Возможности термореактивных матриц на конопляной основе

Естественное разложение волокон конопли происходит при 260 ° C в гемицеллюлозах и при 360 ° C в целлюлозе. Когда волокна подвергаются нагреву, физические и / или химические структурные изменения включают деполимеризацию, гидролиз, окисление, дегидратацию, декарбоксилирование и перекристаллизацию. Полиэтилен и полипропилен плавятся ниже 200 ° C; поэтому оба полимера могут использоваться в качестве матриц для волокон каннабис. 

Перспективы растительных компонентов

Зеленые композиты (композиты на 100% биологической основе), такие как полимолочная кислота (PLA), становятся многообещающей термопластичной биополимерной матрицей. PLA обладает исключительными качествами, такими как хорошая прозрачность, глянцевый внешний вид и высокая ударопрочность. Однако PLA имеет некоторые ограничения, которые связаны с присущей ему хрупкостью и плохой вязкостью, а также с низкой вязкостью расплава, высокой ценой и природой разложения, если рассматривать приложения с длительным сроком службы.

Высокая цена сырья из конопли делает PLA недоступным даже для крупносерийного производства. Например, хотя PLA имеет более высокую прочность, чем PP, его цена очень высока. PLA как минимум в 1,5 раза дороже полипропилена. 

Термореактивные матрицы 

Термореактивные матрицы представляют собой сшитые полимеры и становятся постоянно твердыми в результате реакции со вторым компонентом, который известен как отвердитель или отвердитель. Термореактивные материалы используются в передовых композитных приложениях, таких как аэрокосмическая технология, изоляционные материалы и строительная промышленность из-за их высоких механических свойств, стабильности размеров и химической стойкости. 

Виниловые эфиры, эпоксидные смолы, полиимиды и фенолы являются некоторыми примерами термореактивных композитных матриц. Обычными примерами отвердителей являются многофункциональные амины, ангидриды и кислоты [60]. Полиэстер и эпоксидная смола — самые прочные армированные термореактивные материалы для натуральных волокон. Температуры обработки (от 25 ° C до более 100 ° C) ниже температуры разложения волокон конопли (которая начинается примерно со 150 ° C). 

Преимущества термореактивных материалов 

Следовательно, преимущества термореактивных материалов перед термопластами заключаются в обработке при более низкой температуре, предотвращении термомеханической деградации и в большем количестве натуральных волокон марихуаны, которые могут быть добавлены в матрицу композита. Однако эффективная переработка термореактивных материалов по-прежнему является проблемой, и термопласты также обладают преимуществом, заключающимся в большей гибкости конструкции. 

Литье с переносом смолы, листовая формовочная смесь, пултрузия, литье с переносом смолы в вакууме и ручная укладка являются наиболее распространенными методами обработки термореактивных композитов. Вакуумные методы используются для производства термореактивных композитов для высокотехнологичных приложений из каннабис. Преимущества вакуумных методов следующие: (1) ламинаты с высоким содержанием волокна, (2) меньшее содержание пустот и (3) улучшенное смачивание волокна под действием давления.

Ученые производили полиэфирные композиты, армированные пеньковым волокном, с использованием литьевого формования смолы (RTM). Они получили детали хорошего качества с высокими характеристиками изгиба. Тем не менее, ударная вязкость этих материалов оказалась довольно низкой, чтобы конкурировать со стекловолокном в конструкционных приложениях. 

Вторичная переработка термопластов и термореактивных полимерных матриц

Вторичная переработка конопли становится все более важной. Основным преимуществом термопластов перед термореактивными пластиками является возможность повторного использования материала. Термопласты можно нагреть выше температуры плавления и преобразовать в новую форму. 

Термореактивные композиты могут быть переработаны тремя способами: 

(1) химическая переработка относится к процессам, таким как пиролиз, при котором материал нагревается в бескислородной среде с получением одного или нескольких извлекаемых веществ, (2) при рециркуляции частиц термореактивный композит (волокна марихуаны) механически измельчается в частицы для использования в качестве наполнителя в новых пластиковых или композитных материалах в качестве замены карбоната кальция или талька, и (3) рециркуляция энергии означает возможность сжигания материала для восстановления энергии из его органической части. 

Потенциал термопластичных композитов

Подобно термореактивным композитам, термопластичные композиты на конопле также могут быть переработаны химическими или энергетическими методами, как описано выше. Кроме того, термопластичные композиты также могут быть переработаны путем измельчения с последующей переработкой с помощью ряда методов, таких как литье под давлением]. 

Волокна конопли являются возобновляемыми и могут сжигаться в конце срока службы материала. С точки зрения экологических характеристик механическая переработка предпочтительнее термической переработки композитов, армированных натуральным волокном. 

Проблемы, связанные с термической деградацией во время переработки марихуаны, могут значительно снизить экологические характеристики композитов из натурального волокна. Исследования по оценке жизненного цикла показывают, что преимущество натуральных волокон перед стекловолокном в основном связано с их малым весом, а не с возможностью вторичной переработки.