Pluoštinių kanapių materiagysjų biokompozitų gamyba ir savybių tyrimas

Disertacijų ir mokslinių tyrimų kontekste nagrinėjama biokompozitinių plokščių gamyba iš pluoštinių kanapių spalių užpildo bei jų fizikinės-mechaninės savybės, taip pat tirti įvairių priedų poveikiai medžiagos struktūrai, trumpalaikei vandens sugerčiai, degumui ir ilgaamžiškumui.

Kompozitų samprata ir jų taikymas

Kompozitas, tai vienalytė medžiaga, sudaryta iš dviejų ar daugiau visiškai skirtingų medžiagų, kurios yra stipresnės, kai yra sujungtos kartu, nei kai yra atskirai. Žodis „kompozitas“ lotyniškai compositus, reiškia sudėtinis, susidedantis iš keleto elementų. Kompozitinės medžiagos: molis ir šiaudai; betonas ir metalas (armatūra); guma ir metalinė viela (armuota guma); stiklo pluoštu armuotas plastikas - stiklo plastikas; anglies pluoštas ir epoksidinė derva. Populiariausia kompozitinė medžiaga yra stiklo plastikas. Kompozitinių medžiagų privalumai: lengvas, bet labai tvirtas; atsparus korozijai ir cheminiam poveikiui; lengva suteikti norimą formą; ilgaamžis. Gaminiai iš kompozitinių medžiagų įvairovė apima platų vartojimo spektrą: statybinės konstrukcijos, laivai, nameliai ant ratų, įvairūs korpusai, baseinai, sporto inventorius, pramoniniai gaminiai, vėjo jėgainės, aviacija ir kt.

Kompozitinių medžiagų gamybos technologijos

Kompozitinė medžiaga susideda iš armuojančios medžiagos (stiklo, anglies, aramido ar kitokio pluošto audinių) ir rišančios medžiagos (epoksidinės, poliesterinės, vinilesterinės dervos ir kt.). Rišančiosios medžiagos pasirinkimas labai svarbus: laikytis gamintojo nurodymų, išlaikyti technologinius režimus ir conditions. Epoksidinę dervą maišyti su kietikliu būtina tiksliai tokiu santykiu, kaip nurodyta gamintojo. Gamybos įranga dažnai apima gelkouto įrangą, stiklpluošto klojimo įrangą ir pan. Pavyzdžiui, laivų ir jachtų korpusams naudojama stiklo plastika: gel coat sluoksnis, paviršiaus padengimas derva, po to klojami stiklo pluošto lapai, purškiamas mišinis, dengiamas toliau sluoksniais.

Biokompozitų plokščių tyrimai ir jų aktualumas

Naujausių tyrimų tikslas - sukurti biokompozitines plokštes iš pluoštinių kanapių spalių užpildo. Tyrimai apima organinio rišiklio pasirinkimą, biokompozitinių plokščių fizikinės-mechaninės savybės, priedų (hidrofobizatoriaus, anti-pirenų) poveikio medžiagai tyrimą, trumpalaikės vandens sugerčios bei degimo charakteristikų įvertinimą. Pluoštinių kanapių spalių panaudojimas leidžia efektyviai panaudoti stiebo atliekas, mažinant iškastinių išteklių poreikį ir aplinkos poveikį.“ Disertacijos darbe aptariama trijų skyrių turinys: literatūros analizė, analizuojama naudotų medžiagų ir gamybos technologijų duomenys, o taip pat tyrimų rezultatai apie pluoštinių kanapių spalių užpildo frakcijų įtaką savybėms.

Medžiagos ir eksperimento technika

Aprašyta, kaip parenkamos pluoštinių kanapių spalių frakcijos, kaip skirstomos jų tankio ir vandens sugeriamumo charakteristikos. Tyrimų tikslas - suprasti, kaip skirtingos frakcijos ir rišiklio kiekis keičia biokompozito plokščių fizikinę ir mechaninę elgseną. Taip pat tyrimai apima hidrofobizuojančių ir degumą mažinančių priedų poveikį medžiagos struktūrai bei fizikiniams-parametams. Tokie tyrimai taip pat atskleidžia, kaip pluošto atskyrimo proceso pabaigoje gauta žaliava veikia galutinį plokštės modulį ir tamprumę.

Etiniai, aplinkos ir technologiniai aspektai

Palyginti su įprastais iškastiniais ištekliais, kanapių biokompozitai pasižymi tvarumu: jie gali būti degalinami ir perdirbami, o jų gamyboje reikalingas energijos kiekis dažnai mažesnis. Atsižvelgiant į klimato kaitos tikslus, vis daugiau tyrimų akcentuoja ekologiškumo, tvarumo ir antrinio panaudojimo sprendimus, įtraukti į statybų ir pramonės sektorį. Be to, įvairiose srityse įtraukiami nauji biopolimerai, tokie kaip bio-skaidūs, fosilinių šaltinių mažiau priklausomi kompozitai, įskaitant bioskaidas medžiagas ir mycelium-based composites kaip galimą ateities sprendimą.

Aplinkosauga, ekonomika ir praktiniai taikymo pavyzdžiai Lietuvoje

Skaitmeniniuose pranešimuose teigiama, kad Lietuvoje auginti pluoštiniai kanapės gali transformuoti regionų ekonomiką, įtraukiant stiebus, lapus, žiedynus, žiedadulkes į perdirbimą. Lietuvoje Lietuvoje vyksta diskusijos dėl teisės normų, leidžiančių viso augalo perdirbimą, o tai gali atverti daug naujų galimybių. Pasaulio mastu kanapių produktai skirstomi į maistą, biokurą, statybines medžiagas, tekstilę, biokompozitus ir kt., o jų gamyba išaugo „auksiniu amžiumi“.

Konkrečios taikymo sritys

• Biokuras: kanapių pluoštai yra efektyvi žaliava, iš kurios gaminamas celiuliozės etanolis, pasižymintis mažesniu anglies pėdsaku nei kukurūzų pagrindu pagaminti produktai; vienas hektaras sugeria apie 10 t CO2.
• Tekstilė: kanapių pluoštas tvarus, žymiai mažiau suvartojamas vanduo nei medvilnė; naudojami siūlai, audiniai, rankšluosčiai, užuolaidos, drabužiai.
• Medžiagos statybose: plokštės, izoliacinės medžiagos, cemento ir kalkių mišiniai; kanapių substratas gali suteikti stiprumą, atsparumą ugniai ir pelėsiams, gera izoliacija.
• Kroviniai ir baldai: kanapės perdirbamos į medienos alternatyvas ir apdailos elementus.
• Automobilių pramonė: biokompozitai iš kanapių gali būti naudojami komponentuose, siekiant sumažinti svorį ir pagerinti degimo efektyvumą; didelis pluošto stiprumo ir svorio santykis, žemesnė kaina nei metalas ar plastikas.

Daugialypė literatūra ir duomenys

Literatūroje minimos šaltiniai apima tyrimus apie ekologiškumą, ciklų analizę, pluoštinių kanapių ir kitų biopolimerų savybes. Tyrimai rodo mycelium-based composites potencialą akustinei izoliacijai, galimybę gaminti plokštes iš agro-pramoninių atliekų, taip pat įrodytos kanapių pluošto savybės. Be to, paminėta, kad pluoštinės kanapės auga sparčiau nei medžiai, ir jų stiebai atsinaujina per kelias mėnesius, todėl jos yra patrauklios atsargų ir tvarumo kontekste. Kauno kolegijoje vystomi bioskaidus kompozitai - grybiena + mediena - tyrimai rodo aiškius pokyčius tamprumo modulio ir slopinimo koeficiento srityse, priklausomai nuo struktūros ir medienos dalių išdėstymo.

Santrauka ir išvados

Biokompozitų plokštės iš pluoštinių kanapių spalių užpildo turi potencialą būti pažangiomis, lengvomis, tvariomis ir mechaniniu požiūriu patvariomis alternatyvomis tradicinėms medžiagoms. Tyrimai atskleidžia, kad skirtingų frakcijų užpildo bei rišiklių santykiai lemia modulį, tamprumę, vandens sugeriamumą, degumo savybių pokyčius ir hidroizoliacines charakteristikas. Lietuvoje augančių kanapių pluoštų šalinimo ir perdirbimo sprendimai atveria galimybes regionams prisidėti prie tvarios gamybos ir ekonomikos augimo, o moksliniai tyrimai padeda nustatyti optimalias sudėtis ir technologijas plokščių gamybai.

Pagal eksperimentinius duomenis galima teigti, kad optimalus biokompozitinės plokštės sudėtis bus nustatomas atsižvelgiant į pluoštinių kanapių spalių frakcijų tankį ir rišiklio santykį, o hidrofobizuojantys ir degimą mažinantys priedai gali pagerinti ilgaamžiškumą ir saugumą.

tags: #pluostiniu #medziagu #bio #kompozitu #gamyba #ir