Опубликовано: 05.09.2018
Использование растительных волокон для технических целей является одной из наиболее древних областей материальной культуры. Совсем недавно многие полагали, что вскоре технические натуральные волокна будут полностью заменены более совершенными искусственными волокнами. Современная зарубежная практика, показавает, что это далеко не так. Напротив, популярность натуральных волокон возрастает, в т.ч. в производстве композиционных материалов. И это происходит, в частности, в наиболее технологически развитых отраслях промышленности, например, в автомобильной.
Натуральные растительные волокна обладают значительными экологическими преимуществами и имеют совсем неплохие физико-механические свойства. Они не содержат токсичных веществ. Их можно быстро выращивать в необходимых количествах и они имеют приемлемую цену. Значительным ресурсом растительных волокон являются отходы текстильной промышленности и различное тряпье.
Для России пенька и лен традиционно являлись экспортными товарами. Во времена СССР крупное производство хлопка было налажено в среднеазиатских республиках. Сейчас в России производство льна и пеньки значительно сократилось.
Существует большое количество видов натуральных растительных волокон. Одиночные волокна, не делящиеся в продольном направлении без разрушения, называются элементарными, волокна большой длины - элементарными нитями. Несколько волокон, продольно скрепленных между собой, называются техническими.
Волокна растительного происхождения формируются в семенах растений (хлопок, кокос и др.), в стеблях растений (лен, рами, джут, пенька, кенаф и др.) и в листьях (абака, сизаль). Общее название стеблевых и листовых волокон - лубяные волокна. Растительные волокна представляют собой одиночные клетки с каналом в центральной части. При их формировании образуется сначала наружный слой (первичная стенка), внутри которого постепенно откладываются несколько десятков слоев синтезирующейся целлюлозы (вторичная стенка).
Перечень растений наиболее широко используемых в хозяйственном обороте:
Abaca, Areca-Nut and Areca Palm Stem, Bagasse, Guar, Sugarcane, Bamboo, Banana, Barley , Beet, Cashew Nut, Cassava/Tapioca, Cellulose, Coconut/Coir, Coffee Bean, Corn/Maize, Cotton, Flax/Linseed, Foliage, Grasses, Groundnut, Shel,l Hemp, Jute, Kenaf, Megass, Mustard, Oats, Palm, Papyrus, Peanut, Pecan, Pineapple, Poppy, Potato, Ragweed, Ramie, Rape, Raspberry, Red Onion, Reed, Rice, Rye, Scrub Palmetto, Seaweed, Sisal, Sorghum, Soybean, Straw, Sunflower, Tobacco, Tomato, Vine, Walnut, Water Hyacinth, Wheat
В таблице приведены ориентировочные физико-механические свойства наиболее распространенных технических растительных волокон ( в сравнении со стекловолокном)
| Длина , см | не огранич. | 20-30 | 60-80 | 2,5-4,5 | ||||
| Плотность [g/cm3] | 2.55 | 1.4 | 1.48 | 1.46 | 1.5 | 1.25 | 1.33 | 1.51 |
| Предел прочности, МПа [N/mm2] | 2400 | 800-1500 | 550-900 | 400-800 | 500 | 220 | 600-700 | 400 |
| Модуль Юнга [kN/mm2] | 73 | 60-80 | 70 | 10-30 | 44 | 6 | 38 | 12 |
| Удлинение при разрыве [%] | 3 | 1.2-1.6 | 1.6 | 1.8 | 2 | 15-25 | 2-3 | 3-10 |
| Влагопоглощение [%] | - | 7 | 8 | 12 | 12-17 | 10 | 11 | 8-25 |
| Цена [&/kg] | 1.3 | 0.5-1.5 | 0.6-1.8 | 0.35 | 1.5-2.5 | 0.25-0.5 | 0.6-0.7 | 1.5-2.2 |
| Источник "Application of Natural Fibre Composites in the Development of Rural Societies", FAO, 2003 и др. |
Как видно из таблицы, существенным преимуществом натуральных волокон для многих конструктивных применений является их невысокая, по сравнению со стекловолокном, плотность (1,3 - 1,5 г/см3) и стоимость.
В настоящее время проводятся широкие исследования и эксперименты по применению в композиционных материалах и др. растительных волокон, в частности, различных видов солом зерновых культур и зерновой шелухи, тростника, бамбука и др.
По данным Nova Institute Gmbh в мире производится более 4,5 млн. т растительных волокон, используемых в текстильном производстве и на технические цели, см. табл.
| Лен | Страны Евросоюза и Восточной Европы | 636 000 |
| Пенька | Евросоюз, Китай и Восточная Европа | 79 0000 |
| Джут и др. подобные волокна, | Индия, Китай, Таиланд, Бангладеш | 3 125 000 |
| в т.ч. только джут | Индия и Бангладеш | 2 562 000 |
| Сизаль | Южная Африка и Южная Америка | 315 000 |
| Кокосовое волокно | Индия и Шри Ланка | 266 000 |
| Абака | Филлипины и Эквадор | 91 000 |
Автомобили в которых применяются композиционные элементы, изготовленные с применением натуральных волокон :
DaimlerChysler: A-Series, C-Series, E-Series, S-Series (door panels, windshield/dashboard, business table, pillar cover panel), Audi: A3, A4, A6, A8, A4 Avant, Roadster, Coupe (seat back, side and back door panel, boot lining, spare tire lining), BMW: 3, 5, and 7 series (door panels, headliner, boot lining, seat back), Volkswagen: Golf, Passat, Bora (door panel, seat back, boot lid finish panel, boot liner), Opel GM: Vectra, Astra (headliner panel, door panels, pillar cover panel, instrument panel), Ford: Mondeo, Focus, Zafira (door panels, B-pillar, boot liner), Fiat: Punto, Brava, Marea, Alfa Romeo 146, 156, Romeo 146, 156, Renault: Clio, Peugeot: new 406, Volvo: C70, V70, Saab (door panels), Rover: Rover 2000 and other (insulation, rear storage shelf).В композиционных материалах эти волокна используются как в коротком (рубленном) виде так и в полной естественной длине.
Некоторые компании, занимающиеся этими технологиями : Hoechst, BASF, Dupont, DSM, Lucky Polymers, Eastman, and Amoco.
Автор статьи: Абушенко Александр Викторович