تصنيع وتصميم المواد المركبة عاليه الأداء المستندة إلى الخشب

Marion Frey; Meri Zirkelbach; Clemens Dransfeld; Eric Faude; Etienne Trachsel; Mikael Hannus; Ingo Burgert; Tobias Keplinger

doi:10.3791/60327

Summary

ويمثل الخشب الخالي من المخدرات ماده جديده واعده وخفيفه الوزن وعاليه الأداء والحيوية وذات إمكانات كبيره لاستبدال ألياف الطبيعية المقوية بشكل جزئي أو ألياف الزجاجية المركبة في المستقبل. نحن هنا تقديم اثنين من طرق تصنيع تنوعا وإثبات امكانيه إنشاء أجزاء مركبه معقده.

Abstract

Delignified الخشب منكر هو جديد واعده والمواد المستدامة التي تمتلك القدرة علي استبدال المواد الاصطناعية ، مثل ألياف الزجاجية المركبات المقوية ، وذلك بسبب خصائصه الميكانيكية ممتازة. الخشب delignified ، ومع ذلك ، هو هش نوعا ما في حاله الرطب ، مما يجعل التعامل مع وتشكيل التحدي. هنا نقدم عمليتي تصنيع ، مغلقه العفن التكثيف وفراغ التكثيف ، لإنتاج المركبات السليلوز عاليه الأداء علي أساس الخشب delignified ، بما في ذلك تقييما لمزاياها والقيود. وعلاوة علي ذلك ، نقترح استراتيجيات للكيفية التي يمكن بها أعاده استخدام المركبة أو تفكيكها في دوره نهاية العمر. الانتهاء من العفن المغلق لديه ميزه انه لا توجد حاجه إلى معدات مختبر معقده. ويمكن استخدام المشابك المسمار بسيطه أو الصحافة لتكثيف. نوصي بهذه الطريقة للأجزاء الصغيرة مع هندسي بسيطه وشعاعي كبير من انحناء. فراغ التكثيف في عمليه العفن مفتوحة مناسبه للكائنات الكبيرة والهندسي المعقدة ، بما في ذلك الاشعه الصغيرة من انحناء. بالمقارنة مع عمليه العفن المغلقة ، فان نهج الفراغ المفتوح العفن يحتاج فقط إلى تصنيع تجويف قالب واحد.

Introduction

تطوير ألياف الطبيعية رواية (NF) علي أساس المركبات المجهزة بخصائص ميكانيكيه متفوقة تمثل واحده من المهام الرئيسية في علم المواد ، كما انها يمكن ان تكون بدائل مستدامه للنظم الاصطناعية الحالية مثل ألياف الزجاجية المركبات¹^،²^،³. إلى جانب المركبات التقليدية NF (الكتان ، القنب ، kenaf ، الخ)⁴^،⁵، وقد تلقي التكثيف من الخشب بعد أزاله جزئيه أو كامله من مكونات مصفوفة اهتماما متزايدا في السنوات الاخيره⁶^،⁷^،⁸^،⁹^،¹⁰^،¹¹. الطريق التلفيق من اعلي إلى أسفل ، استنادا إلى التشهير من الخشب السائبة تليها التنوير ، هو العكس من الناحية المفاهيمية لعمليات من أسفل إلى اعلي معقده بدلا من اللب والطين المنتجات القائمة علي¹². في اللب والمنتجات القائمة علي الطين ، لا يتم الاحتفاظ بألياف الخشبية المفيدة المحاذاة كما يتم فصل ألياف في هذه العملية. وعلي النقيض من ذلك ، فان الخشب المحتفظ بالهيكل والذي يتم الحصول عليه في عمليه من اعلي إلى أسفل ، ينقل الهندسة المعمارية المتطورة بألياف السليلوز المحاذية إلى المادة الجديدة. لتحقيق التنوير من الخشب الخالي من الشوائب بدون تشوات محاذاة ألياف ، يجب تطوير طرق معالجه جديده.

يؤدي التكثيف المباشر لعينات الخشب المشبعة بالماء إلى درجه محدوده من التشويش والتشققات وتشوات محاذاة ألياف بسبب المياه الخالية من العينة المبللة المتاصله التي تخلق ضغطا مضادا اثناء التكثيف. وتشمل الحلول الحالية لتجنب فقدان السلامة الهيكلية علي التكثيف استخدام الخشب الخالي جزئيا تليها ارتفاع درجه الحرارة التكثيف⁹ أو قبل التجفيف من الخشب delignified قبل التكثيف⁶. كلا الأسلوبين تعزيز الاتصال بين الخلايا المجاورة ، اما بسبب اللجنان المتبقية التي تعمل كالغراء أو أزاله المياه الحرة بين الخلايا.

في كلتا الحالتين ، يحدث انخفاض القابلية للتشكيل ، مما يحد من تطبيقات التصميم ؛ العينة المطلوبة قبل التكييف يؤدي أيضا إلى فترات معالجه أطول. ولذلك ، فان العملية السريعة والقابلة للتطوير التي تجمع بين التشكيل والتكثيف في خطوه واحده ضرورية.

في هذا الصدد ، ونحن نقدم هنا مفتوحة/مغلقه-العفن ومعالجه فراغ من الخشب delignified كاساليب للجمع بين تشكيل ، والتكثيف ، والتجفيف في نهج بسيط وقابل للتطوير. ويبين الشكل 1 الأجزاء الخشبية المركبة التي تم الحصول عليها باستخدام التقنيات الموصوفة في هذا العمل.

figure-introduction-2586
الشكل 1: أمثله علي الأجزاء المركبة من الخشب غير المجمعة. (ا) لوحه الباب ، (ب) المراه الجانبية ، (ج) مقبض الباب من السيارة ، (د) العظام ، (ه) قطع خوذه مفتوحة ، و (و) غطاء مقياس سرعه الدوران للسيارة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Protocol

1. التشهير من القشرة الخشبية

ملاحظه: يستند هذا البروتوكول التشهير علي أعمالنا السابقة ، التي نشرتها فري وآخرون 2018⁶ و Segmehl وآخرون 2018¹³.

جبل حامل عينه من الفولاذ المقاوم للصدا في صحن التبلور أو في الكاس ووضع شريط تحريك المغناطيسي تحت حامل العينة. كومه القشرة الخشبية علي راس حامل وفصلها عن طريق شبكات معدنيه أو المشارب شبكه معدنيه (الشكل 2ا). هنا ، ونحن نستخدم شعاعي قطع القشرة شجره التنوب مع سماكه 1.5 مم. الأنواع الخشبية ونوع (عرضي ، شعاعي ، القشرة قطع دواره) وكذلك سمك القشرة يمكن ان تكون متنوعة.
اعداد 1:1 حجم الخليط من بيروكسيد الهيدروجين (30 wt ٪) وحمض الخليك الجليدي ويسكب المزيج في طبق التبلور حتى يتم تغطيه القشرة بالبالكامل. استخدام الاطباق الزجاجية (مثل طبق بيتري) للحفاظ علي القشرة في الحل. نقع عينات في الحل في درجه حرارة الغرفة (RT) بين عشيه وضحيها مع التحريك في 150 دوره في الدقيقة.
سخن المحلول إلى 80 درجه مئوية وتشغيل رد الفعل لمده 6 ساعات للحصول علي التشويه الكامل. اضبط وقت الفصل حسب سماكه العينة.
بعد التشهير ، صب محلول التطهير في كوب فارغ واتركه يبرد قبل التخلص منه. شطف برفق القشرة المنزوعة الأيونات عده مرات مع الماء منزوع المتاينه. ثم ، ومواصله غسل القشرة دون أثاره عن طريق ملء طبق تبلور (الكاس) مع الماء منزوع الأيونات. استبدل الماء مرتين في اليوم حتى يتم الوصول إلى قيمه الرقم الهيدروجيني لمياه الغسيل التي تزيد عن 5 مرات (الشكل 2ب).
التعامل مع القشرة الخشب الرطب delignified مع الرعاية ، وسقالة السليلوز هو هش نوعا ما. استخدام شبكه معدنيه كدعم للنقل واللف (الشكل 4).

figure-protocol-1741
الشكل 2: اعداد التشهير. (ا) تبلور طبق مع حامل عينه شبكه معدنيه والقشرة الخشبية مكدسه علي راس صاحب العينة. خطوط شبكه معدنيه منفصلة القشرة الفردية من بعضها البعض. (ب) القشرة المغطية بالماء اثناء عمليه الغسل. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

2. التخزين و "السليلوز prepreg" الإنتاج

النظر في معالجه العينات الخشبية الرطبة delignified في غضون 2-3 أسابيع. بدلا من ذلك ، الحفاظ علي المواد للتخزين علي المدى الطويل في الايثانول (EtOH) أو تجفيف الأوراق بين المعادن تنسجم.
تخزين الجافة ، وصحائف السليلوز المسطحة ("السليلوز prepregs") أدناه 65 ٪ الرطوبة النسبية (RH). أعاده الصفائح في الماء قبل المزيد من التشكيل والمعالجة.

3. التكثيف وتشكيل الخشب الغير المحنط في قوالب مغلقه

استخدام قوالب مغلقه مصنوعة من ماده مفتوحة المساميه (علي سبيل المثال قوالب السيراميك ، وقوالب البوليمر 3D المطبوعة مساميه) لتمكين أزاله المياه وتجفيف كافيه. وينبغي ان تكون احجام المسام اقل من 2 ملم ، وخاصه نحو السطح ، للحصول علي سطح أملس من الجزء المركب النهائي.
حاله الخشب الديجنيفيد في RH المطلوب. لتقوس الانحناء في نطاق سم أو هياكل الطائرة ، واستخدام العينات التي هي مكيفه في 95 ٪ RH في 20 درجه مئوية. لأصغر تقوس الانحناء ، ثني القشرة في الدولة المشبعة بالماء ، قبل الجافة المواد رايات في قالب مفتوح في 95 ٪ RH ، أو قبل الجافة المواد في فرن (65 درجه مئوية) لمده 5-30 دقيقه (يعتمد الوقت علي سمك العينة). يتم اجراء اعتبارات انحناء فيما يتعلق سمك القشرة (هنا 1.5 مم).
Densify المواد في العفن مغلقه اما باستخدام المشابك المسمار أو في الصحافة. أعاده ضبط الضغط إذا لزم الأمر للتعويض عن الانكماش. يمكن ان تكون عمليه التجفيف تسريع عن طريق وضع القالب في فرن في 65 درجه مئوية أو عن طريق زيادة درجه حرارة الصحافة.
ملاحظه: الضغط المنخفض نسبيا في نطاق عدد قليل من ميغاباسكال كافيه لتكثيف الخشب الرطب الغير المجفف. يمكن التحكم في سمك النهائي باستخدام الفواصل مع سمك المستهدفة بين السطوح العفن بدلا من السيطرة علي الضغط.
بعد التجفيف الكامل ، demold الجزء المركب وأعاده استخدام العفن لتشغيل جديد.

4. فراغ تشكيل والتنوير من الخشب delignified في قوالب مفتوحة

استخدام قالب مفتوح مساميه كما هو موضح في 3.1. بدلا من ذلك ، استخدام قوالب غير المساميه مع طبقه مساميه (مثل شبكه ، والمنسوجات ، والتنفس) علي راس العفن أو علي راس الخشب الخالي من المخدرات لتمكين التجفيف (الشكل 3ا).
استخدام طبقه النسيج (مثل قشر رقائق) لحماية العفن من التلوث. ثني القشرة المائية المشبعة بالماء فوق النسيج (الشكل 3ب) وتغطيتها بطبقه نسيجيه ثانيه وشبكه تدفق.
ملاحظه: للحصول علي الانتهاء من سطح أملس ، نوصي باستخدام مساميه المغلقة معالجه العفن. لهذا ، استبدل شبكه تدفق مع الجزء العلوي مساميه من العفن. ومع ذلك ، إذا كان الزخرفة السطحية مع مثل شبكه هو المطلوب ، وعمليه مفتوحة العفن هو بديل جيد.
وضع القالب علي راس لوحه الفولاذ المقاوم للصدا ، وتطبيق ختم الشريط والأنابيب فراغ ، والتفاف العفن (مفتوحة أو مغلقه) مع كيس فراغ. استخدام شبكه تدفق لتمكين تدفق المياه إلى الأنابيب فراغ. اختياريا ، وضع طبقات شبكه اضافيه تحت القالب لتعزيز عمليه التجفيف وتجنب قطرات الضغط فراغ المحلية ، وخاصه بالنسبة للأجزاء أكبر (الشكل 3ج).
تطبيق فراغ لتجفيف والتكثيف في وقت واحد من المركب. لتجفيف المعجل ، ضع الاعداد في فرن في درجه حرارة مرتفعه (علي سبيل المثال 65 درجه مئوية).
ملاحظه: تاكد من استخدام الفخاخ الباردة لتجنب دخول المياه مضخة فراغ. نحن هنا استخدام مضخة النفط في مجموعه ضغط من 10^-2 بار. ومع ذلك ، فمن الممكن أيضا استخدام مضخة غشاء ولكن المقايضات بشان درجه التكثيف قد تحتاج إلى ان تؤخذ في الاعتبار.
بعد التجفيف ، demold المركب الجاف وأعاده استخدام العفن والاعداد فراغ لجزء مركب جديد (الشكل 3D).

figure-protocol-5744
الشكل 3: توضيح تخطيطي لعمليه القوالب المفتوحة. (ا) العفن المساميه مع أصغر المسام نحو السطح. (ب) الخشب المزين باللون الأبيض علي راس القالب المساميه (الرمادي) وطبقه النسيج الاختيارية لحماية العفن (الأخضر). (ج) النسيج ، وشبكه تدفق وحقيبة فراغ وضعت علي راس الخشب delignified. يتم تطبيق الضغط من خلال كيس فراغ ويؤدي إلى التكثيف وتجفيف المواد. (د) المركب النهائي بعد الdemolding. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

5. تصنيع الأجزاء المركبة المغلفة

تصنيع أجزاء سميكه متعددة الطبقات المركبة من قبل تقنيات الإرساء واختيار زاوية اتجاه ألياف من الطبقات (علي سبيل المثال [0 °] ، [0 °/90 درجه] ، [0 °/-45 °/90 °/+ 45 °]_S) كما هو الأمر في التصنيع المركب التقليدي.
ملاحظه: يمكن اختيار عدد الطبقات اعتمادا علي السماكة المستهدفة للجزء الأخير. ومع ذلك ، فان وقت فراغ يعتمد بقوة علي حجم وسماكه الجزء ويتراوح من 2 ساعة (طبقه واحده ، 1.5 مم سميكه) تصل إلى 2 يوما لجزء 8 رقائق.
زيادة الترابط بين الطبقات الخشبية delignified عن طريق تطبيق لاصق بين الطبقات اثناء عمليه اللف. استخدام لاصقه المياه القائمة علي (مثل النشا) الذي يسمح الجمع بين التجفيف وعلاج لاصقه.
ملاحظه: نحن نطبق 0.04 g/cm² من 16.5 wt ٪ حل النشا بين الطبقات. ومع ذلك ، يمكن استخدام المواد اللاصقة الأخرى القائمة علي المياه بدلا من ذلك.
Demold الجزء المركب والانتهاء من الجهاز باليد أو مع الاداات الخشبية القياسية (الشكل 6ه ، و).

6-أعاده استخدام وأعاده تدوير الأجزاء المركبة

ضع المركبات الخشبية غير اللاصقة في الماء حتى يستعيد الجزء قابليه التشكيل. ثم ، اما أعاده تشكيل المواد للحصول علي منتج جديد (انظر فر وآخرون 2019⁷) أو الحد منه إلى قطع صغيره.
أعاده استخدام قطع صغيره من الخشب delignified لخلق منتجات جديده مستوحاه من تقنيات اللب القياسية (مثل صب اللب) وأخيرا السماح للمواد تتحلل بعد نهاية الحياة.

النتائج

التشهير والمناولة من القشرة الخشبية.

ويؤدي التطهير الكامل إلى تخفيض شامل لحوالي 40 في المائة وتخفيض في الحجم بنسبه 20 في المائة بعد التجفيف عند 65% RH⁶. بالاضافه إلى اللينونات ، يتم أزاله جزء من الهيكوليلولسيس أيضا. وينتج عن أزاله هذه المكونات ماده السليلوز الهشة (انظر الشكل 4). باستخدام شبكات معدنيه كما يدعم يخفف المناولة واللف.

figure-results-583
الشكل 4: مناوله الخشب الغير المعالج في الحالة الرطبة. (ا) الحطب الهش في حالته الرطبة. (ب) يتم تخفيف مناوله المواد باستخدام شبكه معدنيه للنقل أو (ج) لثني المواد إلى قالب. (د) الخشب المزين بالقطع الخشبية فوق قالب مطبوع ثلاثي الابعاد يسهل اختراقه. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

التكثيف وتشكيل الخشب الغير المحنط في قوالب مغلقه.

التكثيف من الخشب المشبع بالماء (الشكل 5ا-ج) يطالب ، كما المياه الحرة في سقالة يخلق ضغطا مضادا علي التكثيف ويسمح للمواد لتتدفق اثناء المعالجة. وهذا يسبب انحرافات ألياف والشقوق في المادة النهائية (الشكل 5ب ، ج). امكانيه واحده لتجاوز هذه القيود هو استخدام رطبه مسبقا مكيفه (95 ٪ RH و 20 درجه مئوية) ، والخشب الخالي من المخدرات. في هذه الحالة ، لا يزال الخشب الغير قابل للتجميع بشكل معقول ولا يؤدي إلى تشوات محاذاة ألياف والعيوب.

ومع ذلك ، فان المواد التي كانت مكيفه مسبقا أكثر صلابة مقارنه بالدولة المشبعة بالماء ، مما يجعل من الصعب الحصول علي الانحناء الصغير بدون ضرر مادي. النسبة لأشعه الانحناء الصغيرة ، يمكن استخدام الثني الرطب متبوعا بالتكييف في حاله سابقه التشكيل بالفعل. ومع ذلك ، تكييف هو بدلا مضيعه للوقت ، التالي لا ينصح للتطبيقات واسعه النطاق.

figure-results-2292
الشكل 5: مغلقه-العفن من الخشب الخالي من المخدرات في حاله رطبه ورطبه. (ا) التكثيف من مواد السليلوز المشبعة بالماء يؤدي إلى (B ، C) الشقوق واختلال ألياف. (مد-واو) التكثيف من المواد الرطبة ، مكيفه في 95 ٪ RH النتائج في الحفاظ علي أفضل من محاذاة ألياف واقل العيوب. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

تشكيل فراغ والتكثيف من جزء مغلفه في قالب مفتوح.

علي سبيل القدوة لتشكيل فراغ ، ونحن تصنيع خوذه في قالب الجبس المصنوعة ذاتيا باستخدام عمليه العفن المفتوح (الشكل 6ا ، ب). كما وضع المتابعة ، ونحن رايات 2 طبقات من مسدس-رقائق لتركيب السطح تليها 4 طبقات من القشرة الخشبية delignified في [0 °/90 درجه] وضع المتابعة (الشكل 6ج). الرقائق توفر تصميم سطح جذاب ، في حين ان طبقات أحاديه الابعاد (UD) أضافه قوه وصلابة لمركب. قمنا بتطبيق 16.5 wt ٪ النشا كماده لاصقه بين الطبقات لمنع الفصل¹⁴.

فراغ التكثيف (الشكل 6د) يؤدي إلى التجفيف الكامل للجزء داخل 48 h والتكثيف وصولا إلى سماكه من 3 ملم (1/3^rd من سمك الاولي). بعد معالجه الفراغ ، والجزء المركب هو ديمولديد (الشكل 6ه) وقلصت حواف مع القاطع (الشكل 6و).

وكان الحد الأقصى سمك layup التي يمكن ان تكون منكره والمجففة بالبالكامل مع نهج صب مفتوحة 8-طبقه layup (8 × 1.5 مم القشرة) مع نهاية سمك هذا الجزء من 2.5 مم ، الذي يتوافق مع التنوير وصولا إلى ما يقرب من ربع السماكة الاوليه من الخشب الجاف ، مع الأخذ بعين الاعتبار انكماش طبقه علي التشويه والتجفيف. للحصول علي مثل هذه الدرجات العالية من التكثيف ، هناك حاجه إلى فراغ منخفض في مجموعه من 10^-2 بار.

المركبات الخشبية delignified التي يتم مسخن إلى حوالي ربع سمكها الاولي عاده تحقيق القيم المرنة بلتيير حول 25 GPa وقيم القوه في نطاق 150-180 MPa ، كما هو مبين في عملنا السابق (الجدول 1)⁷.

figure-results-5463

الجدول 1: القيم الادبيه لمعامل الشد المرن وقوه الشد من الخشب الغير القابل للتجريد. ينتج الفراغ يعالج في [دسيوكايشن] نزولا إلى [1/4 ث] من السماكة أوليه, اي يماثل إلى [ففك] من 66%.

figure-results-5847
الشكل 6: تصنيع خوذه بواسطة معالجه العفن المفتوح. (الف ، باء) صب الخوذة الاصليه باستخدام قالب الجبس. (ج) اللف من طبقتين الخارجي مع رقائق مسدس تليها اللف الداخلية 4-الطبقات في [0/90] layup. (د) التكثيف وتجفيف الجزء بالفراغ. (ه) Demolding من الجزء الجاف و (و) الانتهاء باستخدام القاطع. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

الاستفادة من تدفق تنسجم النتائج عاده في شبكه بصمه في العينة. ويمكن اعتبار ذلك اما استراتيجية تصميم متاصله في العملية أو يمكن منعها بوضع طبقه نسيجيه اضافيه أكثر سمكا بين الخشب الخالي من المخدرات وشبكه التدفق.

بدلا من ذلك ، يمكن استخدام قوالب مغلقه مع معالجه فراغ كما هو موضح في بروتوكول الخطوة 4.2. يمكن الحصول علي الزخرفة العادية عن طريق وضع قطع صغيره من القشرة الصغيرة في ترتيب محدد ، كما هو موضح من قبل لمثالنا مع الزخرفة السداسي علي الخوذة.

وتشمل المشاكل التي يمكن ان تنشا اثناء معالجه الفراغ الwarpages في الجزء المركب ، والتي تنتج عن التجفيف غير مكتملة وحدوث الشقوق (الشكل 7). الشقوق تؤدي أساسا إلى الخشب الذي تم تخزينه في EtOH قبل تصنيع مركب. ولذلك ، بعد التخزين EtOH ، نوصي بعناية نقع الخشب الغير المعالج في الماء قبل مزيد من المعالجة. بالاضافه إلى ذلك ، اللف الحذر تليها التكثيف طفيف باليد لأزاله بعض المياه الحرة يقلل من خطر تكسير.

figure-results-7569
الشكل 7: المشاكل المحتملة الناشئة في تصنيع الهندسي المعقدة. (ا) المنظر الخلفي و (ب) المنظر الجانبي للخوذة المصنعة. (جيم ، دال) الشقوق الصغيرة بسبب انكماش المواد اثناء المعالجة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

أعاده استخدام أو تحلل الأجزاء المركبة.

لدينا مركب السليلوز-النشا هو كل القائم علي الحيوية ويمكن ان تتفكك في الماء. من ناحية ، وهيدروفيليسيتي من المواد هو عيب ، لأنه يؤدي إلى انخفاض الأداء الميكانيكي عند ملامسه الماء. وهناك طريقه بسيطه لحماية مركب من المياه السائلة وتشمل الطلاء مسعور ، كما أظهرنا في فر وآخرون 2019⁷. ومن ناحية أخرى ، يمكن ان يكون السلوك المائي للمادة مفيدا أيضا عندما يتعلق الأمر بجوانب الاستخدام وأعاده التدوير في نهاية الحياة. ويمكن ببساطه ان تتحلل العينة في الماء إلى قطع أصغر ويمكن استخدام الطين الليفي أيضا لإنتاج منتجات جديده قائمه علي ألياف كما هو مبين في الشكل 8. وعلاوة علي ذلك ، فان المادة الليفية قابله للتحلل الإحيائي تماما ، كما هو مبين في الشكل 9.

figure-results-8999
الشكل 8: أعاده استخدام ألياف الخشبية الخالية من المخدرات. (ا-ج) الحد من القشرة الخشبية التي تم فصلها إلى قطع صغيره عن طريق تفريق المواد في الماء. (مد-واو) أعاده استخدام الطين ألياف لإنتاج بطانة خوذه. (د) التحبيب من قالب السيليكون مع الطين ألياف. (ه) البطانة النهائية للخوذة. (و) بطانة مصنوعة من الخشب المفكك المتحلل داخل القشرة الصلبة للخوذة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9727
الشكل 9: تدهور ألياف الخشبية التي لم يتم التعرف عليها. (ا) طبق بيتري مليء بالتربة. (ب) وضع الملاط الليفي فوق التربة و (ج) ملئه بالماء. (د) التحلل الإحيائي بعد يوم واحد ، (ه) بعد ثمانيه أيام ، و (و) بعد 26 يوما. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Discussion

نحن نقدم تقنيات تصنيع متعددة الاستخدامات للحصول علي المركبات الخشبية المستندة إلى الخشب عاليه الأداء واقتراح استراتيجيات أعاده الاستعمال وأعاده التدوير المحتملة. مغلقه-العفن تجهيز المتطلبات المسبقة لتكييف المواد ، كما انه لا يمكن معالجتها في حاله المياه المشبعة. الاستفادة من عمليه العفن مغلقه ، ومع ذلك ، يمكن ان يكون طريقه الاختيار وخاصه إذا كان هناك علي سبيل المثال لا يوجد فراغ الاعداد المتاحة أو إذا كان من المرغوب فيه لطيفه (علي نحو سلس) الانتهاء من السطح علي كلا الجانبين.

فتح العفن تجهيز فراغ من الخشب delignified يسمح للجمع بين تشكيل ، والتكثيف ، وتجفيف العينات المشبعة بالماء في نهج بسيط وقابل للتطوير. وهذه التقنية قابله للتطبيق لإنتاج الهندسي المعقدة وتقدم بديلا قابلا للتطوير لعمليات العفن المغلق. لدينا المركبات المصنعة من قبل التراص القشرة الخشب delignified باستخدام النشا كماده لاصقه بين الطبقات. ادي التكثيف وصولا إلى ربع سمك الاوليه في سمك النهائي من 2.5 مم من الجزء 8 طبقه سميكه المركب. للحصول علي الانتهاء من السطح أكثر سلاسة في عمليه الفراغ ، يمكن استخدام قالب مساميه مغلقه يكون بديلا مناسبا.

بالنسبة لكلا طريقتي المعالجة ، نوصي باستخدام نظام لاصق بين الطبقات الخشبية الغير لاصقه من أجل تقليل خطر الفصل. للحصول علي مثال معين ، نختار النشا ، كما هو الغراء القائم علي الحيوية المعروفة للب الورق والمنتجات الورقية ، مثل أكياس الورق ، والمياه القائمة. ستركز الاعمال المستقبلية علي تصنيع شرائح سميكه لحل القيود الحالية من حيث التجفيف وانحرافات تدفق ألياف.

بشكل عام ، وتجهيز فراغ من الخشب delignified لديه القدرة علي إنتاج سهله وسريعة من المركبات ألياف السليلوز واسعه النطاق. بعد معالجه مساله متانة المواد عن طريق تطبيق الطلاء المناسب ، وأنظمه لاصقه مستقره المياه أو التعديل الكيميائي ، قد تشمل التطبيقات الصناعية المحتملة مكونات السيارات مثل لوحات الأبواب ، والأرضيات ، ولوحات المعلومات. يمكن للمواد لدينا استبدال المعادن أو ألياف المركبة المقوية من أجل تقليل الوزن لتحسين كفاءه استهلاك الوقود وتحسين قابليه أعاده التدوير.

Disclosures

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgements

ويشكر المؤلفان سيلفان غانتينبين للطباعة ثلاثية الابعاد من القوالب المساميه.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acetic acid	VWR Chemicals	20104.312
Breather	Suter Kunststoffe AG	923.015
Flow mesh/bleeder	Suter Kunststoffe AG	180.007
Gypsum	Suter Kunststoffe AG	115.3002
Hydrogen peroxide, 30%	VWR Chemicals	23622.298
Oven	Binder GmbH
Press	Imex Technik AG
Seal tape	Suter Kunststoffe AG	31344
Stainless steel mesh	Drawag AG
Starch	Agrana Beteilungs AG
Textile, peel ply	Suter Kunststoffe AG	222.001
Vacuum bag	Suter Kunststoffe AG	215.15
Vacuum bag, elastic	Suter Kunststoffe AG	390.1761	elastic vacuum bag for complex shapes
Vacuum pump	Vacuumbrand
Vacuum tubing	Suter Kunststoffe AG	77008.001
Wood veneers	Bollinger AG

References

Joshi, S. V., Drzal, L. T., Mohanty, A. K., Arora, S. Are natural fiber composites environmentally superior to glass fiber reinforced composites? Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 35 (3), 371-376 (2004).
Mohanty, A. K., Misra, M., Drzal, L. T. Sustainable Bio-Composites from Renewable Resources: Opportunities and Challenges in the Green Materials World. Journal of Polymers and the Environment. 10 (1), 19-26 (2002).
Mohanty, A. K., Vivekanandhan, S., Pin, J. M., Misra, M. Composites from renewable and sustainable resources: Challenges and innovations. Science. 362 (6414), 536-542 (2018).
Pickering, K. L., Efendy, M. G. A., Le, T. M. A review of recent developments in natural fibre composites and their mechanical performance. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 83, 98-112 (2016).
Woigk, W., et al. Interface properties and their effect on the mechanical performance of flax fibre thermoplastic composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 122, 8-17 (2019).
Frey, M., et al. Delignified and Densified Cellulose Bulk Materials with Excellent Tensile Properties for Sustainable Engineering. ACS Applied Materials & Interfaces. 10 (5), 5030-5037 (2018).
Frey, M., et al. Tunable Wood by Reversible Interlocking and Bioinspired Mechanical Gradients. Advanced Science. 6, 1802190(2019).
Yano, H., Hirose, A., Collins, P., Yazaki, Y. Effects of the removal of matrix substances as a pretreatment in the production of high strength resin impregnated wood based materials. Journal of Materials Science Letters. 20 (12), 1125-1126 (2001).
Song, J., et al. Processing bulk natural wood into a high-performance structural material. Nature. 554 (7691), 224(2018).
Shams, M. I., Yano, H., Endou, K. Compressive deformation of wood impregnated with low molecular weight phenol formaldehyde (PF) resin I: effects of pressing pressure and pressure holding. Journal of Wood Science. 50 (4), 337-342 (2004).
Yano, H. Potential strength for resin-impregnated compressed wood. Journal of Materials Science Letters. 20 (12), 1127-1129 (2001).
Keplinger, T., Wang, X., Burgert, I. Nanofibrillated cellulose composites and wood derived scaffolds for functional materials. Journal of Materials Chemistry A. 7 (7), 2981-2992 (2019).
Segmehl, J. S., Studer, V., Keplinger, T., Burgert, I. Characterization of Wood Derived Hierarchical Cellulose Scaffolds for Multifunctional Applications. Materials. 11 (4), 517(2018).
Maurer, H. W., Kearney, R. L. Opportunities and challenges for starch in the paper industry. Starch-Stärke. 50 (9), 396-402 (1998).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

153

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: