Модификации поверхности конопляных волокон

Комбинация как гидрофильных, так и гидрофобных материалов при обработке композита приводит к плохой межфазной адгезии между матрицей и волокном конопли, что приводит к неэффективной передаче напряжения между матрицей и волокном и потере конечных свойств композитных материалов. 

Химическая и физическая обработка может улучшить межфазное соединение матрицы и волокна за счет изменения полярности поверхности и увеличения шероховатости волокна, что обеспечивает лучшую смачиваемость волокон каннабис в матрице. 

Основа современных исследований: виды обработки

В литературе больше исследований сосредоточено на химических обработках, чем на физических подходах с улучшениями. Химическая обработка конопли включает модификацию гидроксильных и карбонильных групп волокна, введение других взаимодействующих групп, которые эффективно сцепляются с полимерной матрицей на границе раздела. 

Химическая обработка марихуаны включает обработку щелочью, ацетилом, силаном, бензилом, акрилом, перманганатом, пероксидом, изоцианатом, титанатом, цирконатом и акрилонитриловыми волокнами, тогда как физические обработки включают коронный разряд, холодную плазму, ультрафиолет (УФ), и термообработка электронным излучением. Щелочная обработка, также известная как мерсеризация, является одним из наиболее часто используемых химических методов обработки натуральных волокон. KOH, LiOH или NaOH обычно используются в процессе мерсеризации.

Щелочная обработка удаляет химические составляющие волокна каннабис, такие как гемицеллюлоза, лигнин и пектин, что увеличивает топографию шероховатости поверхности волокна, а также модифицирует структуру целлюлозы за счет увеличения ее кристалличности. В различных исследованиях щелочной обработки сообщалось об улучшении прочности волокон марихуаны на межфазный сдвиг, термической стабильности и снижении поглощения влаги, а также об улучшении конечных свойств композитов, таких как прочность на разрыв и ударная вязкость, модуль упругости и вязкость разрушения.

Прочность, упругость и сопротивляемость нагрузкам

Наблюдались улучшения прочности на разрыв и модуля упругости, снижения содержания лигнина и пектина, а также более высокую термическую стабильность волокон конопли, обработанных раствором 5 мас.% NaOH / 2 мас.% NA2SO3. Кроме того, индекс кристалличности увеличился на 4,4% по сравнению с необработанными волокнами. 

Считается, что увеличение индекса кристалличности связано с удалением лигнина и пектина, что позволило улучшить упаковку цепей целлюлозы]. Свойства необработанных и обработанных щелочью композитов из полиэфира, армированного гибридным волокном конопли и углеродным волокном, были исследованы. Было обнаружено, что механические свойства обработанных щелочью гибридных полиэфирных композитов, армированных пенькой и углеродным волокном, превосходны, а также обладают долговременной влагостойкостью по сравнению с необработанными волокнами. 

Однако при высоких концентрациях NaOH наблюдалось снижение термического сопротивления и снижение прочности волокон марихуаны, которые были приписаны разложению целлюлозы. Продемонстрировали, что обработка щелочью и силаном, применяемая к композитам PLA, армированным конопляными волокнами, улучшает прочность на разрыв и ударные свойства по Шарпи в результате лучшей смачиваемости волокон в матрице и повышенного индекса кристалличности матрицы. Sullins et al. [54] изучали влияние 5% масс. 

Особенности MAPP (малеинированный полипропилен) 

5% и 10% конопляного волокна, обработанного NaOH, и 5% NaOH + 5% масс. MAPP на механические свойства полипропиленовых композитов, армированных конопляным волокном, с 15% масс. мас.% и 30 мас.% волокна каннабис. Было обнаружено, что обработка поверхности привела к получению композитов с лучшими механическими свойствами по сравнению с композитами без какой-либо обработки, а композиты с 5 мас.% MAPP показали лучшие механические свойства. Физические методы, такие как плазменные разряды, были всесторонне рассмотрены и изучены.

Заключение: потенциал плазменной обработки

Плазменный разряд может создаваться обработкой волокна конопли коронным разрядом или обработкой холодной плазмой. Отличительной чертой двух категорий плазмы является частота электрического разряда. Высокочастотная холодная плазма может быть получена с помощью микроволновой энергии, тогда как разряд переменного тока более низкой частоты при атмосферном давлении создает коронную плазму.

Плазменная обработка может привести к изменению характеристик поверхности волокна, как химических, так и механических, а также к увеличению полярности, шероховатости поверхности и стабильности размеров волокон конопли. Плазменная обработка является привлекательным методом и имеет много преимуществ по сравнению с химической обработкой, таких как простота, низкое энергопотребление, короткое время обработки и низкая стоимость, а также не требует воды или каких-либо потенциально опасных химикатов.