Многоклеточная структура конопли — идеальное решение для биокомпозитов

Конопляное волокно имеет многоклеточную структуру, которую можно рассматривать как композитный материал с множеством расположенных рядом просветов. Клеточная стенка волокна конопли является многослойной и состоит из так называемой первичной клеточной стенки (первый слой откладывается во время развития клетки) и вторичной стенки, которая состоит из трех слоев. 

Элементарные волокна связаны между собой в средней пластине лигнином (концентрация лигнина составляет около 90%). С другой стороны, максимальная концентрация целлюлозы в слое S2 составляет около 50%. S2 также является самым толстым слоем и, благодаря более высокой концентрации целлюлозы, контролирует свойства волокна. Связь между волокнами ослабляется в результате микробного процесса, называемого вымачиванием. 

Влияние ферментации на механическую прочность волокон

После вымачивания волокна отделяются от стебля механически или вручную. Изучалось влияние условий и продолжительности вымачивания, мерсеризации с NaOH и гидротермальной обработки на свойства растяжения волокон каннабис. Они сообщили, что как мерсеризация, так и гидротермальная обработка изменили морфологию поверхности конопли, улучшив их механические свойства, что могло быть связано с расположением ее микроструктуры. 

Обработка вымачиванием до трех недель не повлияла на прочность волокон конопли на разрыв. Шахзад оценил физико-механические свойства волокон конопли. Он заметил, что термическое разложение составляет около 150 ° C, разложение гемицеллюлозы и пектина происходит при температуре около 260 ° C, а разложение целлюлозы начинается при 360 ° C. 

Более того, было обнаружено, что поперечное сечение волокон марихуаны было многоугольным, а прочность на разрыв одного волокна (средняя ширина волокна 67 ± 26 мкм) составляла 277 ± 191 МПа, а также модуль упругости и деформация до отказ 9,5 ± 5,8 ГПа и 2,3 ± 0,8% соответственно.

Композиты, армированные пеньковым волокном

Когда два или более разных материала объединяются для производства нового материала, они называются композитными материалами. В основном это относится к матричному материалу, армированному волокнами. Механические свойства композитных материалов зависят от дисперсии и распределения арматуры (волокна каннабис), межфазной адгезии между матрицей и арматурой, механических свойств материала, модификации поверхности волокна, размера и ориентации волокна, объемных долей и условий испытаний. 

Волокна марихуаны используются для армирования материалов более 1000 лет. Низкие цены и постоянно растущие характеристики технических и стандартных пластиков привели к возобновлению интереса к волокнам конопли. В настоящее время интерес к композитам из конопляного волокна растет как с точки зрения их промышленного применения, так и с точки зрения фундаментальных исследований, поскольку они могут заменить синтетические волокна в качестве армирующих материалов по более низкой цене и с лучшим экологически безопасным подходом к производству продукции.

Протестировали и сравнили механические свойства сизаля, кенафа, конопли, джута, кокосового волокна и полипропиленовых композитов, армированных стекловолокном. Композиты, армированные волокнами, показали самую высокую прочность на разрыв (52 МПа), тогда как композиты из кокосового волокна показали более высокую ударную вязкость. Было обнаружено, что некоторые специфические свойства композитов из конопляного волокна сопоставимы со свойствами стекловолокна. 

Преимущества композитов из растительных волокон 

Преимущества: низкая плотность, высокая удельная жесткость и прочность. Из возобновляемых источников, поэтому для их производства требуется мало энергии. Стоимость производства натуральных волокон ниже, чем синтетических. Низкая опасность для здоровья в процессе производства. Низкое выделение токсичных паров при нагревании и при сжигании в конце срока службы. Волокна марихуаны менее абразивны для технологического оборудования, чем синтетические волокна. Хорошие термические и акустические свойства.