Промышленные конопляные волокна: обзор, преимущества и характеристики

Промышленные конопляные волокна: обзор, преимущества и характеристики

Промышленная конопля (Cannabis sativa) — одно из наиболее доступных и широко производимых лубяных волокон с высоким содержанием целлюлозы. Интерес к этим волокнам оправдан из-за проблем с защитой окружающей среды, а также из-за присущих им свойств, таких как низкая плотность, высокая удельная прочность и жесткость. 

Кроме того, передовые исследования и прогресс были направлены на повышение их механических характеристик волокна каннабис за счет обработки поверхности и разработки новых материалов. 

Перспектива технического волокна

Наиболее многообещающим применением волокон конопли является армирование полимерных композитов или путем гибридизации. Тем не менее, необходимы дополнительные исследования для улучшения их свойств и расширения области их применения. 

Проблема биоразлагаемости — одна из проблем, которую необходимо решать при рассмотрении приложений с длительным жизненным циклом, таких как воспроизводимость конечных свойств этих композитов. Этот обзор представляет собой исчерпывающий обзор литературы по волокнам марихуаны. Он включает химические и механические свойства волокон, модификации поверхности, гибридные композиты, а также текущие и будущие применения. 

Преимущества коноплеволокна в производстве

Из-за растущей заботы об окружающей среде и защите окружающей среды растет количество доступных исследований, посвященных потенциальному использованию натуральных волокон при разработке термореактивных и термопластичных композитов, а также улучшению их механических характеристик за счет физической и химической обработки поверхности. Кроме того, все больше внимания уделяется натуральным волокнам (из конопли) как возможной альтернативе синтетическим волокнам, таким как стекловолокно. 

Натуральные волокна экологичны, неабразивны для технологического оборудования, относительно невысоки, получены из возобновляемых источников, имеют низкую плотность и высокую удельную прочность и жесткость. В среднем при производстве натурального волокна из каннабис используется на 60% меньше энергии, чем при производстве стекловолокна, что приводит к снижению выбросов в атмосферу. Более того, отходы в основном являются органическими и на 100% биоразлагаемыми. 

Сравнительный анализ волоконных композитиов

Ученые сравнили оценку жизненного цикла трех компонентов, сделанных из композитов, армированных натуральным волокном марихуаны, и композитов, армированных стекловолокном. Они обнаружили, что композиты, армированные натуральным волокном, стали более экологически чистыми, в основном по трем причинам: 

(1) производство натурального волокна конопли оказывало меньшее воздействие на окружающую среду, (2) композиты из натурального волокна имели более высокое содержание волокна для эквивалентных характеристик, что уменьшало объем и вес. основной полимерной матрицы и (3) меньший вес полученных компонентов снизил выбросы и потребление топлива в течение его жизненного цикла. Оценка жизненного цикла показали, что маты из конопли в термореактивных композитах, армированных стекловолокном, более экологичны, чем обычное однократное использование стекловолокна, из-за уменьшения содержания стекловолокна и смолы. 

Некоторые отличия растительных волокон от химически синтезированных

Хотя использование натуральных волокон дает множество преимуществ, есть и некоторые недостатки. Основными недостатками натуральных волокон являются унаследованные гидрофильные свойства, высокая анизотропность, низкая устойчивость к микроорганизмам, низкая термическая стабильность, изменение механических свойств и более низкие механические свойства конопли, чем у синтетических волокон. 

Кроме того, признано, что различные аспекты, такие как условия роста, методы сбора урожая и зрелость, часто влияют на свойства натуральных волокон. Гидрофильный характер натуральных волокон марихуаны приводит к плохому межфазному взаимодействию между матрицей и волокном и плохой дисперсии волокон, а также к высокому влагопоглощению, что может привести к набуханию волокна и нарушению сцепления на границе раздела матрица-волокно. Поглощение влаги в композитах, армированных натуральными волокнами, регулируется тремя различными механизмами диффузии, а именно: 

(1) диффузией воды между полимерными микрокапсулами, (2) капиллярным переносом в дефекты и дефекты на границе раздела матрица-волокно и (3) транспортировкой. через микротрещины, образовавшиеся в процессе набухания волокна.