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標題: 利用天然竹子纖維制成的復合材料 [打印本頁]

作者: 寂靜天花板 時間: 2016-9-8 20:16
標題: 利用天然竹子纖維制成的復合材料

Transmare公司(www.transmare.nl) 位于荷蘭魯爾蒙德，該公司生產有附加值的顆粒料。其出廠的顆粒在全球范圍內，經熱成型機、擠壓機和注塑機，生產出新的產品。
“我是一名化學工程師，最初是工藝工程師”。負責魯爾蒙德工廠所有商業活動的銷售經理Robin Beishuizen說。他在Transmare公司工作了16年：“我致力于塑料，而且酷愛各種材料。在Transmare公司，我們試圖在一個復合步驟盡可能多地附加更多的價值。例如：抗紫外線劑、抗氧劑、偶聯劑和顏料”。這樣生產的材料在離開Transmare 工廠時已經具備了最終產品所需的所有性能。
Transmare公司的加工工藝之一是合成橡膠的改性，也就是混入橡膠復合物，以提高材料的抗沖強度。“這是用于在寒冷氣候或高沖擊條件下使用的產品”。Beishuizen說，“各種各樣的包裝，比如防震木箱和盒子，以及保險杠和汽車側板、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，我們習慣使用復合聚氯乙烯”。Beishuizen解釋道：“在那兒我們確實必須使用增塑劑。但這已經成為歷史了。我們現在視應用和情況而定，只使用高品質、更適合回收的橡膠。而且有時我們會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增塑劑”。
有趣的是，不使用增塑劑并不是出于環境方面的考慮，而是由于技術方面的考慮。“我們只是不加工任何需要使用增塑劑的配方”。Beishuizen說：“所以這不是刻意的決定。但現在我們知道了不使用增塑劑有環境方面的考慮，我們會盡量不使用它們。對于某些應用而言，它們可能是必不可少的，但只是在魯爾蒙德，我們生產的產品，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材料：“我們最多可以添加40%的玻璃纖維增強材料或無機填料”。Beishuizen說，“而且我們還可以使用天然纖維增強材料：主要是在線擠壓的短的流動性好的竹纖維。較長的纖維，如大麻或亞麻也是有可能的”。
竹子
“我們使用天然纖維已經約有十五年了，使用竹子大約有十年”。Beishuizen說，“我可以老實地說，除了人的頭發，我們已經嘗試過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超出石油工業之外的人。而且有趣的是，使用竹子這種材料，只需要有一點點陽光和雨露，它可以每年都能長回來。
Transmare公司不是沒完沒了地講理論，正如 Beishuizen所說：“我們有擠壓機、側面進料機和計重給料機。所以我們只需要運作所有材料，并評估出結果。你不能簡單地說一個材料是好還是壞。許多天然纖維會帶給復合材料很好的性能：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；還有就是對高溫加工的耐焦性。我們把天然纖維都試過了。最終我們選擇了竹子，因為它具有我們認為重要的所有性質中的整體性能。竹子可以大量獲取，也不是很貴，它在各大洲瘋狂生長——當然是不同類型的竹子，但它們的性質都或多或少都相同——不使用農藥，不需要砍掉樹木，每個砍斷的竹稈都會生長的比你砍之前更快。這種加工對對我們來說是可靠的，對運輸機、注塑機和熱成型機來說也是。而且一般竹子也被認為是正面的。其未來前景非常好”。

竹子在歐洲還沒有真正的歷史呢。它只是作為花園里的外來雜草。亞麻、大麻、劍麻和粗麻布——這些都是享譽歐洲的纖維。“例如在荷蘭東印度公司時代，只使用天然纖維”。Beishuizen說，“然后塑料行業發展起來了，在短短的幾年內天然纖維全都退出了市場。它們已經被尼龍、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驗。還有些纖維具有更好的性能，但通常價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Transmare 公司制備，盡可能接近原料。這意味著，竹子在多個步驟被分割、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。然后將這些材料運到魯爾蒙德進行復合。

竹纖維可以與像PE、PP、PS這樣的聚合物基質，以及像PLA 和淀粉這樣的生物塑料很好的復合。但聚合物要求的加工溫度遠高于200℃，竹子中某些糖類開始變成焦化，導致纖維的一些降解：它們會變得更黑，而且開始聞起來像烤焦的蛋糕。所以最好不要與尼龍、聚碳酸酯和ABS 一起使用。Beishuizen 說：“氣味最終會消失，但大批量生產這些氣味很停留很久。注塑機經受不住在運輸前通風幾個星期。但如果在低于200℃的溫度下加工竹子，就不會有氣味問題。雖然它仍然會聞起來有點像餅干廠，但這種氣味不會令人不愉快，幾天內就會消失。如果在注射成型后立即包裝，就會將味道封住。在打開后三天，餅干味就沒有了”。

這是一種自然的氣味，但消費者們已經習慣了無菌環境，因此不清楚他們是否可以接受新車內略微帶有餅干味。不過如果車內有真皮座椅，消費者們仍然喜歡其典型的自然氣味。因此，也許一些營銷經理和工業設計師可以想出消費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：抗拉強度、抗沖強度、價格……硬度更接近于滑石粉，而熱偏轉更像玻璃纖維。
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，考慮到應用，它不需要是透明的”。Beishuizen說，“而且假設你需要15%的玻璃纖維以達到一定的楊氏模量或者抗沖強度。那么你可以使用30%左右的竹纖維以達到相同的性能。而且竹纖維比滑石粉和玻璃纖維更輕。因此，如果單看強度的話，玻璃纖維會更好一些，但如果考慮重量的因素，情況就不同了。在某些情況下，如果在重新設計產品時在背面多加入一些羅紋，使用30%的竹子與使用30%的玻璃纖維所達到的強度通常是一樣的”。
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。但在擠壓機中，在高壓和高溫下復合，會產生體積收縮，因為部分聚合物被壓入竹子中。所以，在加工過程會中喪失一些密度優勢。Beishuizen說：“最終，每個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，產品有多輕取決于復合材料中竹子的使用比例”。

Beishuizen解釋道，竹纖維增強塑料的可回收性非常好：“我們已經做了回收含有30%到40%竹子的聚丙烯的試驗，所以：注射，研磨，再注射，再研磨……這樣重復做五次，不添加任何改性劑或基質。纖維確實變得更黑了，并且損壞了一點。而且聚合物降解了。但仍然可能重復多次來回收。當然最終會降級回收，這意味著你不可能再將相同的部分完全分離出來。但仍然可以用于很多性能不那么吹毛求疵的應用中：比如手柄、旋鈕和垃圾桶。許多產品都是被過度設計的。這對回收材料是可以的。因此你可以長久地延長產品的生命周期。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，不管纖維是竹子、玻璃還是或滑石粉，我經常會盡可能地多次回收利用”。

因為竹纖維非常的短，所以它們的可再生性其實上要比玻璃纖維更好。Beishuizen說：“竹子非常堅硬而且非常結實。而且它們的粒子非常細，以至于在研磨過程中幾乎不被損壞。這與玻璃纖維不同：如果你回收兩次，你就會得到填料。因此，采用玻璃纖維復合，當第一次將其加工成產品時，會極大的降低纖維的抗拉強度”。

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