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可挑战玻璃纤维增强塑料!新型纤维素纤维前景可期
发布时间:2019-03-13   浏览次数:55

木浆、大麻和亚麻是可再生的原材料,可以采用创新技术加工成具备新性能的纤维。这些纤维是环保的,并有助于解决废物问题。DITF Denkendorf(德国纺织与纤维研究所)正在开发这些未来纤维的产品和工艺,将适用于纺织工业。

说到生物聚合物,我们首先需要确定这意味着什么。并非所有聚合物都是可生物降解的,因此并非所有聚合物都是生物聚合物,DITF生物聚合物和湿纺技术部门负责人Frank Hermanutz博士说。他解释说,“生物聚合物如许多可生物降解的聚酯,它不一定来自天然材料,同样可以用石油制成,这不会改变它们的生物降解性。我们对可再生原料制成的生物聚合物特别感兴趣。这些天然聚合物与它们制造的产品一样多样化。除了最常见的原料,即木材和木浆,Hermanutz和他的团队也加工几丁质(壳多糖)和海藻酸盐纤维。纤维素纤维与大麻、亚麻一起用于复合材料中。

Frank Hermanutz博士是DITF生物聚合物和湿纺技术部门的负责人

使用“绿色溶剂”纺制环保纤维

DITF的研究人员开发了一种涉及“绿色溶剂”的特殊工艺,用于以可持续和环保的方式生产纤维素纤维。为了将纤维素纺成纤维,必须首先溶解该材料。然而,由于纤维素不溶于水,因此常规方法涉及使用有毒溶剂。Hermanutz和他的同事已经找到了一种替代品,即离子液体,它可以同时起作用而不会产生有毒废水。它们使用具有相对大的阳离子的液体有机盐,因此在室温下是液体。它直接溶解纤维素,然后可以在不添加稳定剂的情况下纺成纤维,溶剂可以简单地用水洗掉,该过程是在DITF开发和建立的。“离子液体还使我们能够生产出吸收大量水分的超微纤维长丝,并可加工成医用和卫生用纺织品,”Hermanutz补充道。

可以从纤维素IL纤维(例如非织造织物和增强织物)生产各种产品

源自DITF创新纤维素纤维的旗舰用途是“PURCELL”中的增强纤维,这是一种完全由纤维素制成的复合材料。“如果我们将纤维素纤维加入到纤维素基质中,我们就会得到一种具有优异纤维基质粘合性的复合材料。这是因为纤维和基质都由相同的材料组成,”Hermanutz说道,PURCELL是一种可以在许多方面使用的复合材料,例如在汽车工业中。“我们从可模制的半成品开始,即含有一定量水的板材。当板材在热压机中加热到160摄氏度时,水会蒸发,并模塑成所需的形状,“Hermanutz解释道。就表面改性而言,PURCELL复合材料甚至优于玻璃纤维增强塑料,在德国纺织和纤维研究所Denkendorf(DITF)进行的测试表明,表面可以涂上油漆或有效染色,而纤维增强塑料是不可能的。“由于材料不粘,我们不需要脱模剂就可以在压制后将其从模具中取出,”Hermanutz补充道。

天然聚合物具有极强的通用性和完全可回收性

当由其制成的产品达到其使用寿命时,新材料可持续性的最大优势将变得明显,即纤维素复合材料完全可回收利用,不会产生浪费。在DITF实验室中,基于PURCELL的产品最多可回收四次,并加工成新的复合材料。在实验室条件下,产品性能没有恶化。“我们已经模拟了老化,发现质量没有下降。但是,我们仍然需要研究材料在十年,十五年后在真实环境条件下的表现。”Hermanutz说。再生材料可以重复使用或堆肥降解,因此重新引入进入物质循环。但还有另一个有趣的可能性:纤维素材料可以机械压碎并加工成鱼食。Hermanutz说:“这种材料保证不含微塑料,鱼类会以与传统植物残留物相同的方式食用。”

纤维素复合材料PURCELL尤其可用作车辆内部的轻质结构元件

从中期和长期来看,新材料可以帮助抵消与复合材料相关的日益增加的废物问题。目前,仅德国每年就生产约250,000吨无法回收的玻璃纤维增强塑料废料。目前,玻璃纤维增强塑料废料被简单地燃烧处理,玻璃纤维在燃烧后用作水泥添加剂。“例如,风力涡轮机的叶片由玻璃纤维增强塑料制成。越来越多的风力涡轮机的使用寿命到期,这意味着许多风力涡轮机不再能够经济地运行,它们将被拆除,并且大量的风力涡轮机将被拆除。玻璃纤维增强塑料浪费将积累,进一步加剧不可回收废物的问题,“Hermanutz说。他希望PURCELL和由此产生的材料将为玻璃纤维增强塑料提供技术上可比和可持续的替代品。

尽管前景非常好,但新材料(仍然)仍有一些局限性。当需要高强度的结构部件时,纯纤维素材料是不合适的,例如用于生产车身,“这就是为什么我们开发出含碳量为30%的混合材料。这具有所需的强度和刚度,” Hermanutz。然而,并非所有可能的产品都需要最大的强度。在这种情况下,大麻和亚麻可以用作复合材料的原料。大麻和亚麻植物天然拥有不同厚度和长度的纤维。这就是为什么大麻和亚麻不能用于生产高强度产品的材料,然而,这种材料可以被压成优质的垫子,例如可以用作后排座椅。但不是全部,原则上,任何纤维素纤维都有这种潜力。


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来源:DT新材料
 关键词:其他纤维 | 环保
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