על פי המתודולוגיה המתוארת על ידי Rouilly et al.18.
    הערה: על ידי כך, החלבונים מראים כשרון תרמופלסטי ודבק טוב יותר.
  3. טוחנים את האגרו-גרגירים של עוגת פשתן מפלסטיק באמצעות טחנת פטיש המצוידת ברשת של 1 מ"מ, ולאחר מכן מסננים את החומר הטחון המתקבל כדי לשמור רק על החלקיקים הקטנים מ-500 מיקרומטר.

2. בדוק את התפקוד התקין של מאכילי המשקל הקבועים ואת משאבת הבוכנה

  1. עבור קצבי הזרימה שבהם המפעיל עובד במהלך הייצור, שנבחר כדי למנוע סתימת המכונה (15 ק"ג / שעה עבור shives פשתן oleaginous (OFS), ומ 1.50 ק"ג / שעה ל 3.75 ק"ג / שעה עבור עוגת פשתן מפלסטיק), לבדוק את ההתאמה בין הערך שנקבע לשני מאכילי משקל קבועים ואת שיעורי זרימה מוצקים באמת מופץ על ידי התקנים אלה מינון).
    הערה: קצב הזרימה המוצק בפועל נקבע באופן ניסיוני על ידי שקילה של המסה המוצקה המופצת על ידי מאכיל המשקל הקבוע לתקופה ידועה של זמן (5 דקות). אם קיימת סטייה משמעותית בין הערך שנקבע לבין קצב הזרימה הנמדד בפועל, הדבר עשוי להצביע על תקלה במאכיל השקילה. כדי למנוע זאת, יש לנקות ביסודיות את יחידת המינון כולה, תוך שימת דגש מיוחד על האזור שבו ממוקם מכשיר השקילה. למעשה, הגורם לסוג זה של תקלה הוא לעתים קרובות ניקוי לקוי של המכשיר, כמו עקבות של מוצקים בשימוש בעבר ניתן למצוא בפינות הקטנות ביותר של יחידת מינון. אם הבעיה נמשכת, יהיה צורך לבדוק את ההערכה הנכונה של האיזון עצמו, ובמידת הצורך לכייל אותו מחדש.
  2. כייל את משאבת הבוכנה כדי ליצור קשר בין הכוח החשמלי של המנוע לבין קצב זרימת המים בפועל המופץ על ידי המשאבה.
    הערה: עבור כל כוח חשמלי שנבדק, קצב זרימת המים בפועל נקבע באופן ניסיוני על ידי שקילה של מסת המים המופצת על ידי משאבת הבוכנה לתקופה ידועה של זמן (5 דקות). חמישה כוחות חשמליים שונים נבדקים כדי לצייר את עקומת הכיול. ההספק החשמלי הגבוה ביותר שנבדק נבחר כך שהוא מספק קצב זרימת מים גבוה יותר מזה שנבחר במהלך הייצור.
  3. לאחר הכיול של המשאבה בוצעה, לבדוק את קצב זרימת המים שבו המפעיל עובד במהלך הייצור (15 ק"ג / שעה כדי למנוע את סתימת המכונה תוך שמירה על אורך הסיבים מעודן שחול) ההתאמה בין הערך שנקבע נתון משאבת בוכנה עבור כוח המנוע ואת קצב זרימת המים למעשה מופץ.

3. הכינו את האקסטרודר התאום-בורג

  1. סדר כראוי את מודולי האקסטרודר של הבורג התאום (סוגי AB1-GG-8D, FER ו- ABF) על-ידי חיבורם בזה אחר זה (באמצעות שני מלחציים למחצה) בסדר הנכון בהתאם לתצורת המכונה לשימוש:
    1. הגדר את התצורה שעבורה מתבצעת רק דפיביציה של סיבים (איור 1A).
    2. לחלופין, הגדר את התצורה שהושלמה עם הוספת הקלסר הטבעי (איור 1B).
      הערה: עבור שתי התצורות, המודול הראשון משמש להכנסת שיני פשתן oleaginous. זהו סוג של מודול AB1-GG-8D, בעל 8D אורך, D המתאים לקוטר הבורג (כלומר, 53 מ"מ). הפתח העליון הגדול של מודול זה נועד בעיקר כדי להקל על כניסתה של shives. מודולים 2 עד 8 מבוקרים בטמפרטורה. הם מודולים סגורים (סוג FER), למעט מודול 5 במקרה של תצורה (שלב 3.1.2), שהוא מסוג ABF (כלומר, מודול מצויד בפתיחה צדדית כדי להבטיח את החיבור של מאכיל הצד המשמש לכפיית כניסתה של עוגת פשתן פלסטי בתוך החבית הראשית). המאכיל הצדדי מורכב משני ברגים ארכימדיים מסתובבים וחודרים במשותף של צליל מתמיד ופרופיל מצומד.
  2. מקם את צינור כניסת המים לרוחב בסוף מודול 2 כדי לחבר את משאבת הבוכנה למכונה.
  3. הניחו בצד את רכיבי הבורג (איור 2)שיהיה צורך להגדיר את פרופיל הבורג, זה המשמש לתצורה (שלב 3.1.1) או זה המשמש לתצורה (שלב 3.1.2) (איור 3).
    הערה: ודא כי אלה הם רכיבי הבורג הנכונים על-ידי בדיקה קפדנית של הסוג שלהם (T2F, C2F, C1F, CF1C, BB או INO0), אורך, גובה הצליל (עבור רכיבי ההעברה והבורג ההפוך) והזווית המדהימה שלהם (עבור בלוקי ערבוב BB).
  4. הגדר את פרופיל הבורג (איור 3) על-ידיהכנסת רכיבי הברגים לאורך שני הפירים המפורקים, מהזוג הראשון ועד האחרון.
    הערה: פרופילי הברגים המשמשים לשתי התצורות שנבדקו שונים ושניהם נובעים מיטוב קודם25,26,27.
  5. בעת הרכבת פרופיל הבורג, ודא שהשרשורים של רכיבי הבורג שהוכנסו זה עתה לפירים המפורקים מיושרים תמיד בצורה מושלמת עם הרכיבים שהורכבו קודם לכן.
  6. לאחר פרופיל הבורג כולו מורכב, בורג ביד נקודות הבורג בסוף שני פירים, לסגור לחלוטין את החבית של המכונה ולאחר מכן להדק את שתי נקודות בורג מומנט הידוק המומלץ על ידי היצרן (30 daN m עבור extruder בורג תאומים בשימוש במחקר זה) באמצעות מפתח ברגים מומנט.
  7. עם חבית המכונה נפתחה מחדש חלקית, כלומר, עם הפירים נסוג לתוך החבית על פני מרחק של כ 1D, להפוך את הברגים במהירות נמוכה (25 סל"ד מקסימום) כדי להבטיח כי פרופיל הבורג כולו מצויד כראוי.
    הערה: במקרה של התקנה שגויה של רכיבי הבורג (למשל, חוסר התאמה של אחד מהם), שחיקה מואצת של רכיבי הבורג תיצפה באופן בלתי נמנע. כאשר בודקים את הסיבוב של שני הפירים עם חבית המכונה פתוחה כמעט לחלוטין, התוצאה היא הפירים נוגעים זה בזה בנקודה של אלמנט בורג ממוקם באופן שגוי.
  8. סגור לחלוטין את חבית המכונה כך ששני הפירים לכודים לחלוטין בתוך החבית.
  9. לאחר סגירת החבית, מהדקים אותה למכונה בחצי מלחציים, ומוודאים בעזרת בוחן רמה כי החבית אופקית לחלוטין.
    הערה: אם החבית של האקסטרודר עם הבורג התאום אינה אופקית לחלוטין, הדבר עלול להוביל ללבישה מוקדמת על ידי שחיקה של רכיבי הבורג ו/או הקירות הפנימיים של החבית.
  10. מקם את הציוד ההיקפי (מאכילי המשקל עבור שני המוצקים שיוצגו, ואת משאבת הבוכנה להזרקת המים) במקומות הנדרשים לאורך החבית: מעל מודול 1 עבור המאכיל המשמש עבור שיני הפשתן oleaginous, מעל הופר של מאכיל הצד (עצמו מחובר לרוחב מודול 5) עבור אחד המשמש עוגת פשתן מפלסטיק (במקרה של תצורה (שלב 3.1.2) ובסוף מודול 2 להזרקת המים.

4. בצע את טיפול ההבלטה של הבורג התאום בהתאם לתצורה (שלב 3.1.1) או התצורה (שלב 3.1.2)

  1. מהפיקוח של המכונה, הזן את הטמפרטורות שנקבעו של כל אחד מהמודולים והתחל את בקרת הטמפרטורה של החבית: לתצורה (שלב 3.1.1), 25 °C (70 °F) עבור מודול האכלה (מודול 1) ו 110 °C (70 °F) עבור הבאים; לתצורה (שלב 3.1.2), 25 °C (70 °F) עבור מודול 1, 110 °C (70 °F עבור אזור הזיקוק (מודולים 2 עד 4), ו 80 °C (70 °F עבור premixing אחד (מודולים 5 עד 8).
    הערה: בקרת הטמפרטורה של החבית מתבצעת בנפרד ממודול אחד למשנהו על ידי (i) חימום עם שני מלחצי חצי התנגדות קבועים סביב כל מודול, ו-(ii) קירור על ידי במחזור מים קרים בתוך המודול. 25 °C (60 °F) הוא חסוי עבור מודול האכלה. עבור זיקוק יעיל של הסיבים, טמפרטורה של 110 מעלות צלזיוס עדיפה. טמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס מספיקה לפעולת premixing. מכיוון שאזורי הזיקוק והקדם-פיקסל ממוקמים שניהם לאורך מספר מודולים, לכל המודולים באותו אזור מוקצית אותה טמפרטורה מוגדרת.
  2. המתן ליציבות הטמפרטורות הנמדדות וודא שהטמפרטורות הללו שוות לנקודות שנקבעו.
    הערה: הטמפרטורות הנמדדות ניתנות בלוח הבקרה של המכונה. על מנת להבטיח שליטה שנייה בטמפרטורות אלה, ניתן גם למדוד אותם עם מדחום אינפרא אדום ברמה של כל מודול לאורך החבית.
  3. סובב לאט את הברגים (כלומר, 50 סל"ד לכל היותר).
    הערה: שחיקה מוקדמת של רכיבי הבורג והקירות הפנימיים של החבית יכולה להתרחש אם הברגים מסתובבים מהר מדי בזמן שהמכונה ריקה.
  4. הזן בעדינות את האקסטרודר בעל הבורג התאום במים (קצב זרימה של 5 ק"ג/שעה).
  5. חכו בערך 30 שניות עד שהמים יצאו בסוף החבית.
  6. לאחר מכן, התחל להציג את שיני הפשתן oleaginous במודול 1 בקצב זרימה של 3 ק"ג / שעה, ולחכות (בערך 1 דקות) עבור מוצק להתחיל לצאת מן האקסטרודר.
  7. להגדיל בהדרגה (לפחות בשלושה שלבים רצופים) את המהירות של הברגים, ואז את קצב זרימת המים ולבסוף את קצב זרימת הסיבים עד לנקודות שנקבעו הרצויות: 150 סל"ד, 15 ק"ג / שעה ו 15 ק"ג / שעה, בהתאמה (טבלה 1).
    הערה: נקודות קבוצה אלה נקבעו במחקרים קודמים ונבעו אופטימיזציה של התהליך25,26,27.
  8. המתן לייצוב המכונה על-ידי ביצוע התפתחות הזרם החשמלי הנצרך על-ידי המנוע לאורך זמן (וריאציה של הזרם החשמלי לא יותר מ- 5% מהערך הממוצע של 125 A).
    הערה: זמן הייצוב הוא בדרך כלל בטווח של 10 עד 15 דקות.
  9. לתצורה (שלב 3.1.2) בלבד, התחילו להציג את עוגת הפשתן הפלסטית במהירות של 0.50 ק"ג/שעה לאחר שהמכונה התייצבה באמפראז' לאחר שהתפירות והמים מוסיפים לערכים שנקבעו הרצויים. לאחר מכן, להגדיל את קצב הזרימה של עוגת פשתן פלסטיק לפחות שלושה צעדים רצופים עד לנקודת הסט הרצויה (מ 1.50 ק"ג / שעה ל 3.75 ק"ג / שעה, אשר מתאים לערכים בין 10% ל 25% על ידי מסה ביחס shives) (טבלה 1).
  10. לאחר שהזרם החשמלי הנצרך על ידי מנוע האקסטרודר של הבורג התאום יציב לחלוטין, ודא שפרופיל הטמפרטורה הנמדד לאורך החבית תואם לערכים שנקבעו על-ידי המפעיל, ולאחר מכן התחל לדגום את הקליפות המובלטות לתצורה (שלב 3.1.1) או את הפרמיקס לתצורה (שלב 3.1.2) בשקע.
    הערה: על מנת לא לסתום את היחידה, הזרם שצויר על ידי המנוע חייב תמיד להישאר מתחת לערך המגבלה שלו (כלומר, 400 A עבור האקסטרודר טווין בורג בקנה מידה פיילוט המשמש במחקר זה). לכן יש לבדוק כי ערך מגבלה זה אינו מושג במהלך כל שלב השיפוע הזרימה למעלה, כמו גם במהלך הדגימה. במהלך הייצור, אם מערכת הקירור של המכונה אינה מסוגלת לשמור על הטמפרטורה של מודול אחד לפחות בערך שנקבע, זו עשויה להיות תוצאה של פרופיל בורג לא הולם (כלומר, אלמנטים מגבילים מדי בורג במיקום זה),מה שגורם לחימום עצמי מקומי של החומר המטופל. לאחר מכן יש צורך לוודא, למשל, באמצעות ניתוח תרמוגרווימטרי (TGA) של מוצק מעובד, כי טמפרטורה זו אינה גורמת כל השפלה סיבים.
  11. במהלך כל תהליך הדגימה, ודא כי הזנת המכונה היא ללא בעיות על ידי בדיקה קבועה של הכניסה היעילה של מוצקים ומים לתוך החבית של המכונה.
    הערה: אמפראז' יציב של הזרם שצויר על ידי המנוע של האקסטרודר התאום במהלך כל זמן הדגימה הוא אישור להאכלה יציבה של המכונה.
  12. בסוף הייצור, לכבות את שתי יחידות מנון מוצק משאבת בוכנה.
  13. רוקן את המכונה תוך הפחתה הדרגתית של מהירות הסיבוב של הברגים ל- 50 סל"ד.
  14. כאשר שום דבר לא יוצא מקצה החבית, לנקות את החלק הפנימי של החבית של extruder בורג תאומים עם הרבה מים, הציג עודף גדול ממודול 1, בעוד הברגים עדיין מסתובבים ב 50 סל"ד. מוסיפים מים עד שה השאריות המוצקות נעלמות לחלוטין בשקע החבית. לאחר מכן, לעצור את הסיבוב של הברגים ולכבות את בקרת החימום של המכונה.

5. יבש ומצב extrudates וכתוצאה מכך (כלומר, שיבים מעודן שחול או premix)

  1. כאשר האקסטרודטים אינם מעוצבים לתוך סיבים מיד לאחר תהליך שחול הבורג התאום, יבש אותם עם זרם אוויר חם ללחות בין 8% ל -12% לפני המיזוג שלהם. לשם כך, להשתמש בתנור מאוורר פשוט או, במקרה של כמויות גדולות של extrudate להיות מיובש, מייבש חגורה רציפה.
    הערה: עם לחות כזו, extrudates יכול להיות מותנה ללא הסיכון של פטרייה או צמיחת עובש לאורך זמן. האריזה צריכה להתבצע בשקיות ניילון אטומות לחלוטין, אשר צריך להיות מאוחסן במקום יבש.
  2. יבש את האקסטרודטים עם זרימת אוויר חם ללחות בין 3% ל -4% כאשר דפוס סיבים מתרחש מיד לאחר תהליך ההבלטה של הבורג התאום.
    הערה: מחקרים קודמים הראו כי תכולת לחות של 3% עד 4% של מוצק להיות לחוץ חם הוא אידיאלי כדי להגביל תופעות degassing בסוף דפוס. כאשר זה קורה וזה לא נשלט, degassing יכול ליצור פגמים (למשל, שלפוחיות או סדקים) בתוך fiberboard,ופגמים אלה יש השפעה שלילית על ההתנגדות המכנית שלה26,27,31,32. כאשר הקשה חמה מתבצעת לאחר extrudates אוחסנו בשקיות ניילון אטומות בתכולת לחות של 8% עד 12%, הם צריכים להיות מיובשים עוד יותר, כלומר, עד 3%-4%, לפני דפוס.

6. עובש את סיבי על ידי לחיצה חמה

הערה: תנאי ההפעלה ללחיצה חמה נבחרו על בסיס מחקריםקודמים 26,27,31,32.

  1. מחממים מראש את התבנית. לאחר מכן, מקם את החומר המוצק כדי להיות חם לחוץ בתוך התבנית. לבסוף, מחממים מראש את החומר המוצק הזה במשך 3 דקות לפני הפעלת הלחץ.
    הערה: עבור כל סיבים המיוצרים, את חלקם של shives בתמהיל להיות יצוק מייצג מסה של 100 גרם כאשר התבנית בשימוש הוא מרובע בצורת עם 15 ס"מ צדדים.
  2. החל לחץ של 30 MPa עם shives גלם, ו 10 MPa, 20 MPa, או 30 MPa עם אלה המובלטים(טבלה 2).
  3. הגדר את טמפרטורת התבנית ל 200 מעלות צלזיוס.
    הערה: מכיוון שהטמפרטורה משפיעה מאוד על האיכות (במיוחד תכונות הכיפוף) של הלוחות שהושגו9,26,27,28,31,32, חשוב לבדוק את טמפרטורת התבנית עם מדחום אינפרא אדום על החלקים הזכריים והנקביים שלה.
  4. הגדר את זמן היציקת ל 150 s.
  5. ייצור סיבים שונים עם תוכן שונה של עוגת פשתן פלסטיק (מ 0% עד 25%) שימוש בסיבים מעודנים שחול שהושגו באמצעות שחול בורג תאומים באמצעות תצורה (שלב 3.1.1) או אחד משלושת premixes שהושגו באמצעות תצורה (שלב 3.1.2)(טבלה 1 וטבלה 2).
  6. כהפניות, גם לייצר שני סיבים נוספים המבוססים על גלם OFS, אחד ללא תוספת של קלסר אקסוגני (לוח מספר 11) והשני עם תוספת של 25% (w / w) של עוגת פשתן מפלסטיק (לוח מספר 12) (טבלה 2).
    הערה: עבור שני לוחות אלה, תנאי דפוס זהים, כלומר, 200 מעלות צלזיוס עבור טמפרטורת עובש, 150 s עבור זמן דפוס, ו 30 MPa עבור הלחץ המופעל.

7. מצב ואפיון סיבים

  1. לאחר ייצור סיבים, למקם אותם בתא אקלימי ב 60% לחות יחסית ו 25 מעלות צלזיוס עד משקל קבוע מושגת.
    הערה: לאחר מכן הסיבים יותנו ויתייצבו מבחינת לחות.
  2. לאחר שיווי המשקל, חותכים את לוחות הסיבים לדגימות בדיקה.
    הערה: הכלי המתאים ביותר לחיתוך סיבים הוא מסור רצועה אנכית.
  3. מדגימות הבדיקה, המשך עם אפיון סיבים באמצעות בדיקות סטנדרטיות עבור תכונות כיפוף (ISO 16978:2003 רגיל), קשיות פני השטח של Shore D (תקן ISO 868:2003), עוצמת אג"ח פנימית (תקן ISO 16260:2016) ורגישות למים לאחר טבילה במים למשך 24 שעות (תקן ISO 16983:2003).
  4. השווה את המאפיינים הנמדדים עבור לוחות הסיבים עם המלצות התקן הצרפתי המוקדש למפרטים עבור לוחות חלקיקים (NF EN 312) כדי לקבוע את השימושים האפשריים שלהם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

במהלך זיקוק הסיבים של שיני פשתן oleaginous באמצעות תצורה (שלב 3.1.1), מים נוספו בכוונה ביחס נוזלי / מוצק שווה 1.0. על פי עבודותקודמות 25,26,27, יחס נוזלי / מוצק כזה שומר טוב יותר על אורך הסיבים המעודנים בשקע האקסטרודר טווין בורג מאשר יחס נמוך יותר, אשר בו זמנית תורם לעלייה ביחס הגובה-רוחב הממוצע שלהם. יתר על כן, כמות המים שנוספו נמוכה מספיק כדי למנוע כל סיכון של סתימת מכונה. בהיעדר מים "חופשיים" (כלומר, מים שהיו מתווספים עודפים, וחלקם לא היו נספגים על ידי הסיבים), ולכן לא היה צורך למקם מודול סינון בסוף אזור ההאצה. לאחר הטיפול המקדים לזיקוק ההבלטה, נקבע ההרכב הכימי של הסיבים המעודנים בהבלטה (לוח 3). מבחינה הגיונית, בהיעדר יצירת תמצית נוזלית במהלך הטיפול המקדים לזיקוק שחול, לא נצפה הבדל משמעותי בהרכב הכימי בין שיני הגלם לאלה המובלטות. מבחינת המראה, הסיבים המעודנים בהבלטה הם בעלי צורה של חומר רך(איור 4, משמאל למטה). משמעות הדבר היא כי תהליך ההבלטה, במיוחד שיעור הגזירה הגבוה מוחל, תורם לשינוי של מבנה שיני הפשתן. זה אושר לראשונה על ידי צפיפות גלויה נמוכה יותר טפח של שבעים מובלטים לעומת הערכים שהושגו עם שבעים גלם (טבלה 4). הניתוח המורפולוגי של הסיבים אישר גם את התצפית הראשונה הזו כעלייה משמעותית מאוד ביחס הגובה-רוחב שלהם נצפתה גם באמצעות מכשיר ניתוח מורפולוגיה סיבים (טבלה 5).

כאשר בוחנים לוחות ללא קלסרים של שיני פשתן oleaginous יצוק באמצעות לחיצה חמה, TMC defibring טרום טיפול באמצעות שחול בורג תאומים על פי תצורה (שלב 3.1.1) הוא עניין ברור. אכן, הפרדה של ליגנינים מתאיות ו hemicelluloses בתוך שבלולים מובלטים מתרחשת. במהלך הקשה חמה, ליגנינים ניתן לגייס בקלות ולהשתמש כמו קלסר טבעי. בנוסף, עם יחס גובה-רוחב סיבים ממוצע גבוה יותר מאשר עבור shives גלם, פרופיל גודל החלקיקים של סיבים מעודן שחול הוא נוח יותר במונחים של הביצועים שלהם לחיזוק מכני. משמעות הדבר היא כי לוחות העשויים סיבים מובלטים בלבד (מספרי לוח 1, 3 ו -7), כלומר, ללא תוספת של עוגת פשתן מפלסטיק כקלסר חיצוני, הם לא רק כל שלושת מגובשים, אבל מעל לכל נוכחים תכונות שימוש משופרות באופן משמעותי בהשוואה ללוח המתקבל על ידי לחיצה חמה של shives גלם (לוח מספר 11) (טבלה 6). למרות שהדירקטוריון מספר 1 מהשיבים המובלטים הוא לחוץ בלחץ של 10 MPa בלבד, הוא אפילו טוב משמעותית מנקודת המבט של הביצועים המכניים שלו מאשר לוח מספר 11, אשר מעוצב מן הצמרמורת גלם, אבל בערך לחץ גבוה פי שלושה (30 MPa). היתרונות של טיפול מקדים ב extruder בורג תאומים עבור הגיוס הבא של ליגינינים כמו קלסר פנימי מצד אחד, ועל הגדלת יחס גובה-רוחב סיבים ממוצע מצד שני, הם הוכיחו באופן ברור. השוואה של תכונות השימוש של מספרי לוח 1, 3, ו 7 גם מראה את ההשפעות החיוביות של לחץ מיושם גבוה יותר במהלך דפוס על תכונות אלה, אם זה כוח flexural, קשיות פני השטח של החוף D, או עמידות במים של החומר לאחר טבילה. ככל שהלחץ גובר, הגיוס של קלסר מבוסס ליגנין מקודם27. בשלב המותך, צמיגותו מצטמצמת, וההרטבה של הסיבים ממוטבת.

באמצעות תצורה (שלב 3.1.2), לאחר השבעים היו defibrated, עוגת פשתן פלסטיק נוסף גם ישירות לתוך extruder בורג תאומים מעורבב באופן אינטימי עם סיבים מעודנים במחצית השנייה של פרופיל הבורג. עוגת פשתן מפלסטיק נוספה בתכולתה בין 10% ל -25% (טבלה 1). ערבוב אינטימי הושג הודות לשימוש בשתי סדרות רצופות של משוטים בילובה (אלמנטים BB), רכוב בשורות מתנדנדות (90 °). אלה ממוקמים ברמת המודולים 7 ו-8 (איור 3). כאשר עוגת פשתן פלסטיק מתווספת, הגידול שנצפה של צריכת האנרגיה הספציפית הכוללת הוא קטן מאוד למרות מילוי גבוה יותר של המכונה: 1.35 ± 0.04 קילוואט h/kg של חומר יבש מקסימום במקום 1.28 ± 0.05 קילוואט/ק"ג של חומר יבש במקרה של תצורה (שלב 3.1.1) שעבורו השבעים הם defibrated אבל ללא תוספת של קלסר אקסוגני. רכיבי הבורג ההפוך של CF1C המשמשים לדפיביציה של שבעים הם, אם כן, הרכיבים המגבילים ביותר בפרופיל הבורג. אזור הערבוב של סיבים מזוקקים ועוגת פשתן, אם כן, תורם במידה רבה לעלייה בצריכת האנרגיה הכוללת של המכונה.

התוספת של עוגת פשתן מפלסטיק לסיבים מעודן שחול גורמת premix מועשר קלסר טבעי, אשר חייב להיות מיובש לתכולת לחות של בין 3% ל 4% לפני דפוס. בסך הכל, תוספת זו מגדילה את המאפיינים הגמישות של סיבים המתקבלים (טבלה 6). עבור לחץ מיושם של 10 MPa, תוספת של 25% עוגת פשתן מובילה לעלייה של 15% בחוזק הגמישות של החומר (השוואה של מספרי לוח 1 ו -2). עבור לחץ כפול (20 MPa), עלייה של 25% נצפתה כאשר 10% קלסר מבוסס פשתן מתווסף (לוח מספר 4) והוא עולה ל 53% כאשר 17.5% של קלסר זה מתווסף (לוח מספר 5). לבסוף, עבור הלחץ היוצר הגבוה ביותר (30 MPa), העלייה היחסית בכוח הכיפוף היא מקסימלית (+12%) כאשר 10% עוגת פשתן מתווספת (השוואה של מספרי הלוח 7 ו 8).

במקביל, קשיות פני השטח של Shore D והתנגדות המים של סיבי הטבילה לאחר הטבילה אינם תלויים במידה רבה בתכולת עוגת הפשתן הפלסטית בקדם-mix. היישום של לחץ של לפחות 20 MPa במהלך לחיצה חמה עדיין מלווה בירידה נפיחות עובי, ללא קשר לתוכן קלסר אקסוגני. בתנאים יוצרים כאלה, הצפיפות של לוחות קשיחים עולה. נקבוביותם הפנימית מצטמצמת לאחר מכן, ופיזור המים בתוך החומר במהלך הטבילה מצטמצם אפוא.

התפקיד של קלסר אקסוגני שיחק על ידי עוגת פשתן בקדם הוא אישר ובכך מוסבר על ידי נוכחות של תוכן משמעותי (מוערך ב 40.5% של המסה היבשה שלה52) של חלבונים עם פלסטיק והתנהגות דבק. תפקיד זה מאושר גם כאשר קלסר חלבון פשתן oleaginous מתווסף shives גלם. ואכן, עם 25% של קלסר זה (במקרה של לוח מספר 12), הלוח המתקבל (איור 4,למעלה מימין) יש כוח גמיש של 10.6 MPa במקום רק 3.6 MPa ללא קלסר (לוח מספר 11). עם זאת, פאנל זה יש כוח כיפוף נמוך יותר מאשר כל אלה המבוססים על סיבים מעודן שחול, הממחיש את התפקיד החיוני שיחק על ידי TMC טרום טיפול של shives.

הודות לפעולה המשולבת של דפיביזציה של shives ותוספת של קלסר אקסוגני בתוך אותו מכשיר בורג תאומים, סיבים עם חוזק כיפוף של סביב 23 עד 25 MPa מתקבלים. כדוגמה, עם תוספת של 25% עוגת פשתן מפלסטיק כדי premix ולחיצה חמה של האחרון על ידי הפעלת לחץ 30 MPa, לוח הסיבים המקביל (לוח מספר 10) מראה כוח כיפוף של 24.1 MPa, מודולוס גמיש של 4.0 GPa ועוצמת אג"ח פנימית של 0.70 MPa (איור 4, למטה מימין). בהתבסס על ההמלצות של התקן הצרפתי (NF) EN 312 (תקן המוקדש למפרטים עבור לוחות חלקיקים)53, לוח זה כבר עומד בדרישות המכאניות של לוחות P6 מסוג, כלומר, לוחות עובדים תחת לחץ גבוה ומשמשים בסביבות יבשות. רק עוביו מתנפח לאחר טבילה במים במשך 24 שעות אינו עומד בדרישות תקן זה (78% במקום 16% מקסימום). טיפול לאחר ריפוי (60 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות, ואז 80 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות, ואז 100 מעלות צלזיוס למשך 45 דקות, ואז 125 מעלות צלזיוס למשך 60 דקות, ולבסוף 150 מעלות צלזיוס למשך 90 דקות לפני החזרה לטמפרטורת החדר למשך 225 דקות) של חומר זה מוביל לירידה בעובי נפיחות של עד 49%, בו זמנית עם עלייה בכוח הגמישות (25.8 ± 1.0 MPa). עם זאת, ירידה זו נפיחות עובי נשאר מספיק. לעבודה עתידית, תהליכים נוספים אחרים, למשל, ציפוי, כימי, או טיפול קיטור, לאחר הקשה חמה צריך להיבדק כדי לשפר את פרמטר יציבותממדית 27 במידה רבה יותר. פתרון מקורי נוסף יכול להיות תוספת של חומר הידרופובינג(ים), למשל, נגזרות שמן צמחי, כדי premix ישירות ב extruder בורג תאומים. בנוסף, מכיוון שניתן יהיה להשתמש בלוח אופטימלי זה בתוך בתים, יהיה צורך להעריך את עמידות האש שלו לפני שיוצע לשוק. אכן, מאפיין זה הוא בעל חשיבות מרכזית. אם ההתנגדות אש של חומר זה מוכיח להיות מספיק, תוספת של מוצר חסין אש כדי premix ישירות extruder בורג תאומים צריך להיחשב לפני הפאנל מעוצב על ידי לחיצה חמה.

Figure 1
איור 1: תצורות פשוטות יותר של האקסטרודר התאום-בורג המשמש (A) לזיקוק הסיבים היחיד של שיני פשתן oleaginous, ו- (B) עבור התהליך המשולב במעבר extruder יחיד, כולל זיקוק סיבים של שיני פשתן oleaginous, תוספת של עוגת פשתן מפלסטיק, ולאחר מכן ערבוב אינטימי של שני מוצקים. עבור כל אחת משתי התצורות שנבדקו, מוזכרות פעולות היחידה העוקבות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: סוג רכיבי בורג המשמשים לאורך פרופילי הברגים: (A) T2F, (B) C2F, (C) C1F, (D) CF1C, (E) BB ו-(F) רכיבי בורג INO0. (A) רכיבי T2F הם ברגים טרפזיים כפולי טיסה המשמשים לפעולת השינוע שלהם. בשל הצורה הטרפזית של החוטים שלהם, אלמנטים T2F הם ברגים שאינם ניקוי עצמי אבל יש טוב מאוד להעביר ולבלוע מאפיינים. הם, אם כן, ממוקמים באזורי ההאכלה של שני המוצקים המשמשים (כלומר, שיני פשתן oleaginous, ועוגת פשתן מפלסטיק). (B)אלמנטים C2F הם ברגים טיסה כפולה מצומדים המשמשים גם לפעולת השינוע שלהם. צורת החוטים שלהם היא מצומדת, מה שהופך את האלמנטים C2F ברגים ניקוי עצמי. הם ממוקמים במקום שבו מוצק ונוזל להתקיים. (C)רכיבי C1F הם ברגים חד-פעמיים. בהשוואה לרכיבי C2F, לברגים מעבירים אלה יש סמל חוט רחב יותר. לכן, יש להם דחף טוב יותר ואפקט גזירה גבוה יותר מאשר אלמנטים C2F. (D)רכיבי CF1C הם ברגים חתוכים בטיסה אחת עם גובה צליל שמאלי. רכיבי בורג הפוך אלה הם הרכיבים המגבילים והחשובים ביותר בפרופיל הבורג. הם מאפשרים ערבוב אינטנסיבי וגזירה מכנית של החומר, כמו גם להגדיל את זמן המגורים שלה. ברגים CF1C הם המקום שבו דפיביזציה של הסיבים מתרחשת. (E)אלמנטים BB הם משוטים משופעת. הם מאפשרים השפעה ערבוב חזקה על החומר. הם, אם כן, מקדמים פעולת ערבוב אינטימית שחשובה במיוחד להפריה הומוגנית של שיני הפשתן האולגיניות עם המים הנוספים מצד אחד, ומערבבים באופן אינטימי את הסיבים המעודנים בהבלטה ועוגת פשתן מפלסטיק מצד שני. (F)רכיבי INO0 מקשרים אלמנטים בין ברגים כפולים וחד-פעמיים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: תצורות בורג (A) לזיקוק הסיבים רק של שיני פשתן oleaginous, ו-(ב) לתהליך המשולב במעבר אקסטרודר יחיד, כולל זיקוק הסיבים של שיני פשתן oleaginous, תוספת של עוגת פשתן מפלסטיק, ולאחר מכן ערבוב אינטימי של שני מוצקים. (A) כאשר שיני פשתן oleaginous הם רק שחול מעודן, הם הציגו במודול 1. לאחר מכן, מים מוזרקים בסוף מודול 2. הערבוב האינטימי של מוצק ונוזל מתבצע ברמה של מודול 5. לבסוף, דפיביציה מכנית של הסיבים באמצעות גזירה מכנית מתרחשת במודול 8. (B)כאשר התהליך המשולב מתבצע במעבר extruder יחיד, זיקוק סיבים של שיני פשתן oleaginous מתנהל במחצית הראשונה של פרופיל הבורג (כלומר, ממודולים 1 עד 4), תוספת של עוגת פשתן פלסטית באמצעו, ואת ערבוב אינטימי של שני מוצקים לאורך החצי השני של פרופיל הבורג. ליתר דיוק, המבוא של עוגת פשתן מפלסטיק נעשה באמצעות מאכיל בצד ברמה של מודול 5, כלומר, לאחר שלב זיקוק הסיבים, ואת ערבוב אינטימי של שני מוצקים מתנהל לאורך מודולים 6 עד 8. עבור הברגים T2F, C2F, C1F ו- CF1C, שני המספרים שהוזכרו מציינים את גובה הצליל והאורך שלהם (כשיעור של D, קוטר הבורג), בהתאמה. עבור בלוקי ערבוב BB, הם מייצגים את הזווית והאורך המדהימים שלהם, בהתאמה. אורך רכיבי INO0 הוא 0.25 D. אזורים בתצורת הבורג עם אפקט הגבלת זרימה תואמים לאזורים המוצללים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: תצלום של OFS (משמאל למעלה) ו- ERF (משמאל למטה) שיני פשתן אוליגיניות ומספרי לוח 12 (מימין למעלה) ו- 10 (מימין למטה). מספרי לוח 12 ו -10 שניהם מכילים 25% עוגת פשתן מפלסטיק. לוח מספר 12 עשוי מהסיבים הגולמיים של OFS ואילו לוח מספר 10 מקורו בקדם-mix P3 (כלומר, מכיל את הסיבים המעודנים להבלטה). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

זרם הבלטה ERF (ERF) P1 P2 פ3 (פ3)
תצורה (3.1.1.) (3.1.2.) (3.1.2.) (3.1.2.)
תנאי שחול טווין-בורג
מהירות סיבוב בורג (סל"ד) 150 150 150 150
קצב הזרימה של פשתן oleaginous (ק"ג/שעה) 15.00 15.00 15.00 15.00
קצב זרימת מפרצון של עוגת פשתן מפלסטיק (ק"ג/שעה) 0.00 1.50 2.63 3.75
קצב זרימת מפרצון של מים מוזרקים (ק"ג/שעה) 15.00 15.00 15.00 15.00

טבלה 1: תנאי שחול של שני ברגים המשמשים לתצורות (A) ו- (B). ERF, סיבים מזוקקים שחול שמקורם בתצורה (שלב 3.1.1); P1, premix מספר 1 שמקורו בתצורה (שלב 3.1.2) ועם 10% תוכן (ביחס למשקל של shives) של עוגת פשתן פלסטיק; P2, premix מספר 2 שמקורו בתצורה (שלב 3.1.2) ועם 17.5% תוכן (ביחס למשקל של shives) של עוגת פשתן פלסטי; P3, premix מספר 3 שמקורו בתצורה (שלב 3.1.2) ועם 25% תוכן (ביחס למשקל של shives) של עוגת פשתן פלסטי.

מספר לוח סיבים 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
חומר גלם ERF (ERF) פ3 (פ3) ERF (ERF) P1 P2 פ3 (פ3) ERF (ERF) P1 P2 פ3 (פ3) OFS (1000 OFS בתוספת 25% (w /w) של עוגת פשתן מפלסטיק
טמפרטורת עובש (°C) 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200
זמן דפוס (ים) 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150
לחץ המופעל (MPa) 10 10 20 20 20 20 30 30 30 30 30 30

טבלה 2: פרמטרי דפוס המשמשים לייצור סיבים. OFS, שיני פשתן oleaginous (כלומר, shives גלם לא טופל בעבר באמצעות שחול בורג תאומים). עשוי OFS ועוגת פשתן מפלסטיק, התערובת המוצקה המשמשת לייצור לוח מספר 12 הושגה מכנית באמצעות מערבל סליל כפול.

חומר OFS27 ERF (ERF)
לחות (%) 8.4 ± 0.2 8.3 ± 0.2
מינרלים (% מחומר היבש) 2.0 ± 0.1 2.0 ± 0.1
תאית (% מהעניין היבש) 45.6 ± 0.4 44.3 ± 0.4
המיצלולוזה (% מחומר היבש) 22.4 ± 0.1 22.8 ± 0.1
ליגנינים (% מחומר היבש) 25.1 ± 0.6 23.7 ± 0.5
רכיבים מסיסים במים (% מחומר היבש) 4.1 ± 0.1 4.3 ± 0.1

טבלה 3: הרכב כימי של שיני פשתן oleaginous לפני ואחרי הטיפול מראש זיקוק שחול. תכולת הלחות נקבעה על פי תקן ISO 665:200054. הם נמדדו מחומרים שווים, כלומר, לאחר התניה בתא אקלים (60% לחות יחסית, 25 מעלות צלזיוס). תכולת המינרלים נקבעה על פי תקן ISO 749:197755. התוכן בתאיות, hemicelluloses, ו ליגינינים נקבעו באמצעות סיבי דטרגנט חומצה (ADF) - סיבי ניקוי ניטרליים (NDF) שיטה של ואן Soest ויין56,57. התכולה בתרכובות מסיסות במים נקבעה על ידי מדידת אובדן המוני של דגימת הבדיקה לאחר שעה במים רותחים. כל המדידות נערכו בכפילות. התוצאות בטבלה תואמות לערכים הממוצעים ± סטיות תקן.

חומר צפיפות לכאורה (ק"ג/מ') צפיפות טפח (ק"ג/מ'3 )
OFS27 117 ± 5 131 ± 4
ERF (ERF) 71 ± 1 90 ± 1

טבלה 4: צפיפויות גלויות ומפותלות של שיני פשתן oleaginous לפני ואחרי טיפול מקדים זיקוק שחול. הצפיפות הטפחית של שיני פשתן oleaginous נמדדה משולשת באמצעות מד צפיפות. הצפיפות לכאורה הושגה לפני דחיסה. התוצאות בטבלה תואמות לערכים הממוצעים ± סטיות תקן. n.d., לא נקבע.

חומר אורך סיבים (מיקרומטר) קוטר סיבים (מיקרומטר) יחס קנסות (%)
OFS27 5804 ± 4013 1107 ± 669 6 ± 6 (ש"ע)
ERF (ERF) 559 ± 27 20.9 ± 0.2 27 ± 2 56 ± 2

טבלה 5: מאפיינים מורפולוגיים של שיני פשתן oleaginous לפני ואחרי הטיפול מראש זיקוק שחול. הניתוח המורפולוגי של shives גלם (כלומר, לפני הטיפול מראש זיקוק שחול) בוצע על ידי ניתוח תמונה באמצעות תוכנה מסריקה של כ 3,000 חלקיקים27. זה של השבעים מעודן שחול נערך באמצעות מנתח עבור מדידה מורפולוגיה סיבים ואפיון. עבור מדידות אלה, הקביעות בוצעו משולשת, עבור כל ניסוי, כ 15,000 חלקיקים נותחו. התוצאות בטבלה תואמות לערכים הממוצעים ± סטיות תקן.

מספר לוח סיבים 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
מאפייני כיפוף
עובי (מ"מ) 4.18 ± 0.07 5.03 ± 0.14 3.73 ± 0.11 3.88 ± 0.01 4.12 ± 0.02 4.56 ± 0.06 3.62 ± 0.12 3.81 ± 0.09 4.06 ± 0.12 4.37 ± 0.12 3.99 ± 0.07 4.69 ± 0.25
צפיפות (ק"ג/מ"ר3) 1051 ± 16 1165 ± 78 1191 ± 59 1241 ± 34 1256 ± 41 1248 ± 37 1213 ± 54 1268 ± 17 1274 ± 23 1253 ± 32 1069 ± 19 1181 ± 40
חוזק גמיש (MPa) 11.6 ± 1.0 13.3 ± 1.4 16.6 ± 1.4 20.9 ± 2.2 25.5 ± 1.9 22.6 ± 2.1 21.7 ± 1.9 24.4 ± 1.8 23.5 ± 2.1 24.1 ± 2.5 3.6 ± 0.4 10.7 ± 0.9
מודולוס אלסטי (MPa) 2474 ± 138 2039 ± 227 2851 ± 295 3827 ± 303 4272 ± 396 3806 ± 260 3781 ± 375 4612 ± 285 3947 ± 378 4014 ± 409 1071 ± 98 2695 ± 370
רתמת משטח חוף D (°) 70.7 ± 2.2 69.0 ± 3.0 70.6 ± 1.9 70.5 ± 2.2 70.3 ± 2.0 71.1 ± 1.8 69.0 ± 2.7 70.8 ± 2.0 70.0 ± 2.2 71.0 ± 1.7 61.4 ± 4.8 61.8 ± 3.6
חוזק קשר פנימי (MPa) (ש"ע) (ש"ע) (ש"ע) (ש"ע) (ש"ע) (ש"ע) (ש"ע) (ש"ע) (ש"ע) 0.70 ± 0.05 (ש"ע) (ש"ע)
רגישות למים לאחר טבילה במים במהלך 24 שעות
נפיחות בעובי (%) 139.5 ± 14.3 135.4 ± 10.9 76.1 ± 6.8 73.1 ± 1.8 82.3 ± 5.6 90.5 ± 3.9 64.0 ± 4.2 87.1 ± 5.6 100.1 ± 4.4 77.7 ± 2.2 159.9 ± 11.1 179.8 ± 16.3
ספיגת מים (%) 145.4 ± 10.0 143.1 ± 16.2 66.5 ± 6.3 65.2 ± 3.5 69.1 ± 2.2 83.0 ± 5.0 54.4 ± 1.6 59.8 ± 1.1 86.3 ± 6.7 63.3 ± 1.7 156.8 ± 5.9 150.1 ± 7.0

טבלה 6: תכונות מכניות, נפיחות בעובי וספיגת מים של סיבים המיוצרים על ידי לחיצה חמה. העובי והצפיפות נקבעו על ידי שקילה של דגימות הבדיקה ומדידת מידותיהם באמצעות קליפר אלקטרוני. מאפייני הכיפוף נקבעו על פי תקן ISO 16978:200358. קשיות פני החוף D נקבעה על פי תקן ISO 868:200359. חוזק האג"ח הפנימי נקבע על פי תקן ISO 16260:201660. רגישות המים לאחר טבילה במים (כלומר, נפיחות בעובי וספיגת מים) נקבעה על פי תקן ISO 16983:200361. כל הקביעות בוצעו ארבע פעמים. התוצאות בטבלה תואמות לערכים הממוצעים ± סטיות תקן. n.d., לא נקבע.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הפרוטוקול המתואר כאן מתאר כיצד לעבד את הזיקוק שחול של סיבים ליגנוקלוסיים לפני השימוש בהם כחיזוק מכני בלוחות מתחדשים. כאן, האקסטרודר בעל הבורג התאום המשמש הוא מכונת סולם טייס. עם ברגים בקוטר 53 מ"מ (D), הוא מצויד בשמונה מודולים, כל אחד באורך 4D, למעט מודול 1 בעל 8D אורך, המתאים לאורך כולל של 36D (כלומר, 1,908 מ"מ) עבור החבית. אורכו ארוך מספיק כדי להחיל על החומר המעובד את הרצף של מספר פעולות יסודיות במעבר אחד, כלומר, האכלה, דחיסה, ערבוב אינטימי בין מוצק סיבי לבין מים הוסיף, הרחבה, דחיסה, גזירה אינטנסיבית, ולאחר מכן הרחבה. כאן, טיפול מקדים זיקוק שחול הוחל בהצלחה על shives מקש פשתן oleaginous. הם מהווים את השאריות שנאספו לאחר החילוץ המכאני של סיבים טכניים מקש פשתן oleaginous באמצעות מכשיר מיצוי "כל הסיבים"51. באותה מכונת בורג תאומים, ניתן גם להוסיף קלסר אקסוגני לביומסה ליגנוקלולוסית defibrated מיד לאחר שלב זיקוק שחול. המחצית השנייה של פרופיל הבורג מוקדשת אפוא למיזוג האינטימי של הסיבים המעודנים וקלסר חיצוני זה. כאן, זוהי עוגת פשתן מפלסטיק בעבר ששימש קלסר נוסף. זה נוסף סיבים מזוקקים באמצעות שיעורים שונים (מ 10% עד 25% ביחס shives). 100% הפרמיקסים מבוססי הפשתן האוליגיניים שהתקבלו הפכו לאחר מכן ללוחות קשיחים באמצעות לחיצה חמה.

בשל המספר הגדול של פעולות אלמנטריות שיש להחיל לתצורה (שלב 3.1.2), המאפשר לא רק את הזיקוק של הסיבים, אלא גם את התוספת של קלסר חיצוני, אורך החבית של המכונה לשמש הוא מכריע להצלחת הטיפול. נדרש אורך חבית של לפחות 32D, אם כי אורכים של 36D או אפילו 40D מתאימים יותר. הרחבת התערובת המועברת בין שני אזורים רצופים של אלמנטים מגבילים היא אז טובה יותר וזה מעדיף חילופי בין המרכיבים של התערובת המוצקה לבין המים.

בנוסף, פרופיל הבורג הוא בעל חשיבות מרכזית לתהליכי הבורג התאום2,3,4. בפרט, יש לבחור את האזורים המגבילים (כלומר, תחומים של עבודה מכנית אינטנסיבית) בזהירות מירבית. כאן, זה מוביל חששות עם אלמנטים בורג הפוך המשמש דפיביזציה של ביומסה lignocellulosic, ואת אלמנטים ערבוב הדרושים להפריה של ביומסה זו עם מים לפני דפיביזציה ערבוב אינטימי הבא של סיבים מזוקקים עם קלסר טבעי. הטיפולוגיה של אלמנטים אלה (כלומר, גובה הצליל של רכיבי בורג הפוכים, וזווית הרוחב וההתנודדות של בלוקי ערבוב), האורכים המתאימים שלהם והמיקום שלהם לאורך פרופיל הבורג יכולים להיות מותאמים לניסוח שיופק.

באופן דומה, אופטימיזציה של תנאי ההפעלה (כלומר, קצבי זרימה במפרצון של מוצקים, קצב זרימת הכניסה של מים, מהירות סיבוב בורג, ופרופיל טמפרטורה) יהיה צורך עבור כלניסוחחדש להיות מיוצר 2,3,4. למעשה, בדיוק כמו פרופיל הבורג, תנאי ההפעלה שייושמו יצטרכו להיות מותאמים לאופי של כל ביומסה ליגנוקלוסית שטופלה (למשל, הפצה בין תאית, hemicelluloses ו ליגינינים, נוכחות אפשרית של מרכיבים אחרים, מורפולוגיה, וקשיות של חלקיקים מוצקים במפרצון, וכו '). קצב המילוי של האקסטרודר טווין בורג יכול אפוא להיות מותאם לכל ניסוח חדש במטרה לייעל את זמן המגורים שלה ולהגדיל את הפרודוקטיביות של המכונה, תוך הימנעות סתימת.

זהו, אם כן, שיעור המילוי של מכשיר הבורג התאום שהוא המגבלה העיקרית של הטיפול המקדים דפיברינג המוצג כאן. בהתאם לאופי חומר הגלם שיש לעבד, פרופיל הבורג שבו נעשה שימוש ותנאי ההבלטה (כלומר, קצבי זרימת הקלט של מוצקים, יחס נוזל/מוצק ומהירות סיבוב בורג), זמן המגורים הממוצע של התערובת בתוך כלי הבורג התאום אינו זהה. על מנת להגדיל את הפרודוקטיביות של המכונה, המטרה היא תמיד להגדיל את זרימת החומר הצמחי המטופל ככל האפשר תוך שמירה על איכות מספקת של עבודת TMC שבוצעה על זה.

במהירות סיבוב הבורג המשמשת במהלך הייצור ונבחרה קרוב ככל האפשר למהירות הסיבוב המרבית של מכונת הברגים התאומים המשמשת להגדלת הפרודוקטיביות שלה, ניתן למלא את המכונה יתר על המידה אם הזרימות הנכנסות של חומרים מוצקים ומים הופכים גבוהים מדי. לכן, חשוב למפעילים לבחור את קצב המילוי האופטימלי כדי להבטיח שהמכונה לא תתמלא יתר על הערך. כדי למנוע סתימה כזו, יש להשתמש בכלי הבורג התאום במשך זמן רב מספיק, כלומר, לפחות חצי שעה. היציבות של הזרם החשמלי הנצרך על ידי המנוע שלה במהלך הייצור יהיה אישור של מכונה שאינה מגזים. לוח הבקרה שלה מקל לעקוב אחר האבולוציה של הזרם החשמלי לאורך זמן. לסיכום, טכנולוגיית ההבלטה של הבורג התאום היא, אם כן, כלי רב-תכליתי וביצועים גבוהים לייצור סיבים מתחדשים, ללא שרפים סינתטיים. קודם כל, דפיבינציה מתמשכת TMC של סיבים ליגנוקלוסיים, המוביל לעלייה בכישרון שלהם לחיזוק מכני באמצעות עלייה ביחס הגובה-רוחב הממוצע של סיבים מזוקקים, ניתן לבצע. כלי הבורג התאום יכול להיחשב כחלופה אמינה לשיטות דפיביציה אחרות המשמשות באופן קלאסי, כלומר שחיקה פשוטה, תהליכי עיסת ופיצוץ קיטור.

מחקר שנערך לאחרונה על קש אורז הראה כי כלי זה מציע את האפשרות לשמר טוב יותר את אורך הסיבים במהלך דפיביציה שלהם מאשר שיטה הנובעת מתהליכי נייר מעורבים שלב העיכול ואחריו דפיביציה אחד25. אותו מחקר הראה גם כי דפיביציה שנערך ב extruder בורג תאומים היה פחות מים צורכים והוא יכול להתבצע בעלות נמוכה יותר. במהלך defibration בורג תאומים, שחרורו של ליגינינים גם תורם בחלקו לכידות (על ידי מליטה עצמית) של סיבים המתקבלים27. אלה נקראים "לוחות עם מליטה עצמית".

באותו תאום בורג extruder ועל קומפקטיות רבה יותר, אפשר גם להוסיף ברציפות קלסר חיצוני לסיבים מזוקקים בעבר בפרופורציות משתנות. זה מקטין את זמן הייצור ואת העלות, כמו גם את הממדים של יחידת ההכנה premix. התהליך הכולל של טיפול מקדים של הסיבים והכנת premix ולכן הוא התעצם מאוד לפני סיבים חם לחיצה. התוספת של קלסר אקסוגני גם תורמת לשיפור משמעותי במאפייני השימוש של החומרים המתקבלים. תהליך חדשני זה הוא, אם כן, תכליתי במיוחד כפי שהוא יכול להיות מותאם ביומסות ליגנוקלוסיות שונות קלסרים טבעיים שונים.

בעתיד, יש לנצל עוד יותר את יכולת הערבוב המצוינת של כלי הבורג התאום. לדוגמה, זה יכול לשמש כדי להשלים את premix של תוספים פונקציונליים שונים, למשל, סוכני הידרופובינג כדי לשפר את עמידות במים של סיבים, סוכנים נגד פטריות, מעכבי אש, צבעים, וכו ', כדי לספק פרמיקס פונקציונלי מלא מוכן לתהליך היציקת הסופי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

ללא

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Analogue durometer Bareiss HP Shore Device used for determining the Shore D surface hardness of fiberboards
Ash furnace Nabetherm Controller B 180 Furnace used for the mineral content determinations
Belt dryer Clextral Evolum 600 Belt dryer used for the continuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Cold extraction unit FOSS FT 121 Fibertec Cold extractor used for determining the fiber content inside solid materials
Densitometer MA.TEC Densi-Tap IG/4 Device used for determining apparent and tapped densities of extrudates once dried
Double-helix mixer Electra MH 400 Mixer used for preparing the solid mixture made of the raw shives and the plasticized linseed cake for producing board number 12
Fiber morphology analyzer Techpap MorFi Compact Analyzer used for determining the morphological characteristics of extrusion-refined shives
Gravimetric belt feeder Coperion K-Tron SWB-300-N Feeder used for the quantification of the oleaginous flax shives
Gravimetric screw feeder Coperion K-Tron K-ML-KT20 Feeder used for the quantification of the plasticized linseed cake
Hammer mill Electra BC P Crusher used for the grinding of granules made of plasticized linseed cake
Heated hydraulic press Pinette Emidecau Industries PEI 400-t Hydraulic press used for molding the fiberboards through hot pressing
Hot extraction unit FOSS FT 122 Fibertec Hot extractor used for determining the water-soluble and fiber contents inside solid materials
Image analysis software National Institutes of Health ImageJ Software used for determining the morphological characteristics of raw shives
Oleaginous flax straw Ovalie Innovation N/A Raw material supplied for the experimental work
Piston pump Clextral DKM Super MD-PP-63 Pump used for the water quantification and injection
Scanner Toshiba e-Studio 257 Scanner used for taking an image of raw shives in gray level
Side feeder Clextral E36 Feeder used to force the introduction of the plasticized linseed cake inside the barrel (at the level of module 5) for configuration (b)
Thermogravimetric analyzer Shimadzu TGA-50 Analyzer used for conducting the thermogravimetric analysis of the solids being processed
Twin-screw extruder Clextral Evolum HT 53 Co-rotating and co-penetrating pilot scale twin-screw extruder having a 36D total length (D is the screw diameter, i.e., 53 mm)
Universal oven Memmert UN30 Oven used for the moisture content determinations
Universal testing machine Instron 33R4204 Testing machine used for determining the bending properties of fiberboards
Ventilated oven France Etuves XL2520 Oven used for the discontinuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Vibrating sieve shaker RITEC RITEC 600 Sieve shaker used for the sieving of the plasticized linseed cake
Vibrating sieve shaker RITEC RITEC 1800 Sieve shaker used for removing short bast fibers entrapped inside the oleaginous flax shives

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Martelli, F. G. Twin-screw extruders: a basic understanding. , Vans Nostrand Reinhold Company. New York. (1983).
  2. Evon, P., Vandenbossche, V., Candy, L., Pontalier, P. Y., Rouilly, A. Twin-screw extrusion: a key technology for the biorefinery. Biomass extrusion and reaction technologies: principles to practices and future potential. American Chemical Society, ACS Symposium Series. 1304 (2), 25-44 (2018).
  3. Vandenbossche, V., Candy, L., Evon, P. h, Rouilly, A., Pontalier, P. Y. Extrusion. Green Food Processing Techniques: Preservation, Transformation and Extraction. 10, Elsevier. 289-314 (2019).
  4. Bouvier, J. M., Campanella, O. H. The Generic Extrusion Process IV: Thermomechanical pretreatment and Solid-Liquid Separation. Extrusion Processing Technology: Food and Non-Food Biomaterials. , Wiley Online Library. 351-392 (2014).
  5. Evon, P., Vandenbossche, V., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Direct extraction of oil from sunflower seeds by twin-screw extruder according to an aqueous extraction process: feasibility study and influence of operating conditions. Industrial Crops and Products. 26 (3), 351-359 (2007).
  6. Evon, P., Vandenbossche, V., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Aqueous extraction of residual oil from sunflower press cake using a twin-screw extruder: feasibility study. Industrial Crops and Products. 29 (2-3), 455-465 (2009).
  7. Evon, P., Amalia Kartika, I., Cerny, M., Rigal, L. Extraction of oil from jatropha seeds using a twin-screw extruder: Feasibility study. Industrial Crops and Products. 47, 33-42 (2013).
  8. Uitterhaegen, E., et al. Extraction of coriander oil using twin-screw extrusion: Feasibility study and potential press cake applications. Journal of the American Oil Chemists' Society. 92 (8), 1219-1233 (2015).
  9. Evon, P., et al. The thermo-mechano-chemical twin-screw reactor, a new perspective for the biorefinery of sunflower whole plant: aqueous extraction of oil and other biopolymers, and production of biodegradable fiberboards from solid raffinate. Oilseeds & fats, Crops and Lipids. 23 (5), 505 (2016).
  10. Uitterhaegen, E., Evon, P. Twin-screw extrusion technology for vegetable oil extraction: a review. Journal of Food Engineering. 212, 190-200 (2017).
  11. N'Diaye, S., Rigal, L. Factors influencing the alkaline extraction of poplar hemicelluloses in a twin-screw reactor: correlation with specific mechanical energy and residence time distribution of the liquid phase. Bioresource Technology. 75 (1), 13-18 (2000).
  12. Prat, L., Guiraud, P., Rigal, L., Gourdon, C. A one dimensional model for the prediction of extraction yields in a two phases modified twin-screw extruder. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 41 (9), 743-751 (2002).
  13. Maréchal, V., Rigal, L. Characterization of by-products of sunflower culture: commercial applications for stalks and heads. Industrial Crops and Products. 10 (3), 185-200 (1999).
  14. Colas, D., Doumeng, C., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Twin-screw extrusion technology, an original solution for the extraction of proteins from alfalfa (Medicago sativa). Food and Bioproducts Processing. 91 (2), 175-182 (2013).
  15. Colas, D., Doumeng, C., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Green crop fractionation by twin-screw extrusion: Influence of the screw profile on alfalfa (Medicago sativa) dehydration and protein extraction. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 72, 1-9 (2013).
  16. Celhay, C., Mathieu, C., Candy, L., Vilarem, G., Rigal, L. Aqueous extraction of polyphenols and antiradicals from wood by-products by a twin-screw extractor: Feasibility study. Comptes Rendus Chimie. 17 (3), 204-211 (2014).
  17. Vandenbossche, V., et al. Suitability assessment of a continuous process combining thermo-mechano-chemical and bio-catalytic action in a single pilot-scale twin-screw extruder for six different biomass sources. Bioresource Technology. 211, 146-153 (2016).
  18. Rouilly, A., Orliac, O., Silvestre, F., Rigal, L. New natural injection-moldable composite material from sunflower oil cake. Bioresource Technology. 97 (4), 553-561 (2006).
  19. Vegetable material from cereal plants and process for making the same. European Patent. Peyrat, E., Rigal, L., Pluquet, V., Gaset, A. , 0989228 (2000).
  20. Chabrat, É, Abdillahi, H., Rouilly, A., Rigal, L. Influence of citric acid and water on thermoplastic wheat flour/poly(lactic acid) blends. I: Thermal, mechanical and morphological properties. Industrial Crops and Products. 37 (1), 238-246 (2012).
  21. Abdillahi, H., Chabrat, É, Rouilly, A., Rigal, L. Influence of citric acid on thermoplastic wheat flour/poly(lactic acid) blends. II. Barrier properties and water vapor sorption isotherms. Industrial Crops and Products. 50, 104-111 (2013).
  22. Gamon, G., Evon, P. h, Rigal, L. Twin-screw extrusion impact on natural fibre morphology and material properties in poly(lactic acid) based biocomposites. Industrial Crops and Products. 46, 173-185 (2013).
  23. Uitterhaegen, E., et al. Performance, durability and recycling of thermoplastic biocomposites reinforced with coriander straw. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 113, 254-263 (2018).
  24. Process for depithing pith containing plants, in particular sorghum. European Patent. Manolas, C., Gaset, A., Jamet, J. P., Rigal, L., N'Diaye, S. , EP 0698681 (1995).
  25. Theng, D., et al. Comparison between two different pretreatment technologies of rice straw fibers prior to fiberboard manufacturing: twin-screw extrusion and digestion plus defibration. Industrial Crops and Products. 107, 184-197 (2017).
  26. Uitterhaegen, E., et al. Impact of a thermomechanical fiber pre-treatment using twin-screw extrusion on the production and properties of renewable binderless coriander fiberboards. International Journal of Molecular Sciences. 18, 1539 (2017).
  27. Evon, P. h, et al. Production of fiberboards from shives collected after continuous fibre mechanical extraction from oleaginous flax. Journal of Natural Fibers. , (2018).
  28. Theng, D., et al. Production of fiberboards from rice straw thermo-mechanical extrudates using thermopressing: influence of fiber morphology, water addition and lignin content. European Journal of Wood and Wood Products. 77 (1), 15-32 (2019).
  29. Simon, V., et al. VOC and carbonyl compound emissions of a fiberboard resulting from a coriander biorefinery: comparison with two commercial wood-based building materials. Environmental Science and Pollution Research. 27, 16121-16133 (2020).
  30. Verdier, T., et al. Using glycerol esters to prevent microbial growth on sunflower-based insulation panels. Construction Materials. , (2020).
  31. Evon, P. h, et al. Low-density insulation blocks and hardboards from amaranth (Amaranthus cruentes) stems, a new perspective for building applications. 3rd Euromaghreb Conference: Sustainability and Bio-based Materials on the road of Bioeconomy. , Rouen, France. (2020).
  32. Labonne, L., Samalens, F., Evon, P. h Sunflower fiberboards: influence of molding conditions on bending properties and water uptake. 5th International Conference on Structural Analysis of Advanced Materials. , Island of Zante (Zakynthos), Greece. (2021).
  33. Van Dam, J. E. G., Van den Oever, M. J. A., Keijsers, E. R. P. Production process for high density high performance binderless boards from whole coconut husk. Industrial Crops and Products. 20 (1), 97-101 (2004).
  34. Salthammer, T., Mentese, S., Marutzky, R. Formaldehyde in the indoor environment. Chemical Reviews. 110 (4), 2536-2572 (2010).
  35. Zhang, D., Zhang, A., Xue, L. A review of preparation of binderless fiberboards and its self-bonding mechanism. Wood Science and Technology. 49, 661-679 (2015).
  36. Felby, C., Pedersen, L. S., Nielsen, B. R. Enhanced auto adhesion of wood fibers using phenol oxidases. Holzforschung. 51, 281-286 (1997).
  37. Felby, C., Hassingboe, J., Lund, M. Pilot-scale production of fiberboards made by laccase oxidized wood fibers: board properties and evidence for cross-linking of lignin. Enzyme and Microbial Technology. 31 (6), 736-741 (2002).
  38. Felby, C., Thygesen, L. G., Sanadi, A., Barsberg, S. Native lignin for bonding of fiber boards: evaluation of bonding mechanisms in boards made from laccase-treated fibers of beech (Fagus sylvatica). Industrial Crops and Products. 20 (2), 181-189 (2004).
  39. Okuda, N., Sato, M. Manufacture and mechanical properties of binderless boards from kenaf core. Journal of Wood Science. 50, 53-61 (2004).
  40. Velásquez, J. A., Ferrando, F., Salvadó, J. Binderless fiberboard from steam exploded miscanthus sinensis: The effect of a grinding process. Holz als Roh- und Werkstoff. 60, 297-302 (2002).
  41. Theng, D., et al. All-lignocellulosic fiberboard from corn biomass and cellulose nanofibers. Industrial Crops and Products. 76, 166-173 (2015).
  42. Migneault, S., et al. Medium-density fiberboard produced using pulp and paper sludge from different pulping processes. Wood and Fiber Science. 42 (3), 292-303 (2010).
  43. Velásquez, J. A., Ferrando, F., Farriol, X., Salvadó, J. Binderless fiberboard from steam exploded miscanthus sinensis. Wood Science and Technology. 37 (3), 269-278 (2003).
  44. Xu, J., Widyorini, R., Yamauchi, H., Kawai, S. Development of binderless fiberboard from kenaf core. Journal of Wood Science. 52 (3), 236-243 (2006).
  45. Quintana, G., Velásquez, J., Betancourt, S., Gañán, P. Binderless fiberboard from steam exploded banana bunch. Industrial Crops and Products. 29 (1), 60-66 (2009).
  46. Mancera, C., El Mansouri, N. E., Vilaseca, F., Ferrando, F., Salvado, J. The effect of lignin as a natural adhesive on the physico-mechanical properties of Vitis vinifera fiberboards. BioResources. 6 (3), 2851-2860 (2011).
  47. Mancera, C., El Mansouri, N. E., Pelach, M. A., Francesc, F., Salvadó, J. Feasibility of incorporating treated lignins in fiberboards made from agricultural waste. Waste Management. 32 (10), 1962-1967 (2012).
  48. ISO. ISO 16895-1:2008, Wood-based panels - Dry-process fibreboard - Part 1: Classifications. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2008).
  49. ISO. ISO 16895-2:2010, Wood-based panels - Dry process fibreboard - Part 2: Requirements. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2010).
  50. ISO. ISO 16893-2:2010, Wood-based panels - Particleboard - Part 2: Requirements. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2010).
  51. Ouagne, P., Barthod-Malat, B., Evon, P. h, Labonne, L., Placet, V. Fibre extraction from oleaginous flax for technical textile applications: influence of pre-processing parameters on fibre extraction yield, size distribution and mechanical properties. Procedia Engineering. 200, 213-220 (2017).
  52. ISO. ISO 5983-1:2005, Animal Feeding Stuffs - Determination of nitrogen content and calculation of crude protein content - Part 1: Kjeldahl method. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2005).
  53. AFNOR. NF EN 312 (2010-11), Particleboards - Specifications. Association Française de Normalisation. , France. (2010).
  54. ISO. ISO 665:2000, Oilseeds - Determination of moisture and volatile matter content. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2000).
  55. ISO. ISO 749:1977, Oilseed residues - Determination of total ash. International Organization for Standardization. , Switzerland. (1977).
  56. Van Soest, P. J., Wine, R. H. Use of detergents in the analysis of fibrous feeds. IV. Determination of plant cell wall constituents. Journal of AOAC International. 50 (1), 50-55 (1967).
  57. Van Soest, P. J., Wine, R. H. Determination of lignin and cellulose in acid detergent fiber with permanganate. Journal of AOAC International. 51 (4), 780-785 (1968).
  58. ISO. ISO 16978:2003, Wood-based panels - Determination of modulus of elasticity in bending and of bending strength. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2003).
  59. ISO. ISO 868:2003, Plastics and ebonite - Determination of indentation hardness by means of a durometer (Shore hardness). International Organization for Standardization. , Switzerland. (2003).
  60. ISO. ISO 16260:2016, Paper and board - Determination of internal bond strength. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2016).
  61. ISO. ISO 16983:2003, Wood-based panels - Determination of swelling in thickness after immersion in water. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2003).

Tags

הנדסה גיליון 167 הבלטת בורג תאומים תרמו-mechano-כימי טרום טיפול זיקוק סיבים יחס גובה-רוחב סיבים תוצרי לוואי של יבול lignocellulose סיבים מתחדשים חיזוק מכני הקשה חמה קלסרים טבעיים סיבים מבוססי ביו מלא
תהליך שחול טווין בורג לייצור סיבים מתחדשים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Evon, P., Labonne, L., Khan, S. U.,… More

Evon, P., Labonne, L., Khan, S. U., Ouagne, P., Pontalier, P. Y., Rouilly, A. Twin-Screw Extrusion Process to Produce Renewable Fiberboards. J. Vis. Exp. (167), e62072, doi:10.3791/62072 (2021).

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