تبلیغات
اصفهان کامپوزیت - الیاف طبیعی كارآمد
 
اصفهان کامپوزیت
متنوع ترین، باکیفیت ترین و ارزانترین محصولات کامپوزیتی را از ما بخواهید.


الیاف طبیعی كارآمد

بكارگیری الیاف طبیعی برای تقویت پلیمرها، امری متداول است. با توجه به توسعه و در دسترس بودن گونه هایی از پلیمرهای با منشاء طبیعی (biopolymer)، هم اكنون ساخت كامپوزیت های طبیعی (biocomposites) نیز امكان پذیر شده است. ساخت این مواد از مواد اولیه تجدیدشدنی، برجای گذاشتن اثرات زیست محیطی كمتر و قابلیت تبدیل به كود گیاهی (compost) در پایان عمر كاری خود، برخی از برتری های این مواد محسوب میشوند. برتری دیگر این مواد، قابلیت ذخیره كربن در قطعات ساخته شده از آنهاست.

كاربران بالقوه الیاف طبیعی در صنعت كامپوزیت، اغلب از ویژگی های مكانیكی این مواد و از پراكندگی و قابلیت بازآفرینی این ویژگی ها و همچنین میزان دسترسی و بهای این مواد شگفت زده میشوند. غیرمنطقی نیست كه به دنبال گیاهی ایده آل هستند كه الیافی با بهترین تركیب ویژگی ها را فراهم كند. باید توجه داشت كه در بین گونه های مختلف الیاف طبیعی، آنهایی كه بهترین ویژگی ها را دارند نقشی سازه ای در طبیعت ایفا می كنند.

 

ساختار الیاف طبیعی

الیاف گیاهی مشابه مواد كامپوزیتی هستند. این مواد با تارچه های سلولزی (fibril) تقویت میشوند. این تارچه ها با زاویه ای موسوم به زاویه میكروفیبریلار (microfibrillar) به صورت مارپیچی جهت یافته اند. در مواد كامپوزیتی، معمولاً ویژگیهای كشسانی و شكستی ماده تابعی از میزان تقویت كننده و جهت گیری الیاف است. به طور مشابه، در الیاف گیاهی نیز ویژگیهای فیزیكی عمدتاً با تركیب فیزیكی و شیمیایی، ساختار، میزان سلولز، زاویه میكروفیبریلار، سطح مقطع و درجه پلیمریزاسیون تعیین میشوند. به طور خلاصه، برای مقدار مشخصی از سلولز، هرچه زاویه میكروفیبریلار كوچكتر باشد الیاف قویتر و سفت تر خواهند بود و هرچه زاویه میكروفیبریلار بزرگتر باشد الیاف درصد افزایش طول بیشتری در شكست خواهند داشت.  فیبریل های سلولزی در جهت زنجیره درشت ملكول خود دارای مدول یانگی برابر 138 گیگاپاسكال (سلولز I) و استحكام كششی تقریبی 8/17 گیگا اسكال هستند. بالاترین مدول یانگ الیاف گیاهی با میزان سلولز بالا و زاویه میكروفیبریلار كوچك كه فاقد هرگونه عیب و نقص است حدود 128 گیگیپاسكال تخمین زده میشود. زاویه میكروفیبریلار الیاف كتان 11 درجه و در الیاف رامی (عضوی از خانواده گزنه) این زاویه حدود 3 درجه است.

نگاهی دقیق تر به دیواره سلولهای گیاهی نشان میدهد كه ساختار این الیاف از یك دیواره اولیه و یك دیواره ثانویه تشكیل شده است كه دیواره ثانویه خود سه لایه S3,S2,S1 دارد. لایه S2 ضخیم ترین لایه است و رفتار الیاف را در كل تعیین می كند. باتوجه به این ساختار، این ماده به شدت ناهمسانگرد است.

اطلاعات بیشتر را در ادامه مطلب ملاحظه فرمایید.

مقایسه ویژگی های كششی

جدول 1 مقایسه ای دارد از ویژگیهای كششی الیاف گیاهی گوناگون (اندازه گیری شده بر روی تك رشته های كنف هندی، سیسال، كنف و كتان)، الیاف سلولزی بازآفرینی شده (ویسكوز و لایوسل) و الیاف شیشه (شایع ترین تقویت كننده مورد استفاده برای مواد كامپوزیتی). ویژگی های مكانیكی الیاف به دست آمده از هر گیاه، تابعی از عوامل بسیار است.

جدول شماره 1

این عوامل عبارتند از تنوع (به عنوان مثال 300 گونه كتان وجود دارد)، شرایط رشد (خاك، درجه حرارت، میزان آب و افتاب رسیده به گیاه، روشهای كشاورزی و...)، رسیدگی گیاه هنگام درو، روشهای استخراج الیاف (خیس كردن یا نكردن، خرمن كوبی و...)، درصد رطوبت جذب شده و روش مشخصه سازی مكانیكی. بنابراین باید از قضاوت شتاب زده درمورد اینكه "ایا الیاف به دست آمده از یك گیاه، جالب توجه هستند یا خیر؟" خودداری كرد. در حال حاضر الیاف گزنه برای صنعت در دسترس نیستند. با این وجود، مطالعه آنها هنوز مورد توجه است. این گیاه به خوبی با شرایط آب و هوایی اروپا تطابق پیدا می كند و الیاف آن ویژگی های مكانیكی خوبی دارند. همانگونه كه در جدول 1 مشاهده میشود:

- سفتی كششی الیاف كتان هرمس (Hermes) و الیاف گزنه از سفتی الیاف شیشه بالاتر است.

- چگالی الیاف طبیعی (5/1 ~d) كمتر از چگالی الیاف شیشه (54/2 = d) است. وقتی وزن قطعه به عنوان معیار انتخاب مطرح میشود خواص مكانیكی ویژه ماده (σ/d , E/d) با هم مقایسه میشوند. (جدول 2)

- الیاف طبیعی معرفی شده نسبت به الیاف شیشه، دارای سفتی ویژه بالاتر و استحكام ویژه برابری هستند.

 

جدول شماره 2

راه حل ارائه شده بوسیله تعدادی از پژوهشگران، به كارگیری الیاف سلولزی مصنوعی همانند ویسكوز و لایوسل برای تقویت مواد كامپوزیتی است. این الیاف، رشته های پیوسته ای هستند كه ویژگیهای مكانیكی آنها تجدیدناپذیرند.باید توجه كرد این ویژگیهای مكانیكی هنوز كاملاً قابل دستیابی نیستند.

ویژگیهای الیاف طبیعی پراكندگی گسترده ای دارند كه باید مورد توجه قرار گیرد. نكات قابل توجه در این زمینه عبارتند از:

- سایر تقویت كننده ها (شیشه، كربن و...) نیز همانند اغلب مواد دارای ویژگیهای مكانیكی به شدت پراكنده ای هستند.

- این پراكنش میتواند با كنترل مجموعه ای از عوامل (گونه ها، تنوع، شرایط رشد، روش های استخراج و...) كاهش داده شود.

- صنایع نساجی، كاغذ و چوب مدت های طولانی است با موفقیت از مواد اولیه طبیعی برای تولید محصولاتی با كیفیت ثابت استفاده می كنند.

پژوهش های اخیر بر تاثیر محل اخذ الیاف از ساقه (نزدیك ریشه، بخش میانی یا بالایی گیاه) متمركز شده است. شرایطی همانند مقدار آب و نور خورشید جذب شده توسط گیاه یا تغییرات دما در طول روز، با تاثیر روی توسعه سلولی، چرخه رشد گیاه را تغییر می دهند. در آینده میتوان در فرایند استخراج الیاف و مراحل ارتقاء، از این عوامل چشم پوشی كرد.

ویژگی های مكانیكی الیاف ناهمسانگرد به این سه ویژگی كششی محدود نمی شود و رفتار حرارتی مكانیكی ماده در شرایط گوناگون تنش- كرنش نیز باید مورد مطالعه قرار گیرد. به علاوه، در زمینه اتصال زمینه به الیاف، ویژگی های لایه های كامپوزیتی نیز باید مورد پژوهش قرار بگیرند

 





نوع مطلب : 3.2. انواع الیاف، 
برچسب ها : الیاف طبیعی، biopolymer، microfibrillar، میكروفیبریلار، الیاف سلولزی،
لینک های مرتبط :
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.





امکانات جانبی
بانك اهداكنندگان غیر خویشاوند
 
 
بالای صفحه