Волокно конопли в биокомпозитах: проблемные места и анализ примеров

Коноплеволокно несколько проигрывает по своим свойствам по сравнению с синтетическим волокном, но волокно конопли можно улучшить с помощью химической и физической обработки. Минусом является высокое влагопоглощение, что приводит к набуханию, присутствует размерная нестабильность и меньшая прочность. Высокая изменчивость свойств, таких как условия роста, методы сбора урожая каннабиса и период выращивания. 

Возможности пластиковой матрицы ограничены из-за более низких температур обработки, плохая межфазная адгезия матрица-волокно. Материал с волокном технической марихуаны получается легковоспламеняющийся, чувствительный к ультрафиолетовому излучению, воздействию микробов и грибков. 

Основные проблемы использования растительных волокон

Долговечность является одной из основных проблем, которые необходимо учитывать для композитов, армированных пеньковым волокном, для наружного применения. Погодные условия, такие как влажность, температура и УФ-излучение, отрицательно сказываются на сроке службы композита из конопли. Кроме того, при постоянном напряжении композиты, армированные пеньковым волокном, более уязвимы к ползучести, чем композиты, армированные стекловолокном. 

Эти факторы препятствуют промышленному применению композитных продуктов из растения. Чтобы преодолеть пагубное воздействие погодных условий, свойства композитов из волокон каннабис обычно улучшаются за счет использования связующих агентов, поглотителей УФ-излучения и т. д. Во время производственного процесса.

Термопластические и термореактивные полимерные матрицы

Роль матрицы заключается в защите волокон от окружающей среды и их упаковке в фиксированном порядке, передаче нагрузок на волокна конопли, а также в регулировании формы композита и внешнего вида поверхности. Свойства матрицы также будут определять максимальную рабочую температуру, влаго- и химическую стойкость, а также термическую стабильность. 

Наиболее распространенными матрицами, которые в настоящее время используются в композитах из волокон конопли, являются полимерные, как термопластические, так и термореактивные, поскольку они легкие и могут обрабатываться при низкой температуре. 

Термопластические матрицы 

Как линейные, так и разветвленные полимеры являются термопластичными, что означает, что они могут плавиться, размягчаться и обратимо затвердевать в зависимости от температуры. Натуральные волокна марихуаны обычно имеют более высокий модуль упругости, чем термопласты, поэтому их сочетание может привести к более высокому модулю. Компаундирование расплава и прессование расплава — это методы обработки, которые чаще всего используются для композитов из конопляного волокна. 

Технология смешивания расплава включает одно- или двухшнековый экструдер и внутренний смеситель расплава, которые можно использовать по отдельности или в комбинации. Прессование расплава обычно используется с рыхлыми рублеными волокнами или матами из коротких или длинных волокон. Волокна конопли укладываются попеременно с термопластической матрицей перед приложением давления и тепла. Композиты хорошего качества можно производить, контролируя вязкость, давление, время выдержки и температуру, принимая во внимание как тип волокна, так и матрицу. 

Основные виды термопластичных матриц

Наиболее изученными термопластичными матрицами являются полипропилен (PP), полиэтилен (PE), полистирол (PS) и полимолочная кислота (PLA). Полипропилен чаще всего используется в качестве термопластической матрицы для композитов из натурального волокна из-за его низкой плотности, низкой стоимости, технологичности, прочности на разрыв, а также термостойкости и коррозионной стойкости по сравнению с другими термопластичными матрицами. 

Однако отсутствие межфазной адгезии полипропилена (гидрофобный) с волокнами конопли (гидрофильный) является проблематичным из-за его различной химической структуры, что может привести к неэффективной передаче напряжения между ними.

Связующие агенты и результаты применения

Связывающие агенты, такие как малеинированный полипропилен (MAPP) для полипропилена, использовались для увеличения межфазной связи между волокном и матрицей. Их широкое использование обусловлено экономичностью производства и эффективным взаимодействием ангидрида с гидроксильными группами волокон марихуаны. Влияние малеинированного полипропилена на механические свойства полипропиленовых композитов, армированных пеньковым волокном, было исследовано Mutjé et al. 

Полученные результаты сравнивали с композитами без связующего. Сообщалось, что добавление 4% мас. / Мас. (По отношению к волокну конопли) малеинированного полипропилена в рецептуру с 40 мас.% Волокон конопли повысило прочность на разрыв и прочность на изгиб до 49% и 38% соответственно. Температура плавления полимерной матрицы и температура, ниже которой происходит термическое разложение натуральных волокон, являются основными параметрами, которые необходимо учитывать.