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標(biāo)題: 利用天然竹子纖維制成的復(fù)合材料 [打印本頁(yè)]

作者: 寂靜天花板 時(shí)間: 2016-9-8 20:16
標(biāo)題: 利用天然竹子纖維制成的復(fù)合材料

Transmare公司(www.transmare.nl) 位于荷蘭魯爾蒙德，該公司生產(chǎn)有附加值的顆粒料。其出廠的顆粒在全球范圍內(nèi)，經(jīng)熱成型機(jī)、擠壓機(jī)和注塑機(jī)，生產(chǎn)出新的產(chǎn)品。
“我是一名化學(xué)工程師，最初是工藝工程師”。負(fù)責(zé)魯爾蒙德工廠所有商業(yè)活動(dòng)的銷售經(jīng)理Robin Beishuizen說(shuō)。他在Transmare公司工作了16年：“我致力于塑料，而且酷愛(ài)各種材料。在Transmare公司，我們?cè)噲D在一個(gè)復(fù)合步驟盡可能多地附加更多的價(jià)值。例如：抗紫外線劑、抗氧劑、偶聯(lián)劑和顏料”。這樣生產(chǎn)的材料在離開(kāi)Transmare 工廠時(shí)已經(jīng)具備了最終產(chǎn)品所需的所有性能。
Transmare公司的加工工藝之一是合成橡膠的改性，也就是混入橡膠復(fù)合物，以提高材料的抗沖強(qiáng)度。“這是用于在寒冷氣候或高沖擊條件下使用的產(chǎn)品”。Beishuizen說(shuō)，“各種各樣的包裝，比如防震木箱和盒子，以及保險(xiǎn)杠和汽車側(cè)板、自行車、摩托車和其他交通工具。在這些交通工具中塑料的使用比例一直在增加”。
Transmare公司不使用增塑劑。“在另一家工廠，我們習(xí)慣使用復(fù)合聚氯乙烯”。Beishuizen解釋道：“在那兒我們確實(shí)必須使用增塑劑。但這已經(jīng)成為歷史了。我們現(xiàn)在視應(yīng)用和情況而定，只使用高品質(zhì)、更適合回收的橡膠。而且有時(shí)我們會(huì)加入一些具有增塑作用的油類。但在魯爾蒙德我們不使用任何化學(xué)增塑劑”。
有趣的是，不使用增塑劑并不是出于環(huán)境方面的考慮，而是由于技術(shù)方面的考慮。“我們只是不加工任何需要使用增塑劑的配方”。Beishuizen說(shuō)：“所以這不是刻意的決定。但現(xiàn)在我們知道了不使用增塑劑有環(huán)境方面的考慮，我們會(huì)盡量不使用它們。對(duì)于某些應(yīng)用而言，它們可能是必不可少的，但只是在魯爾蒙德，我們生產(chǎn)的產(chǎn)品，不需要使用增塑劑”。
Transmare公司的其他加工工藝包括加入填料和增強(qiáng)材料：“我們最多可以添加40%的玻璃纖維增強(qiáng)材料或無(wú)機(jī)填料”。Beishuizen說(shuō)，“而且我們還可以使用天然纖維增強(qiáng)材料：主要是在線擠壓的短的流動(dòng)性好的竹纖維。較長(zhǎng)的纖維，如大麻或亞麻也是有可能的”。
竹子
“我們使用天然纖維已經(jīng)約有十五年了，使用竹子大約有十年”。Beishuizen說(shuō)，“我可以老實(shí)地說(shuō)，除了人的頭發(fā)，我們已經(jīng)嘗試過(guò)了你可以找到的幾乎所有的天然纖維。這么做可以接觸到遠(yuǎn)超出石油工業(yè)之外的人。而且有趣的是，使用竹子這種材料，只需要有一點(diǎn)點(diǎn)陽(yáng)光和雨露，它可以每年都能長(zhǎng)回來(lái)。
Transmare公司不是沒(méi)完沒(méi)了地講理論，正如 Beishuizen所說(shuō)：“我們有擠壓機(jī)、側(cè)面進(jìn)料機(jī)和計(jì)重給料機(jī)。所以我們只需要運(yùn)作所有材料，并評(píng)估出結(jié)果。你不能簡(jiǎn)單地說(shuō)一個(gè)材料是好還是壞。許多天然纖維會(huì)帶給復(fù)合材料很好的性能：一些可以帶給它們美麗的顏色；一些可以使它們很容易地加料；還有就是對(duì)高溫加工的耐焦性。我們把天然纖維都試過(guò)了。最終我們選擇了竹子，因?yàn)樗哂形覀冋J(rèn)為重要的所有性質(zhì)中的整體性能。竹子可以大量獲取，也不是很貴，它在各大洲瘋狂生長(zhǎng)——當(dāng)然是不同類型的竹子，但它們的性質(zhì)都或多或少都相同——不使用農(nóng)藥，不需要砍掉樹(shù)木，每個(gè)砍斷的竹稈都會(huì)生長(zhǎng)的比你砍之前更快。這種加工對(duì)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是可靠的，對(duì)運(yùn)輸機(jī)、注塑機(jī)和熱成型機(jī)來(lái)說(shuō)也是。而且一般竹子也被認(rèn)為是正面的。其未來(lái)前景非常好”。

竹子在歐洲還沒(méi)有真正的歷史呢。它只是作為花園里的外來(lái)雜草。亞麻、大麻、劍麻和粗麻布——這些都是享譽(yù)歐洲的纖維。“例如在荷蘭東印度公司時(shí)代，只使用天然纖維”。Beishuizen說(shuō)，“然后塑料行業(yè)發(fā)展起來(lái)了，在短短的幾年內(nèi)天然纖維全都退出了市場(chǎng)。它們已經(jīng)被尼龍、PET、PE、PP等取代。另一方面，在南美和亞洲，有很豐富的使用竹子的經(jīng)驗(yàn)。還有些纖維具有更好的性能，但通常價(jià)格昂貴或者不能大量獲取。加工好的纖維所使用竹子的成本是每噸600歐元左右”。
所以竹子的定價(jià)在玻璃纖維（其是每噸1000歐元左右）和滑石粉之間（每噸250-500歐元，視其類型和白度情況而定）。
竹纖維經(jīng)Transmare 公司制備，盡可能接近原料。這意味著，竹子在多個(gè)步驟被分割、干燥、研磨、分類、篩選，并且包裝成不同大小。看起來(lái)像是不同份的鋸末。最好的是粉末，最粗的是針狀的纖維，幾乎像火柴棒。然后將這些材料運(yùn)到魯爾蒙德進(jìn)行復(fù)合。

竹纖維可以與像PE、PP、PS這樣的聚合物基質(zhì)，以及像PLA 和淀粉這樣的生物塑料很好的復(fù)合。但聚合物要求的加工溫度遠(yuǎn)高于200℃，竹子中某些糖類開(kāi)始變成焦化，導(dǎo)致纖維的一些降解：它們會(huì)變得更黑，而且開(kāi)始聞起來(lái)像烤焦的蛋糕。所以最好不要與尼龍、聚碳酸酯和ABS 一起使用。Beishuizen 說(shuō)：“氣味最終會(huì)消失，但大批量生產(chǎn)這些氣味很停留很久。注塑機(jī)經(jīng)受不住在運(yùn)輸前通風(fēng)幾個(gè)星期。但如果在低于200℃的溫度下加工竹子，就不會(huì)有氣味問(wèn)題。雖然它仍然會(huì)聞起來(lái)有點(diǎn)像餅干廠，但這種氣味不會(huì)令人不愉快，幾天內(nèi)就會(huì)消失。如果在注射成型后立即包裝，就會(huì)將味道封住。在打開(kāi)后三天，餅干味就沒(méi)有了”。

這是一種自然的氣味，但消費(fèi)者們已經(jīng)習(xí)慣了無(wú)菌環(huán)境，因此不清楚他們是否可以接受新車內(nèi)略微帶有餅干味。不過(guò)如果車內(nèi)有真皮座椅，消費(fèi)者們?nèi)匀幌矚g其典型的自然氣味。因此，也許一些營(yíng)銷經(jīng)理和工業(yè)設(shè)計(jì)師可以想出消費(fèi)者們贊賞略微帶有餅干味的情境。

竹子的幾乎所有屬性都介于玻璃纖維和像滑石粉這樣的填料的屬性之間：抗拉強(qiáng)度、抗沖強(qiáng)度、價(jià)格……硬度更接近于滑石粉，而熱偏轉(zhuǎn)更像玻璃纖維。
因此，如果工程師正在尋找一種介于滑石粉和玻璃纖維性能之間的材料，竹子正好能滿足這一需求。“是的，考慮到應(yīng)用，它不需要是透明的”。Beishuizen說(shuō)，“而且假設(shè)你需要15%的玻璃纖維以達(dá)到一定的楊氏模量或者抗沖強(qiáng)度。那么你可以使用30%左右的竹纖維以達(dá)到相同的性能。而且竹纖維比滑石粉和玻璃纖維更輕。因此，如果單看強(qiáng)度的話，玻璃纖維會(huì)更好一些，但如果考慮重量的因素，情況就不同了。在某些情況下，如果在重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)在背面多加入一些羅紋，使用30%的竹子與使用30%的玻璃纖維所達(dá)到的強(qiáng)度通常是一樣的”。
竹子的密度是0.7 g/cm3：僅約為玻璃纖維和滑石粉密度的四分之一。但在擠壓機(jī)中，在高壓和高溫下復(fù)合，會(huì)產(chǎn)生體積收縮，因?yàn)椴糠志酆衔锉粔喝胫褡又小Ｋ裕诩庸み^(guò)程會(huì)中喪失一些密度優(yōu)勢(shì)。Beishuizen說(shuō)：“最終，每個(gè)天然纖維的主要成分是纖維素，密度為2.8 g/cm3，與玻璃纖維大致相同。如果考慮到竹纖維，產(chǎn)品有多輕取決于復(fù)合材料中竹子的使用比例”。

Beishuizen解釋道，竹纖維增強(qiáng)塑料的可回收性非常好：“我們已經(jīng)做了回收含有30%到40%竹子的聚丙烯的試驗(yàn)，所以：注射，研磨，再注射，再研磨……這樣重復(fù)做五次，不添加任何改性劑或基質(zhì)。纖維確實(shí)變得更黑了，并且損壞了一點(diǎn)。而且聚合物降解了。但仍然可能重復(fù)多次來(lái)回收。當(dāng)然最終會(huì)降級(jí)回收，這意味著你不可能再將相同的部分完全分離出來(lái)。但仍然可以用于很多性能不那么吹毛求疵的應(yīng)用中：比如手柄、旋鈕和垃圾桶。許多產(chǎn)品都是被過(guò)度設(shè)計(jì)的。這對(duì)回收材料是可以的。因此你可以長(zhǎng)久地延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期。如果你使用的是像PLA或淀粉這樣的生物塑料，可以制成堆肥。像PE 和PP 這樣的基質(zhì)，不管纖維是竹子、玻璃還是或滑石粉，我經(jīng)常會(huì)盡可能地多次回收利用”。

因?yàn)橹窭w維非常的短，所以它們的可再生性其實(shí)上要比玻璃纖維更好。Beishuizen說(shuō)：“竹子非常堅(jiān)硬而且非常結(jié)實(shí)。而且它們的粒子非常細(xì)，以至于在研磨過(guò)程中幾乎不被損壞。這與玻璃纖維不同：如果你回收兩次，你就會(huì)得到填料。因此，采用玻璃纖維復(fù)合，當(dāng)?shù)谝淮螌⑵浼庸こ僧a(chǎn)品時(shí)，會(huì)極大的降低纖維的抗拉強(qiáng)度”。

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