Was sind Naturfaserverbundwerkstoffe? Grundlagen, Anwendungen und zukünftige Potenziale

Übersicht

1. Einführung

2. Naturfaser-Polymer-Verbundwerkstoffe

3. Naturfasern

4. Polymere:Duroplaste und Thermoplaste

5. Grundeigenschaften

6. Parameter, die NFPCs beeinflussen

7. NFPC-Anwendungen

8. Zwangsfunktion zur Übernahme

9. Schlussfolgerung

Einleitung

Es gab schon in den letzten Jahren ein starkes Verbraucherbewusstsein für neue Produkte aus erneuerbaren Quellen. Grünes Marketing, neue Meinungen zu Recycling, sozialer Einfluss und der Wandel kognitiver Werte haben Verbraucher zu umweltfreundlichen Ergebnissen geführt. Konkret werden Verbundwerkstoffe entwickelt und neu konstruiert, um traditionelle Produkte zu verbessern und anzupassen und neue Produkte nachhaltig und verantwortungsvoll einzuführen.

Dieser Artikel untersucht und untersucht die neuesten veröffentlichten Trends im Zusammenhang mit Naturfaser-Polymer-Verbundwerkstoffen und geben Einblicke in Naturfasern, Polymere mit Hervorhebung ihrer Eigenschaften und Anwendungen

Naturfaser-Polymer Verbundwerkstoffe

Naturfaserpolymer Composites (NFPC) sind Verbundwerkstoffe, die aus einer Polymermatrix bestehen, die mit hochfesten Naturfasern eingebettet ist.

Naturfaser in Verbundwerkstoffen

Naturfasern werden von Pflanzen, Tieren und geologischen Prozessen produziert. Sie können als Bestandteil von Verbundwerkstoffen verwendet werden, bei denen die Orientierung der Fasern die Eigenschaften beeinflusst. In der folgenden Tabelle werden einige erfolgreiche Entwicklungen von Naturfasern behandelt und mit E-Glasfasern in der Immobilie verglichen.

Beim Entwerfen von Verbundwerkstoffen Bauteilen ist die Wahl der Bewehrung eine der ersten wichtigen Entscheidungen, die getroffen werden müssen. Bei der Auswahl der richtigen Bewehrung für Ihre Anwendung sollten Sie Naturfasern als sinnvolle Option erst ignorieren, wenn sie aufgrund Ihrer Anforderungen ausgeschlossen werden, da sie Nachhaltigkeit in die Gesamtproduktion bringen. Es gibt jedoch einige wichtige Eigenschaften, die Sie berücksichtigen sollten, bevor Sie eine Entscheidung treffen. In der folgenden Tabelle werden einige Vor- und komparative Nachteile von Naturfasern hervorgehoben.

Polymere:Duroplaste und Thermoplaste

Eine weitere Schlüsselkomponente der NFPCs sind Polymere, die die Naturfasern zusammenhalten. Normalerweise können Polymere für strukturelle Anwendungen in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden, Thermoplaste und Duroplaste.

Molekülstruktur thermoplastischer und duroplastischer Polymere

Die Struktur von thermoplastischen Matrixmaterialien besteht aus ein- oder zweidimensionalen Molekülen, daher neigen diese Polymere dazu, bei einem erhöhten Wärmebereich weicher zu werden und ihre Eigenschaften während des Abkühlens zurückzunehmen.

Andererseits Andererseits können Duroplaste als hochvernetzte Polymere definiert werden, die nur unter Verwendung von Wärme oder unter Verwendung von Wärme und Druck und Lichtbestrahlung gehärtet werden. Diese Struktur verleiht duroplastischen Polymeren gute Eigenschaften wie hohe Flexibilität zum Anpassen der gewünschten ultimativen Eigenschaften, große Festigkeit und Modul.

Thermoplaste sind weit verbreitet für NFPCs verwendet, da sie mehrfach wiederverwendet werden können, während duroplastisches Polymer entweder einen chemischen Prozess durchlaufen oder zur Entsorgung verbrannt werden muss.

Grundlegende Eigenschaften

Die Eigenschaften von Naturfaserverbundwerkstoffe voneinander unterscheiden. Nach früheren Berichten aufgrund unterschiedlicher Faserarten, Quellen und Feuchtigkeitsbedingungen. Die Leistung von NFPCs hängt von Faktoren wie der mechanischen Zusammensetzung, dem Mikrofibrillenwinkel, der Struktur, den Defekten, den Zellabmessungen, den physikalischen Eigenschaften, den chemischen Eigenschaften und der Wechselwirkung einer Faser mit der Matrix ab.

Eigenschaften von Naturfaserverbundwerkstoffen für den Hochbau

Da jedes Produkt auf dem Markt ähnliche Nachteile hat, haben naturfaserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe auch Nachteile. Die Verbindungen zwischen Naturfaser und Polymermatrix sind ein Problem, das aufgrund der Unterscheidung in der chemischen Struktur zwischen diesen beiden Phasen berücksichtigt wird. Es führt zu einer ineffektiven Spannungsübertragung während der Schnittstelle der NFPCs.

Naturfasern enthalten eine aktive Gruppe namens Hydroxylgruppe, die die Fasern hydrophil macht. NFPCs tritt aufgrund der Hydroxylgruppe in Naturfasern eine schwächere Grenzflächenbindung zwischen hydrophilen Naturfasern und hydrophoben Polymermatrizen auf. Es könnte NFPCs mit weichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften produzieren.

Parameter, die NFPCs betreffen

Verschiedene Faktoren können die Eigenschaften und Leistung von NFPCs beeinflussen. Die hydrophile Natur der Naturfaser und die Faserbeladung wirken sich auch auf die Verbundeigenschaften aus. Normalerweise ist eine hohe Faserbeladung erforderlich, um die guten Eigenschaften von NFPCs zu erreichen.

Thermische Zersetzungsbereiche für NFPC-Bestandteile und nachfolgende Auswirkungen auf die Eigenschaften des zusammengesetzten Bestandteils

Beachten Sie im Allgemeinen, dass der Anstieg des Fasergehalts die Zugeigenschaften der Verbundwerkstoffe verbessert. Ein weiterer entscheidender Faktor, der die Eigenschaften und Oberflächenbeschaffenheit der Verbundwerkstoffe maßgeblich beeinflusst, sind die verwendeten Prozessparameter. Um die besten Eigenschaften bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen zu erzielen, sollten geeignete Verfahrenstechniken und Parameter sorgfältig ausgewählt werden. Die chemische Zusammensetzung von Naturfasern beeinflusst auch die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs signifikant, die durch den Anteil an Zellulose, Hemizellulose, Lignin und Wachsen repräsentiert werden.

NFPC-Anwendungen

In diesem Abschnitt , Anwendungen, bei denen Naturfasern bereits im Einsatz sind, wo sie eingesetzt werden können und die Zukunft ihrer Anwendungen in vielen verschiedenen Branchen werden vorgestellt und diskutiert.

Automobilindustrie

Im Automobil Industrie kommen NFPC-Verbundwerkstoffe für Seiten- und Frontverkleidungen von Fahrzeugen in Frage, da sie keine primären Strukturkomponenten sind. Die Kosten und das Gewicht von Fahrzeugen könnten teilweise reduziert werden, wenn NFPC-Verbundwerkstoffe herkömmliche Glasfaserverbundstoffe und Aluminium in diesen Komponenten ersetzen.

Bauindustrie

Naturfaser- Zementverbundstoffe für den Wohnungsbau sind auf Außenanwendungen wie Abstellgleis und Dächer beschränkt. Zusätzliches Schutzbeschichtungsmaterial auf diesen Strukturen ist erforderlich, um Witterungseinflüsse zu vermeiden.

Funktion zur Übernahme erzwingen

Verschiedene Branchen wie B. Automobil, Energie, Bauwesen und Luft- und Raumfahrt, werden von Gesellschaft und Regierungen herausgefordert, umweltverträglichere Produkte herzustellen und ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Vor diesem Hintergrund hat die Europäische Kommission eine „Europäische Richtlinie 2000/53/EG“ verabschiedet, um die Wiederverwendbarkeit von Kraftfahrzeugen auf 85 % im Jahr 2005 für ein Fahrzeug nach Gewicht zu erhöhen. Dieser Prozentsatz wurde bis 2015 auf 95 % erhöht.

Diese Art der Kodifizierung ist ein wesentlicher treibender Faktor bei der Einführung von Naturfaserverbundwerkstoffen. Naturfasern sind eine attraktive Option für die Industrie, um in diesem Szenario sozioökonomische und ökologische Herausforderungen zu meistern.

Anwendungen für Naturfaserverbundwerkstoffe

Darüber hinaus würde die Verwendung von Naturfasern Beschäftigungsmöglichkeiten in ländlichen und weniger entwickelten Gebieten schaffen und somit dazu beitragen, die realisierbaren Entwicklungsziele der Vereinten Nationen zu erreichen, nämlich Armutsminderung, Schaffung einer umfassenden und nachhaltigen Industrialisierung und Förderung von Innovation, Schaffung nachhaltiger Städte und Gemeinden , und verantwortungsvolle Produktion und Konsum. Daher werden Naturfasern eine entscheidende Rolle bei der sozioökonomischen Entwicklung unserer Gesellschaft spielen.

Schlussfolgerung

Mögliche Anwendungen von NFPC

Ungeachtet der Tatsache, dass viele Faktoren die Verwendung von Naturfasern als Verstärkung in polymerbasierten Verbundwerkstoffen beeinflussen, sind die Erneuerbarkeit und die Kostenwettbewerbsfähigkeit von Naturfasern nach wie vor für alle Wirtschaftszweige attraktiv, um Möglichkeiten zu erkunden, traditionelle Materialien durch Naturfasern zu ersetzen. Der Wert der Forschung in diese Richtung ist enorm, da viele Probleme noch nicht gelöst sind. Es besteht kein Zweifel, dass die Konstruktion von NFK-Verbundwerkstoffen und die geeignete Wahl ihres Herstellungsverfahrens ihnen helfen werden, in Zukunft zu einem der dominierenden Strukturmaterialien in der Maschinenbauindustrie zu werden.

Quellen

[1] Eigenschaften von Naturfaserverbundwerkstoffen für Hochbauanwendungen

[2] Naturfaserverbundwerkstoffe und ihre Anwendungen:Ein Rückblick

Über Addcomposites

Kompositen hinzufügen ist der Anbieter des Automated Fiber Placement (AFP)-Systems. Das AFP-System kann monatlich gemietet werden, um mit Duroplasten, Thermoplasten, Trockenfaserplatzierung oder in Kombination mit 3D-Druckern zu arbeiten.