Международный научный коллектив из России, Индии и Тайланда представил технологию изготовления армирующего (упрочняющего) композита из оболочки кокосового ореха. Благодаря своей легкости и прочности, он может использоваться для покрытия автобанов, создания интерьеров ж/д вагонов и авиасалонов, и бытовых нужд. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymer Composites.
Натуральные волокна — кокос, сизаль, джут, конопля, бамбук — все более востребованы в промышленности, поскольку они обладают высокой механической прочностью и жесткостью, отличной термической стабильностью и коррозионной стойкостью. Производители все чаще используют их для замены синтетических волокон, как бюджетные, доступные и экологически чистые решения.
«Превосходные свойства композита из натуральных волокон обусловлены, в частности, хорошей межфазной связью на границе раздела волокна и матрицы. Для его получения натуральные волокна, принадлежащие к гидроксильным группам, содержащие лигнин и целлюлозу, как правило, химически модифицируют. Используя химическую модификацию или модификацию поверхности, можно улучшить степень сцепления на границе раздела волокна с матрицей, что приводит к превосходной стойкости материалов к разрушению», — рассказал соавтор исследования, доцент кафедры инжиниринга промышленного оборудования НИТУ «МИСиС» Сергей Горбатюк.
Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Индии и Тайланда изготовили так называемый грин-композит, в основе которого кокосовое волокно, армированное фенолформальдегидным композитом (на основе фенольной смолы — синтетического полимера).
Композиты из кокосового волокна с добавлением 60% и 40% фенолформальдегида были изготовлены методом ручной укладки с последующим компрессионным формованием. Исследование проводили путем испытаний на растяжение, изгиб, ударную вязкость, а также измерения скорости водопоглощения и характеристик биоразлагаемости.
По словам разработчиков, результаты подтверждают превосходство механических свойств грин-композита по сравнению с натуральным кокосовым волокном благодаря низкому содержанием гидрофильных гидроксильных групп и меньшим количеством примесей.
Для оптимизации технологии исследователи сравнивали два вида волокон — обычное и мерсеризированное — обработанное концентрированным раствором едкого натра (являющегося самой распространенной щелочью) и промытое горячей и холодной водой. Образцы мерсеризованного композита показали модуль упругости около 45–60% и предел прочности при растяжении на 30-40% выше по сравнению с необработанным образцом. Это связано с образованием особой шероховатой поверхности на волокнах в результате обработки, что обеспечивает лучшее расположение волокон и сцепление с матрицей.
Как подчеркивают авторы, превосходные результаты обработанных волокнистых композитов на основе оболочки кокоса подтверждают, что созданный композит является хорошим кандидатом для бытового и промышленного применения в отделке авиасалонов и железнодорожных вагонов, строительстве автодорог, в дизайне коммерческих интерьеров в качестве экологических покрытий стен и пола.
В России разработчики планируют адаптировать технологию, используя в качестве сырья волокна льна, конопли и крапивы.