Композиты из натуральных волокон — это материалы, в которых растительные волокна выполняют функцию армирующего наполнителя в полимерной матрице. В отличие от синтетических армирующих материалов, натуральные волокна обладают рядом уникальных преимуществ:
- Экологичность — биоразлагаемость и возобновляемость сырья;
- Низкая плотность — лёгкость готовых изделий;
- Доступная стоимость — экономическая эффективность;
- Хорошие механические свойства — высокий модуль упругости;
- Безопасность — отсутствие вредных выделений при переработке и эксплуатации.
В качестве армирующих компонентов мы используем различные типы натуральных волокон: древесная мука, фибриллированные целлюлозные волокна, волокна технических культур и другие растительные волокна.
Виды натуральных волокон в наших разработках
Лигноцеллюлозные волокна
Ключевой тип армирующего наполнителя в наших разработках — лигноцеллюлозные волокна, получаемые из древесины лиственных и хвойных пород. Благодаря содержанию лигнина и целлюлозы эти волокна обеспечивают хорошую совместимость с полимерным связующим и высокие прочностные характеристики.
Основные источники:
- Берёза, осина, дуб (лиственные породы);
- Ель, сосна (хвойные породы);
- Отходы деревообработки (опилки, стружка, шлифовальная пыль).
Целлюлозосодержащие волокна
Мы работаем с целлюлозосодержащими волокнами, прошедшими дополнительную обработку для повышения чистоты и однородности. Такие волокна имеют более высокую степень фибрилляции, что улучшает их армирующие свойства и позволяет создавать композиты с повышенными механическими характеристиками.
Особенности целлюлозосодержащих волокон:
- Высокая чистота (минимальное содержание лигнина);
- Улучшенная совместимость с полимерными системами;
- Стабильность свойств от партии к партии.
Фибриллированные волокна
Для создания высокопрочных композитов мы используем фибриллированные волокна — тонкие разветвлённые волокна с развитой удельной поверхностью. Такие волокна создают более плотную армирующую сетку в связующем, значительно повышая прочность и жёсткость материала.
Применение: конструкционные изделия, элементы с повышенными требованиями к прочности.
Волокна растительного происхождения
Помимо древесных волокон, мы разрабатываем композиты на основе других волокон растительного происхождения:
- Льняные волокна — высокие удельные прочностные характеристики;
- Пеньковые волокна — низкая плотность и хорошие демпфирующие свойства;
- Джутовые волокна — доступная стоимость;
- Кенаф и рами — для специализированных применений.
Ключевая технологическая задача: совместимость волокна и связующего
Одной из главных проблем при создании композитов из натуральных волокон является различие в природе компонентов: гидрофильные (полярные) растительные волокна и гидрофобные (неполярные) полимеры. Разница в поверхностной энергии приводит к низкой адгезии, что негативно сказывается на механических свойствах композита. Мы решаем эту задачу комплексно.
Модификация поверхности волокна:
- Физическая обработка (термическая, механическая);
- Химическая модификация — обработка силирующими агентами, ацетилирование;
- Биологическая обработка — ферментативная модификация.
Использование компатибилизаторов:
- Привитые сополимеры (малеинизированный полиэтилен/полипропилен);
- Поверхностно-активные вещества;
- Связующие агенты — силаны, титанаты.
Оптимизация технологических режимов:
- Температурные профили при экструзии;
- Скорость сдвига и время смешивания;
- Режимы сушки волокна перед переработкой.
Правильное решение этих задач обеспечивает равномерное распределение волокна в связующем и высокие эксплуатационные характеристики композита.
Технологии переработки композитов с натуральными волокнами
Разработанные нами рецептуры адаптируются под различные методы переработки композиционных материалов:
Экструзия
Основной метод получения профильных изделий из композитов на основе натуральных волокон. Мы разрабатываем рецептуры, оптимизированные для одношнековых и двухшнековых экструдеров, с учётом различных температурных профилей и степеней наполнения (до 70% по массе).
Литьё под давлением (инжекционное формование)
Метод позволяет получать изделия сложной геометрии с высокой точностью размеров. Для литья под давлением требуются композиции с хорошей текучестью и управляемой усадкой. Мы учитываем оптимальную длину волокна для сохранения армирующего эффекта и реологические характеристики расплава.
Выдувное формование
Для производства полых изделий мы разрабатываем композиции с контролируемой реологией, обеспечивающей равномерное раздувание заготовки без разрушения армирующей структуры.