बंधक के रूप में बैक्टीरियल सेलूलोज़ उपयोग मजबूत प्राकृतिक फाइबर preforms की विनिर्माण

Bioengineering
 

Summary

हम एक papermaking प्रक्रिया का उपयोग कर कठोर और मजबूत कम प्राकृतिक फाइबर preforms निर्माण का एक उपन्यास विधि प्रस्तुत करते हैं. बैक्टीरियल सेलुलोज ढीला फाइबर के लिए बंधक के रूप में एक साथ काम करता है और फाइबर preforms को कठोरता प्रदान करता है. ये preforms सही मायने में हरी श्रेणीबद्ध कंपोजिट निर्माण करने के लिए एक राल के साथ संचार किया जा सकता है.

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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).

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Abstract

कठोर और मजबूत प्राकृतिक फाइबर preforms निर्माण का एक उपन्यास विधि यहाँ प्रस्तुत है. इस विधि ढीला और कम एक प्रकार का पौधा फाइबर बैक्टीरियल सेल्यूलोज युक्त पानी निलंबन में बिखरे हैं जिससे एक papermaking प्रक्रिया पर आधारित है. फाइबर और nanocellulose निलंबन तब (निर्वात या गुरुत्वाकर्षण का प्रयोग करके) फ़िल्टर और गीला फिल्टर केक किसी भी अतिरिक्त पानी बाहर निचोड़ करने के लिए दबाया, एक सुखाने कदम के बाद है. यह एक साथ ढीले प्राकृतिक फाइबर पकड़े, बैक्टीरियल सेलूलोज़ नेटवर्क का hornification में परिणाम होगा.

हमारे विधि विशेष रूप से हाइड्रोफिलिक फाइबर की कठोर और मजबूत preforms के निर्माण के लिए अनुकूल है. इस तरह के रेशों का झरझरा और हाइड्रोफिलिक प्रकृति निलंबन में छितरी बैक्टीरियल सेलुलोज में ड्राइंग, महत्वपूर्ण पानी तेज में यह परिणाम है. बैक्टीरियल सेलुलोज तो एक जीवाणु सेलूलोज कोटिंग बनाने, इन तंतुओं की सतह के खिलाफ फिल्टर किया जायेगा. जब ढीला फाइबर बैक्टीरिया कोशिकाulose निलंबन फ़िल्टर और सूख जाता है, आसन्न बैक्टीरियल सेलुलोज एक नेटवर्क रूपों और एक साथ अन्यथा ढीला फाइबर पकड़ के लिए hornified.

पहिले में बैक्टीरियल सेलुलोज की शुरूआत फाइबर preforms की यांत्रिक गुणों की एक महत्वपूर्ण वृद्धि हुई. यह जीवाणु सेलूलोज नेटवर्क के उच्च कठोरता और शक्ति के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है. इस पहिले के साथ, अक्षय उच्च प्रदर्शन पदानुक्रमित कंपोजिट भी ऐसे राल फिल्म निषेचन (RFI) या रेसिन ट्रांस्फर मोल्डिंग (RTM) के रूप में पारंपरिक समग्र उत्पादन के तरीकों का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता. यहाँ, हम भी राल अर्क सहायता प्रदान की डबल बैग निर्वात का उपयोग कर अक्षय पदानुक्रमित कंपोजिट के निर्माण का वर्णन.

Introduction

तेजी से बढ़ रही तेल की कीमतों और एक टिकाऊ भविष्य के लिए जनता की बढ़ती मांग को फूट पड़ा और हरी सामग्री, विशेष रूप से पॉलिमर और कंपोजिट के अनुसंधान और विकास को पुनर्जीवित किया है. दुर्भाग्य से, हरे या अक्षय पॉलिमर की थर्मामीटरों यांत्रिक प्रदर्शन परंपरागत पेट्रोलियम आधारित पॉलिमर 1 की तुलना में अक्सर अवर है. उदाहरण के लिए, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध polylactide (पीएलए) और polyhydroxybutyrate (पीएचबी) भंगुर होते हैं और कम गर्मी विरूपण तापमान के अधिकारी. आमतौर पर इस्तेमाल किया पेट्रोलियम आधारित इंजीनियरिंग सामग्रियों का प्रदर्शन मैच या और भी अधिक है कि अक्षय सामग्री बनाने का एक ही उपाय है अतीत से सीखने के लिए है; हेनरी फोर्ड अक्षय पॉलिमर के गुणों को बढ़ाने के लिए, यानी एक सुदृढीकरण 2 के साथ bio-based/renewable पॉलिमर के संयोजन, एक समग्र रणनीति का प्रयोग किया. यह अक्सर प्राकृतिक फाइबर क्योंकि उनके कम लागत, कम घनत्व, renewabili के सुदृढीकरण के रूप में आदर्श उम्मीदवार की सेवा का दावा किया हैTy और biodegradability 3. प्राकृतिक फाइबर कंपोजिट सहकर्मी की समीक्षा की वैज्ञानिक प्रकाशनों की संख्या में घातीय वृद्धि (चित्रा 1) 4 से देखा जा सकता है के रूप में 1990 के दशक में एक पुनर्जागरण देखा है. हालांकि, प्राकृतिक फाइबर और सबसे thermoplastics के हाइड्रोफोबिक विशेषताओं की हाइड्रोफिलिक प्रकृति अक्सर अक्सर जिसके परिणामस्वरूप फाइबर प्रबलित बहुलक कंपोजिट गरीब यांत्रिक प्रदर्शन में जो परिणाम गरीब फाइबर मैट्रिक्स आसंजन 5, में परिणाम के लिए दोषी ठहराया है. इस चुनौती का समाधान करने के लिए, कई शोधकर्ताओं ने रासायनिक प्राकृतिक फाइबर 6,7 की सतहों को संशोधित करने का प्रयास किया. ये रासायनिक संशोधनों एसिटिलीकरण 8, silylation 9, 10 ग्राफ्टिंग बहुलक, आइसोसाइनेट उपचार 11,12, maleated युग्मन एजेंट 13-17 का उपयोग करते हैं, और benzoylation 18 में शामिल हैं. इन रासायनिक उपचार प्राकृतिक फाइबर अधिक हाइड्रोफोबिक प्रदान की गई है हालांकि, जिसके परिणामस्वरूप प्राकृतिक फाइबर को मजबूतडी पॉलिमर अभी भी यांत्रिक प्रदर्शन 19 के मामले में देने में विफल रहा. थॉमसन 20 इस विफलता anisotropicity और प्राकृतिक रेशों के विस्तार के उच्च रैखिक थर्मल गुणांक का परिणाम हो सकता है कि धारणा है. इस के अलावा, प्राकृतिक फाइबर भी ऐसी सीमित प्रसंस्करण तापमान 21 बैच को बैच परिवर्तनशीलता 3, इस तरह के ग्लास, Aramid या कार्बन फाइबर और उपयुक्त विनिर्माण प्रक्रियाओं की कमी के रूप में सिंथेटिक फाइबर, की तुलना में कम तन्य शक्ति के रूप में कमियां से ग्रस्त बहुलक कंपोजिट प्रबलित प्राकृतिक रेशों का उत्पादन. इस प्रकार, सुदृढीकरण के रूप में प्राकृतिक रेशों का उपयोग हरे रंग की सामग्री और पेट्रोलियम आधारित पॉलिमर के बीच aforementioned संपत्ति प्रदर्शन अंतर को बंद करने के लिए पर्याप्त नहीं होगा.

Nanocellulose एक उभरती हुई हरी मजबूत एजेंट है. विशेष रूप से, nanocellulose ऐसे भी बैक्टीरियल cellulos के रूप में जाना एसीटोबैक्टर प्रजाति 22 से के रूप में बैक्टीरिया, द्वारा उत्पादितई कारण सेलूलोज क्रिस्टल 24 की उच्च कठोरता और ताकत का शोषण करने की संभावना को हरी सामग्री 23 के डिजाइन के लिए एक दिलचस्प विकल्प के रूप में कार्य करता है. एक एकल सेलूलोज क्रिस्टल की कठोरता एक्स - रे विवर्तन, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी और संख्यात्मक सिमुलेशन 25-27 का उपयोग लगभग 100-160 GPa होने का अनुमान था. इस फाइबर ग्लास हालांकि ज्यादा सघन हैं जो ~ 70 GPa, की तुलना में अधिक है. बैक्टीरियल सेलुलोज (ईसा पूर्व) भी स्वाभाविक नैनो आकार लगभग 50 एनएम और लंबाई 28 में कई micrometers के एक व्यास के साथ है. हम प्राकृतिक फाइबर 5,29,30 की उपस्थिति में एसीटोबैक्टर xylinius संवर्धन द्वारा ईसा पूर्व की परतों के साथ कोट प्राकृतिक (एक प्रकार का पौधा और भांग) फाइबर के लिए एक विधि की सूचना दी. इस PLLA और ईसा पूर्व में लिपटे प्राकृतिक फाइबर 29,31 के बीच सुधार interfacial आसंजन के लिए नेतृत्व किया. इन तंतुओं कोटिंग की प्रक्रिया को सरल करने के लिए, ली एट अल. 31 प्राकृतिक (एक प्रकार का पौधा) fibe कोटिंग की एक विधि विकसितबायोरिएक्टर के उपयोग के बिना रुपये. सूखी एक प्रकार का पौधा फाइबर एक ई.पू. निलंबन में डूब रहे हैं जिससे इस विधि, गारा सूई प्रक्रिया आधारित है. इस विधि में 32 का ही विस्तार ठेठ समग्र संरचना के निर्माण के लिए उपयुक्त एक प्रकार का पौधा फाइबर preforms निर्माण करने के लिए ढीला एक प्रकार का पौधा फाइबर और ई.पू. युक्त पानी निलंबन फिल्टर करने के लिए है.

Protocol

बैक्टीरियल सेलूलोज़ एक प्रकार का पौधा फाइबर निलंबन के 1. तैयारी

  1. 80 डिग्री सेल्सियस पर गीला ई.पू. का वैक्यूम सुखाने रातोंरात (ओ / एन) के बाद ईसा पूर्व के गीला जन, मापने के द्वारा ई.पू. के गीला करने वाली शुष्क जन निर्धारित. एक बार सूखे, ईसा पूर्व के सूखे जन उपाय.
  2. ई.पू. के पूर्व निर्धारित गीला करने वाली शुष्क जन से सूखा ईसा पूर्व की 18 ग्राम तक गीला ई.पू. पतली झिल्ली बराबर की मात्रा को मापने.
  3. तेज कैंची की एक जोड़ी का उपयोग ~ 1-2 सेमी के छोटे टुकड़ों में गीला ई.पू. pellicles काटें. काटने के बाद, कटौती pellicles के जलयोजन के लिए अनुमति देने के लिए पानी का 1 एल में ई.पू. pellicles लेना.
  4. एक ब्लेंडर में कटौती ई.पू. पतली झिल्ली फ़ीड और सम्मिश्रण प्रक्रिया आसानी से जाना जाएगा कि इस तरह के ब्लेंडर में पानी का एक उचित मात्रा में जोड़ें.
  5. 2 मिनट के लिए इन ई.पू. pellicles ब्लेंड.
  6. एक 15 एल कंटेनर में मिश्रित ई.पू. डालो और कुल जल की मात्रा (0.1 (छ / एमएल)% के पानी में एक ई.पू. एकाग्रता को बनाने, संयुक्त राष्ट्र के प्रति बैक्टीरियल सेल्यूलोज का प्रतिशत द्रव्यमान 14 एल है जब तक पानी जोड़नेपानी की यह मात्रा). ई.पू. pellicles सम्मिश्रण के लिए बैचों में ब्लेंडर में खिलाया जा आवश्यकता हो सकती है.
  7. 1-2 सेमी लंबे तंतुओं में ढीला एक प्रकार का पौधा फाइबर (या कम प्राकृतिक रेशों का कोई स्रोत) की 72 ग्राम कट और ई.पू. निलंबन में उन्हें जोड़ने. धीरे ई.पू. निलंबन में एक प्रकार का पौधा फाइबर का एक समरूप फैलाव सुनिश्चित करने के लिए निलंबन हलचल.
  8. इस निलंबन हे / एन में एक प्रकार का पौधा फाइबर लेना

एक प्रकार का पौधा फाइबर पहिले से 2. विनिर्माण

  1. ओपन चादर ढालना और जल निकासी वाल्व बंद करें.
  2. जल स्तर समर्थन तार पहुंचता है जब तक डि पानी के साथ प्रणाली भरें.
  3. चादर ढालना आधार के भीतर केंद्रित समर्थन तार पर एक 100 जाल बनाने धातु के तार, रखें.
  4. बंद और चादर ढालना कड़ी. बनाने तार पानी में डूबे हुए है जब तक अतिरिक्त ताजा पानी जोड़ें.
  5. चादर मोल्ड में तैयार एक प्रकार का पौधा फाइबर ई.पू. निलंबन डालो. धीरे एक प्रकार का पौधा फाइबर homogenously distrib रहे हैं यह सुनिश्चित करने के लिए निलंबन सरगर्मीमोल्ड भर uted.
  6. गठन के तार पर एक प्रकार का पौधा फाइबर और ईसा पूर्व की एक गीला फिल्टर केक के गठन में जो परिणाम होगा, पानी के निकास के लिए नाली वाल्व खुला. तुरंत पानी नालियों के बाद, चादर मोल्ड खोलने और बनाने तार हटा दें.
  7. कागज सोख्ता के एक टुकड़े पर बनाने तार रखें. अतिरिक्त सोख्ता कागजात एक धातु की थाली, जिसके बाद फिल्टर केक के शीर्ष पर रखा जाता है.
  8. चारों ओर फिल्टर केक फ्लिप. गठन के तार अब शीर्ष सामना करना पड़ के साथ, बनाने के तार को हटाने और एक धातु की थाली से पीछा फिल्टर केक के शीर्ष पर सीधे अतिरिक्त सोख्ता कागज, जगह है.
  9. पानी बाहर प्रेस करने के लिए धातु की थाली के शीर्ष पर एक 10 किलो वजन जगह. सोख्ता कागज पूरी तरह भिगो है, जब ताजा सोख्ता कागजात के साथ सोख्ता कागजात की जगह और 10 किलो वजन का एक का उपयोग कर फिर से फिल्टर केक दबाएँ.
  10. सोख्ता कागजात 1 अंतिम समय बदलें और फाइबर पहिले मजबूत करने के लिए एक गर्म प्रेस में 1 टन के अंतिम अहम प्रदर्शन.
  11. अवशिष्ट जल का वाष्पीकरण सहायता करने के लिए 120 डिग्री सेल्सियस तक गर्म प्रेस गरम करें. यह लगभग 4 घंटे लेना चाहिए. कमरे के तापमान (आर टी) को गर्म प्रेस से तापमान में कमी और पहिले से पहले गर्म प्रेस से हटाने के लिए नीचे शांत करने के लिए अनुमति देते हैं.

3. ई.पू.-एक प्रकार का पौधा फाइबर पहिले की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM)

  1. एक 2 × 2 सेमी 2 ई.पू.-एक प्रकार का पौधा फाइबर पहिले कट.
  2. कार्बन टैब का उपयोग SEM ठूंठ पर इस कटौती पहिले रहो.
  3. कोट 1 मिनट के लिए 75 मा परिचालन पर एक करोड़ रुपए धूम coater में नमूना.
  4. छवि 5 केवी का एक बीम का उपयोग कर ऊर्जा में लेंस मोड में क्षेत्र उत्सर्जन बंदूक SEM साथ ई.पू.-एक प्रकार का पौधा फाइबर पहिले.
    नोट: प्रवाहकीय चिपकने का उपयोग SEM ठूंठ पर पहिले gluing के बिना छवि के लिए एक प्रकार का पौधा फाइबर पहिले कोशिश मत करो. ढीला फाइबर SEM कक्ष की निकासी के दौरान दूर चूसा और इलेक्ट्रॉन बंदूक नुकसान हो जाएगा.

वी का उपयोग 4. समग्र विनिर्माणacuum असिस्टेड राल अर्क (VARI)

  1. एक गैर झरझरा PTFE लेपित गिलास रिहाई कपड़े के होते हैं जो टूलींग ओर, के शीर्ष पर पहिले रखें.
  2. एक झरझरा प्रवाह मध्यम द्वारा पीछा भी एक छील प्लाई के रूप में जाना एक झरझरा PTFE लेपित गिलास रिहाई कपड़े,, साथ पहिले कवर. छील प्लाई और प्रवाह मध्यम दोनों पहिले (एक प्रक्रिया योजनाबद्ध के लिए चित्र 2 देखें) कि बड़ा होना चाहिए.
  3. Vari का इरादा राल इनलेट और आउटलेट में ओमेगा ट्यूब स्थिति को निर्धारित किया है. ओमेगा ट्यूब VARI में वितरित करने के लिए राल अर्क के दौरान स्थापित की अनुमति देने के लिए झरझरा प्रवाह मध्यम के शीर्ष पर रखा जाता है कि सुनिश्चित करें. ओमेगा ट्यूब की लंबाई प्रवाह माध्यम के रूप में के रूप में व्यापक होना चाहिए.
  4. सेट अप की परिधि के चारों ओर जगह दबाव संवेदनशील टेप.
    1. दबाव संवेदनशील टेप के कागज समर्थन अभी भी इस बिंदु पर टेप पर छोड़ दिया है कि यह सुनिश्चित करें.
    2. के उद्घाटन में राल फ़ीड और आउटलेट ट्यूब डालेंओमेगा ट्यूब और कवर एक fluoroethylene बहुलक आधारित जीतना फिल्म के साथ की स्थापना की और दबाव संवेदनशील टेप का उपयोग कर इसे सील.
    3. राल फ़ीड ट्यूब सील. सांस कपड़ा के शीर्ष पर राल आउटलेट ट्यूब के दूसरे छोर पर स्थित करें.
  5. सांस कपड़े का एक टुकड़ा द्वारा पीछा फाइबर पहिले है जहां आंतरिक बैग के शीर्ष पर एक धातु की थाली, रखें. धातु प्लेट पहिले के आकार का होना चाहिए.
  6. के माध्यम से बैग वैक्यूम वाल्व होना और सांस कपड़ा के शीर्ष पर वाल्व के नीचे टुकड़ा जगह चाहिए जहां स्थिति को पहचानें.
  7. आंतरिक बैग के आसपास वैक्यूम सीलेंट टेप प्लेस और यह की चोटी पर एक निर्वात जीतना फिल्म जगह है और इसे सील. अतिरिक्त निर्वात जीतना फिल्म pleats बनेगी.
  8. सील पूरा करने के लिए pleat अंदर सीलेंट टेप रखें.
  9. वाल्व के नीचे टुकड़ा है और बैग वैक्यूम वाल्व के माध्यम से पूरा करने के लिए शीर्ष टुकड़ा में पेंच जहां निर्वात जीतना फिल्म पर एक छोटे से 'एक्स' कट. यह importa हैइस एक रिसाव पथ का कारण बन सकता है के रूप में शीर्ष टुकड़ा के तहत निर्वात जीतना फिल्म के wrinkling से बचने के लिए NT.
  10. त्वरित कनेक्ट फिटिंग कनेक्ट और एक निर्वात खींच. इस प्रक्रिया के दौरान, निर्वात जीतना फिल्म चारों ओर चले गए और अतिरिक्त जरूरत है, जहां जगह हो सकती है. वैक्यूम लीक के लिए जाँच करें.
  11. 19. देगास epoxy राल और hardener के मिश्रण के दौरान फंसे सभी हवाई बुलबुले को दूर करने के लिए एक कम दबाव पर राल के लिए 100 का वजन अनुपात में epoxy और hardener मिश्रण से राल तैयार करें.
  12. VARI रिसाव से मुक्त होने के लिए निर्धारित किया जाता है की स्थापना एक बार, ओमेगा ट्यूब से जुड़े टयूबिंग के माध्यम से राल खिलाओ.
  13. राल यह फाइबर पहिले में व्याप्त समय है कि धीरे - धीरे इस तरह तंग आ गया है कि यह सुनिश्चित करें. राल राल आउटलेट ट्यूब से बाहर प्रवाह और कोई हवाई बुलबुले आउटलेट ट्यूब से बाहर आने के लिए मनाया जा सकता है जब तक सांस कपड़े में सोख करने की अनुमति दें.
  14. आउटलेट ट्यूब सील और राल एक के बाद Curi द्वारा पीछा किया, आरटी पर 24 घंटे के लिए इलाज करने की अनुमति16 घंटे के लिए 50 डिग्री सेल्सियस पर कदम एनजी.
    नोट: (1) के इलाज चक्र निर्भर राल है. (2) यह अधिकतम वैक्यूम VARI भीतर हासिल की है कि बहुत महत्वपूर्ण है की स्थापना की और सेट अप के भीतर कोई वैक्यूम रिसाव है. एक गरीब VARI निर्मित कंपोजिट और कंपोजिट भीतर काफी कम फाइबर की मात्रा अंश के भीतर pores में परिणाम होगा (अधिकतम वैक्यूम या एक रिसाव को प्राप्त नहीं) की स्थापना की. (3) epoxy करने वाली hardener अनुपात निर्भर राल है. पूर्व मिश्रण करने के लिए epoxy करने वाली hardener अनुपात के लिए राल के उत्पाद डेटा पत्रक की जाँच करें.

Representative Results

एक ई.पू. बांधने की मशीन के बिना, कम, ढीला एक प्रकार का पौधा फाइबर केवल फाइबर के बीच घर्षण और उलझनों से एक साथ आयोजित की जाती हैं. नतीजतन,. चित्रा 3 3 सूत्री झुकने मोड में लागू एक भार के साथ, बंधक के रूप में ई.पू. के बिना एक प्रकार का पौधा फाइबर पहिले से पता चलता है इस पहिले ढीला है और यह ज्यादा वजन का समर्थन करने में सक्षम नहीं था. पहिले बल्कि ढीली होने के लिए देखा जा सकता है और एक लोड polypropylene कप में पानी जोड़कर लागू किया जाता है, पहिले गंभीर रूप से ध्यान हटाने के लिए शुरू होता है. लागू लोड पानी की 40 ग्राम के बराबर है. 20 भार.% ई.पू. इन छोटी और ढीला एक प्रकार का पौधा फाइबर के लिए बंधक के रूप में इस्तेमाल किया गया था हालांकि, जब एक कठोर फाइबर पहिले निर्मित है. इस पहिले कोई महत्वपूर्ण विक्षेपन (चित्रा 3) के बिना एक पूर्ण polypropylene कप का भार (~ 170 ग्राम) का सामना कर सकते हैं.

एक ठेठ ई.पू.-एक प्रकार का पौधा फाइबर पहिले की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन micrographs चित्रा 4 में दिखाया गया. ई.पू. सतह की कवर करने के लिए देखा जा सकता हैएक प्रकार का पौधा फाइबर. इस आशय की एक प्रकार का पौधा फाइबर (या किसी अन्य प्राकृतिक फाइबर) की हाइड्रोफिलिक प्रकृति की वजह से है. एक प्रकार का पौधा फाइबर की हाइड्रोफिलिक प्रकृति माध्यम में छितरी हुई है कि ईसा पूर्व में ड्राइंग, पानी अवशोषित. ई.पू. प्राकृतिक रेशों का pores से बड़ा है, वे फाइबर में घुसना करने में सक्षम नहीं थे. इसके बजाय, वे एक प्रकार का पौधा फाइबर की सतह के खिलाफ फ़िल्टर और फाइबर सूख रहे थे जब ईसा पूर्व कोटिंग की एक परत के रूप में कर रहे थे.

तनाव के तहत इन फाइबर preforms की यांत्रिक प्रदर्शन तालिका 1 में सारणीबद्ध है. कारण 70% ~ की एक porosity के साथ फाइबर preforms की झरझरा प्रकृति को, पहिले की तन्यता ताकत (प्रति इकाई क्षेत्र लोड) अच्छी तरह से परिभाषित नहीं है. इसलिए, हम तन्य शक्ति और हमारे नमूना की तन्यता सूचकांक (इकाई grammage प्रति तन्य शक्ति) (सामग्री का, हमारे प्रयोग में 15 मिमी है जो इकाई चौड़ाई प्रति नमूना, विफल करने के लिए आवश्यक लोड) सारणीबद्ध. 12.1 केएन · एम -1 की एक तन्य शक्ति और तन्य सूचकांक 20 भार.% ई.पू. बांधने की मशीन के रूप में इस्तेमाल किया गया था और जब 15 एन · एम · जी -1, क्रमशः, मापा गया था. फाइबर पहिले ढीला है लेकिन, जैसा कि साफ एक प्रकार का पौधा फाइबर preforms की तन्यता गुण औसत दर्जे का नहीं थे.

चित्रा महापुरूष:

चित्रा 1
प्राकृतिक फाइबर और कंपोजिट के क्षेत्र में प्रकाशनों के चित्रा 1. संख्या. डेटा क्रमशः 'प्राकृतिक मिथ्या *' और 'समग्र *', के एक कीवर्ड खोज के उपयोग से ज्ञान की वेब से एकत्र किया गया था. अमेरिकी वैज्ञानिक प्रकाशन लिमिटेड से रज़ामंदी के साथ बिस्मार्क एट अल. 4 से प्राप्त

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चित्रा 2. डबल बैग वैक्यूम सहायता प्रदान की राल अर्क के योजनाबद्ध.

चित्रा 3
चित्रा 3. (शीर्ष दो छवियों) के बिना और बंधक के रूप में (नीचे दो तस्वीरें) ई.पू. के साथ एक प्रकार का पौधा फाइबर preforms की कठोरता झुकने में अंतर को दर्शाता हुआ फोटो.

चित्रा 4
.. विभिन्न आवर्धन पर बांधने की मशीन के रूप में ई.पू. का उपयोग कर एक विशिष्ट प्राकृतिक फाइबर पहिले की चित्रा 4 स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन micrographs ऊपर: 100X, मध्यम: 1,000 एक्स और नीचे: 25,000 एक्स, क्रमशः. (क) और (ख) सी निरूपितसाल फाइबर और ई.पू. nanofibrils, क्रमशः.

सामग्री तनन बल (कर्नाटक · एम -1) तन्यता सूचकांक (एन · एम · -1)
साफ एक प्रकार का पौधा पहिले औसत दर्जे का नहीं औसत दर्जे का नहीं
ई.पू.-एक प्रकार का पौधा पहिले 12.1 ± 2.4 15 ± 3

तालिका 1. बंधक के रूप में साथ और ईसा पूर्व के बिना एक प्रकार का पौधा फाइबर preforms की तन्यता गुण,.

Discussion

हम ढीले एक प्रकार का पौधा फाइबर ई.पू. के साथ ही किया जा सकता है कि इस प्रयोग में पता चला है. हालांकि, फाइबर का चुनाव सिर्फ एक प्रकार का पौधा फाइबर तक सीमित नहीं है. सन और सन के रूप में फाइबर, अन्य प्रकार के भी इस्तेमाल किया जा सकता है. इस के अलावा, हम भी लकड़ी कि आटा, पुनर्नवीनीकरण कागज, और लुगदी भंग भी (अभी तक प्रकाशित नहीं परिणाम) एक ई.पू. बांधने की मशीन का उपयोग कर कठोर और मजबूत preforms में ही किया जा सकता पता चला है. कसौटी इस्तेमाल किया फाइबर हाइड्रोफिलिक हो और पानी को अवशोषित चाहिए. Aforementioned के रूप में, फाइबर की हाइड्रोफिलिक प्रकृति माध्यम में छितरी हुई है कि ईसा पूर्व में ड्राइंग, पानी को अवशोषित करेंगे. ई.पू. इन हाइड्रोफिलिक फाइबर की सतह के खिलाफ फ़िल्टर और फाइबर सूख रहे थे जब ईसा पूर्व कोटिंग की एक परत रूपों है. बैक्टीरियल सेलुलोज प्राकृतिक रेशों 5, 29, 30 की उपस्थिति में एसीटोबैक्टर xylinus संवर्धन द्वारा प्राकृतिक रेशों के आसपास जमा किया जा सकता है, whilst इस प्रक्रिया श्रमसाध्य और पुनः हैquires पीएच की तंग नियंत्रण और भंग ऑक्सीजन सामग्री के साथ महंगा बायोरिएक्टर. हमारी सुधार प्रक्रिया, दूसरी ओर, एक papermaking विधि (यानी: एक ई.पू. निलंबन में प्राकृतिक फाइबर dispersing) पर आधारित है और बायोरिएक्टर 31 के लिए कोई जरूरत नहीं है.

बेतरतीब ढंग से गैर बुना (कम और अनियमित उन्मुख) प्राकृतिक फाइबर preforms ढीला ठोस फाइबर 33 के माध्यम से बहुलक फाइबर (आमतौर पर एक पॉलिएस्टर) (अनिवार्य रूप से सिलाई) सुई छिद्रण द्वारा उत्पादित कर रहे हैं उन्मुख कंपोजिट में प्राकृतिक फाइबर, के आवेदन के साथ संबंध है. एक समग्र बनाने के लिए, फाइबर preforms तो एक सांचे में रखा और एक राल के साथ संचार कर रहे हैं. पॉलिमर फाइबर भी (आमतौर पर सन, भांग, या जूट) या एक प्राकृतिक फाइबर निलंबन और निर्वात में छितरी उच्च बहुलक मात्रा अंश (50 वॉल्यूम.%) पर 35 फ़िल्टर की प्राकृतिक रेशों 34 के साथ मिश्रित किया जा सकता है. इस बहुलक फाइबर प्राकृतिक फाइबर चटाई (पहिले) तो बाद में करने के लिए पी बहुलक पिघला करने के लिए गर्म किया जाता हैएक समग्र संरचना roduce. कंपोजिट उत्पादन के उत्तरार्द्ध प्रक्रियाओं matrices के प्रकार उपलब्ध है, इसलिए, preforms बनाने के लिए और करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है (पॉलिमर फाइबर की गिरावट के तापमान की तुलना में कम तापमान पर पिघल जाना चाहिए) आंतरिक रूप से स्केलेबल हैं लेकिन बहुलक फाइबर की पसंद से सीमित कर रहे हैं कंपोजिट बनाने के लिए. हमारे विधि का प्रयोग, ई.पू. एक बांधने की मशीन के रूप में कार्य करता है, न केवल यह भी एक नैनो सुदृढीकरण 32 के रूप में कार्य. Aforementioned के रूप में, एक व्यक्ति ई.पू. nanofiber की यंग मापांक 114 GPa होने का अनुमान था. ईसा पूर्व की एक फाइबर तन्य शक्ति नहीं जाना जाता है जबकि, एक टेम्पो से ऑक्सीकरण लकड़ी और कंचुकित फाइबर की तन्यता ताकत हाल ही में अल्ट्रासोनिक प्रेरित cavitation 36 का उपयोग कर मापा गया है. 0.8-1.5 GPa के बीच की एक तन्य शक्ति इन एकल nanofibers के लिए मापा गया था. इन यांत्रिक गुणों, ईसा पूर्व के बंधन क्षमता के साथ, सही मायने में हरी और बेतरतीब ढंग से उन्मुख कम natur निर्माण करने के लिए एक उत्कृष्ट उम्मीदवार ईसा पूर्व बनायापारंपरिक फाइबर प्रबलित पॉलिमर से अधिक है कि यांत्रिक प्रदर्शन के साथ अल फाइबर प्रबलित, बैक्टीरियल सेलुलोज प्रबलित अक्षय कंपोजिट.

समग्र निर्माण की अवधि में, हमारे पसंदीदा विनिर्माण प्रक्रिया (भी SEEMANN प्रक्रिया 38 के रूप में जाना जाता है) और अधिक परंपरागत एक बैग वैक्यूम सहायता प्रदान की राल अर्क, DBVI विपरीत Waldrop एट अल. 37 द्वारा विकसित की चर्चा की डबल बैग वैक्यूम सहायता प्रदान की राल अर्क (DBVI) है निषेचन प्रक्रिया (देखें चित्र 2) के दौरान दो स्वतंत्र वैक्यूम बैग कार्यरत हैं. SEEMANN प्रक्रिया विनिर्माण कंपोजिट के लिए काम करेंगे, whilst इस प्रक्रिया राल का प्रवाह सामने पीछे वैक्यूम बैग छूट से पीड़ित हो सकता है. जब ऐसा होता है, विश्राम होता है, जहां क्षेत्र मुलायम और स्पंजी लगेगा. वैक्यूम बैग छूट वैक्यूम बैग के कारण कम से कम प्रतिरोध का रास्ता में तरल राल का तरजीही प्रवाह को दूर प्रवाह मध्यम से बढ़ने में परिणाम होगा. टीउसके निर्मित कंपोजिट गैर वर्दी फाइबर की मात्रा भिन्न (यानी आराम क्षेत्र वैक्यूम बैग की गैर आराम क्षेत्र से एक कम फाइबर की मात्रा अंश होगा) के लिए कारण होगा. भीतरी वैक्यूम बैग तरल राल का प्रवाह सामने पीछे आराम कभी नहीं के रूप में DBVI, इस दोष से ग्रस्त नहीं है. नतीजतन, जिसके परिणामस्वरूप संयुक्त पैनल औसत फाइबर की मात्रा अंश और अधिक समान मोटाई की तुलना में अधिक होगा. इसके अलावा, बाहरी वैक्यूम बैग का उपयोग प्रणाली के लिए एक अतिरेक प्रदान करता है और तरल अर्क प्रक्रिया के निर्वात अखंडता को बेहतर बनाता है.

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgements

लेखकों एसआरएस और काम (EP/J013390/1) के वित्तपोषण के लिए एक अनुवर्ती पर फंड के लिए Kyl और ब्रिटेन इंजीनियरिंग और शारीरिक विज्ञान अनुसंधान परिषद (EPSRC) का समर्थन करने के लिए वियना विश्वविद्यालय को धन्यवाद देना चाहूंगा.

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

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References

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