Biokomposit - Biocomposite

Innenteppich einer Autotür aus einem Biokomposit aus Hanffasern und Polyethylen

Ein Biokomposit ist ein Kompositmaterial, das aus einer Matrix ( Harz ) und einer Verstärkung aus Naturfasern besteht . Umweltbedenken und Kosten für synthetische Fasern haben die Grundlage für die Verwendung von Naturfasern als Verstärkung in polymeren Verbundwerkstoffen geschaffen. Die Matrixphase wird durch Polymere gebildet, die aus erneuerbaren und nicht erneuerbaren Ressourcen stammen. Die Matrix ist wichtig, um die Fasern vor Umweltschäden und mechanischen Beschädigungen zu schützen , die Fasern zusammenzuhalten und die Lasten auf sie zu übertragen. Darüber hinaus sind Biofasern die Hauptkomponenten der Biokomposite, die aus biologischen Ursprungs abgeleitet sind, zum Beispiel Fasern aus Getreide ( Baumwolle , Flachs oder Hanf ), Recycling - Holz , Abfallpapier , Gutaufbereitung Nebenprodukte oder regenerierten Cellulosefaser (Viskose / Rayon). Das Interesse an Biokompositen wächst aufgrund seiner großen Vorteile (erneuerbar, billig, recycelbar und biologisch abbaubar ) in Bezug auf industrielle Anwendungen ( Automobile , Eisenbahnwaggons , Luft- und Raumfahrt , militärische Anwendungen, Bauwesen und Verpackung ) und Grundlagenforschung rasant . Biokomposite können allein oder als Ergänzung zu Standardmaterialien wie Kohlefasern verwendet werden. Befürworter von Biokompositen geben an, dass die Verwendung dieser Materialien die Gesundheit und Sicherheit bei ihrer Herstellung verbessert, leichter ist, eine ähnliche optische Attraktivität wie Holz aufweist und der Umwelt überlegen ist.

Eigenschaften

Holzfasern werden zur Herstellung von Biokompositen verwendet

Der Unterschied für diese Klasse von Verbundwerkstoffen besteht darin, dass sie biologisch abbaubar sind und die Umwelt weniger belasten, was für viele Wissenschaftler und Ingenieure ein Anliegen ist, die Umweltauswirkungen der Herstellung eines Verbundwerkstoffs zu minimieren. Sie sind eine erneuerbare Quelle, billig und in bestimmten Fällen vollständig recycelbar. Ein Vorteil von Naturfasern ist ihre geringe Dichte, die neben den geringeren Herstellungskosten zu einer höheren spezifischen Zugfestigkeit und Steifigkeit als Glasfasern führt. Als solche könnten Biokomposite eine tragfähige ökologische Alternative zu Kohlenstoff-, Glas- und Chemiefaserverbundwerkstoffen sein. Naturfasern haben eine hohle Struktur, die gegen Lärm und Hitze isoliert. Es handelt sich um eine Materialklasse, die leicht zu verarbeiten ist und sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen eignet, z. B. für Verpackungen, Gebäude (Dachkonstruktion, Brücke, Fenster, Tür, grüne Küche), Automobile, Luft- und Raumfahrt sowie militärische Anwendungen , Elektronik, Konsumgüter und medizinische Industrie (Prothese, Knochenplatte, kieferorthopädischer Bogendraht, vollständiger Hüftersatz sowie Verbundschrauben und -stifte).

Einstufung

Biocomposites werden in Nicht-Holz - Fasern und unterteilt Holzfasern, von denen alle vorliegenden Cellulose und Lignin . Die Nichtholzfasern (Naturfasern) sind aufgrund ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften für die Industrie attraktiver. Diese Fasern sind auch relativ lange Fasern und weisen einen hohen Cellulosegehalt auf, der eine hohe Zugfestigkeit und einen hohen Grad an Cellulosekristallinität liefert, während Naturfasern einige Nachteile aufweisen, weil sie Hydroxylgruppen (OH) in der Faser aufweisen, die Wassermoleküle anziehen können und somit könnte die Faser anschwellen. Dies führt zu Hohlräumen an der Grenzfläche des Verbundwerkstoffs, die die mechanischen Eigenschaften und den Verlust der Dimensionsstabilität beeinflussen. Die Holzfasern haben diesen Namen, weil fast 60% ihrer Masse Holzelemente sind. Es präsentiert Weichholzfasern (lang und flexibel) und Hartholzfasern (kürzer und steifer) und weist einen geringen Grad an Cellulosekristallinität auf.

Jutefasern gehören zu den am weitesten verbreiteten in der Branche
Klassifizierung von Biokompositen
Biokomposite / Biofasern
Nicht-Holz-Naturfasern Holzfasern
Strohfasern Bast Blatt Samen / Früchte Grasfasern --------------- Recycelt
Beispiele
Reis, Weizen, Maisstroh Kenaf, Flachs, Jute, Hanf Henequen, Sisal, Penneaple Blattfaser Baumwolle, Kokos, Kokosnuss Bambus, Bambusfaser, Schaltergras, Elefantengras Weiches und hartes Holz Zeitung, Magazinfasern

Die Naturfasern werden in Stroh geteilt Fasern , Bast , Blatt , Samen oder Früchte , und Grasfasern. Die in der Industrie am häufigsten verwendeten Fasern sind Flachs , Jute , Hanf , Kenaf , Sisal und Kokos . Die Strohfasern sind in vielen Teilen der Welt zu finden und ein Beispiel für eine kostengünstige Verstärkung von Biokompositen. Die Holzfasern können recycelt oder nicht recycelt werden. Daher werden in der Holzverbundindustrie viele Polymere wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC) verwendet.

Flachsanwendungen

Flachs-Leinen-Verbundwerkstoffe eignen sich gut für Anwendungen, die eine leichtere Alternative zu anderen Materialien suchen, insbesondere für Anwendungen in Fahrzeuginnenraumkomponenten und Sportgeräten. Für den Innenraum von Automobilen hat Composites Evolution Prototypentests für den Land Rover Defender und den Jaguar XF durchgeführt, wobei der Flachsverbund des Defender bei gleicher Steifigkeit 60% leichter als das Gegenstück der Produktion und der Flachsverbund des XF 35% leichter als die Produktionskomponente ist bei gleicher Steifheit

Bei Sportgeräten produzierte Ergon Bikes einen Konzeptsattel, der auf der Eurobike 2012, einer großen Fachmesse für die Fahrradbranche, den ersten Platz unter 439 Einsendungen in der Kategorie Zubehör belegte. VE Paddles hat ein Bootspaddelblatt hergestellt. Flaxland Canoes hat ein Kanu entwickelt, das mit Flachsleinen bezogen ist. Magine Snowboards hat ein Snowboard entwickelt, das Flachsleinen enthält. Samsara Surfboards hat ein Surfbrett aus Flachsleinen hergestellt. Idris Ski's Lynx gewann 2013 einen ISPO Award für den Lynx Ski

Flachs-Leinen-Verbundwerkstoffe eignen sich auch für Anwendungen, bei denen das Aussehen, die Haptik oder der Klang von Holz gewünscht wird, jedoch ohne Anfälligkeit für Verwerfungen. Anwendungen umfassen Möbel und Musikinstrumente. Bei Möbeln entwarf ein Team der Sheffield Hallam University einen Schrank mit vollständig nachhaltigen Materialien, einschließlich Flachsleinen. Bei Musikinstrumenten hat Blackbird Guitars eine Ukulele aus Flachsleinen hergestellt, die eine Reihe von Designpreisen in der Verbundwerkstoffindustrie gewonnen hat, sowie eine Gitarre

Grüne Verbundwerkstoffe

Grüne Verbundwerkstoffe werden als Biokomposit klassifiziert, das aus Naturfasern mit biologisch abbaubaren Harzen kombiniert wird. Sie werden vor allem wegen ihrer abbaubaren und nachhaltigen Eigenschaften als grüne Verbundwerkstoffe bezeichnet, die leicht entsorgt werden können, ohne die Umwelt zu schädigen. Aufgrund ihrer Haltbarkeit werden grüne Verbundwerkstoffe hauptsächlich verwendet, um den Lebenszyklus von Produkten mit kurzer Lebensdauer zu verlängern.

Hybrid-Verbundwerkstoffe

Eine andere Klasse von Biokompositen heißt "Hybrid-Biokompositen", die auf verschiedenen Arten von Fasern in einer einzigen Matrix basieren. Die Fasern können synthetisch oder natürlich sein und können zufällig kombiniert werden, um die Hybridverbundstoffe zu erzeugen. Seine Funktionalität hängt direkt vom Gleichgewicht zwischen den guten und schlechten Eigenschaften jedes einzelnen verwendeten Materials ab. Außerdem kann bei Verwendung eines Verbundwerkstoffs, der zwei weitere Arten von Fasern im Hybridverbundwerkstoff aufweist, eine Faser auf der anderen stehen, wenn sie blockiert ist. Die Eigenschaften dieses Biokomposits hängen direkt von den Fasern ab, die ihren Gehalt, ihre Länge, ihre Anordnung und auch die Bindung an die Matrix zählen. Insbesondere hängt die Festigkeit des Hybridverbundwerkstoffs von der Versagensdehnung der einzelnen Fasern ab.

Hanfanwendungen

Hanffaserverbundwerkstoffe eignen sich gut für Anwendungen, bei denen Gewichtsreduzierung und erhöhte Steifigkeit wichtig sind. Für Konsumgüteranwendungen hat Trifilon eine Reihe von Hanffaser-Biokompositen entwickelt, um herkömmliche Kunststoffe zu ersetzen. Koffer, Kühlboxen, Handytaschen und Kosmetikverpackungen wurden aus Hanffaserverbundwerkstoffen hergestellt.

  • Hanffaserverbundkoffer

  • Hanffaserverbund - Kosmetikverpackung

  • Hanffaserverbund - Handyhülle

wird bearbeitet

Compoundierungsverfahren, Biokompositmaterialien auf Basis von thermoplastischen Polymeren wie Polypropylen und Polyethylen werden durch Compoundieren und Extrudieren verarbeitet.

Bei der Herstellung von Biokompositen werden Techniken verwendet, mit denen Kunststoffe oder Verbundwerkstoffe hergestellt werden. Diese Techniken umfassen:

Verweise

Literaturverzeichnis