الیافی که از منابع طبیعی مانند معادن، حیوانات و گیاهان بدست می آیند، در گروه الیاف طبیعی قرار می گیرند. الیاف طبیعی را می توان به سه دسته:
- معدنی
- حیوانی
- گیاهی
تقسیم نمود.
برای خواندن مقاله پلیمرها و الیاف طبیعی روی عنوان مقاله کلیک کنید و مطالعه نمائید.
همچنین اگر انواع کامپوزیت ها را نمی شناسید، روی انواع کامپوزیت ها کلیک کرده و مطالعه کنید.
خواص و ویژگی های الیاف طبیعی در ساخت کامپوزیت ها
الياف طبيعي، سايش تجهيزات اختلاط و قالبگيري را کم مي کند. که اين ميتواند در کاهش هزينه نگهداري تجهيزات به صورت قابل توجهي کمک کند.
همچنين از نظر شرايط کاري در مقايسه با تقويت کننده هاي مصنوعي مانند الياف شيشه ايمن تر هستند.
همچنین الیاف طبیعی دوستدار محيط زيست و تخريب پذير مي باشند و توسط محيط تخريب مي شوند. در نتيجه، کاهش خطر ابتلا به مشکلات تنفسي يا پوستي است که شرايط بهتر کاري را براي افراد فراهم ميکند.
- مزيت الياف طبيعي
- اثرات زيست محيطي مثبت آنها
- به انرژي کمي براي تخريب شدن نياز دارند.
- معايب الياف طبيعي
- غيريکنواختي الياف و ابعاد مختلف آنها
- قطبي وآبدوست بودن الياف طبيعي به خاطر دارا بودن هيدروکسيل
- پايداري حرارتي محدود آنها (در بيش از دماي 200 درجه سانتيگراد دچارتجزيه مي شوند)
اگر در مورد روش های ساخت و تولید کامپوزیت ها اطلاعی ندارید، روی مقاله کلیک کرده و آن را مطالعه کنید.
طبيعت قطبي در جذب رطوبت بالا در کامپوزيت هاي الياف طبيعي منجر به تورم الياف و ايجاد حفره در بين الياف و ماتريس مي شود. اگر رطوبت از الياف حذف نشده باشد محصولي متخلخل به وجود مي آيد. جذب رطوبت بالا مي تواند باعث کم شدن خواص مکانيکي و از دست دادن ثبات ابعادي آنها شود.
جدول 1 چگالي، قطر و خواص مکانيکي الياف طبيعي و مصنوعي را در حالت مقايسه اي نشان مي دهد.
الياف کنف
کنف يکي از الياف طبيعي مورد استفاده به عنوان تقويت کننده است که در کامپوزيت هاي با زمينه پليمري (Polymer Matrix Composites(PMC)) استفاده مي شود. الياف کنف به عنوان يک منبع مهم الياف براي استفاده در کامپوزيت ها و ديگر کاربردهاي صنعتي ميباشند (شکل 1).
شکل 1: گياهان کنف
کنف در 3 ماه (پس از کاشت دانه) قادر است تحت شرايط مناسب آب و هوايي به ارتفاع بيش از 3 متر و قطر پايه 5- 3 سانتي متر رشد کند و سرعت رشد کنف ممکن است به 10 سانتي متر در روز تحت شرايط مطلوب محيط برسد. هر تن کنف در سال 1995، 400 دلار و در سال 2000 از 278 تا 302 دلار به ازاي هر تن قيمت گذاري شد.
انرژي لازم براي توليد 1 کيلوگرم کنف MJ 15 مي باشد در حالي که براي توليد 1 کيلوگرم از الياف شيشه MJ 54 انرژي لازم است.
گياه کنف از اجزاي بسيار مفيد (به عنوان مثال ، ساقه، برگ و دانه) تشکيل شده و درون هر يک از اين بخش هاي مختلف (به عنوان مثال از الياف و رشته هاي فيبر، پروتئين، روغن و مواد شيميايي) تشکيل شده است.
خواص الياف با توجه به منابع، سن، روش جداسازي، و تاريخچه الياف ميتواند منحصر به فرد و متفاوت باشد، که از ساقه راست، شاخه و انشعابات، لايه بيروني (پوست) و يک هسته تشکيل شده است.
جدا کردن ساقه از پوست و هسته آسان است بطوريکه يا به وسيله مواد شيميايي و يا توسط خيساندن در مواد آنزيمي انجام مي شود. پوست درخت را 40 – 30 درصد از وزن خشک ساقه تشکيل مي دهد که داراي يک ساختار نسبتا متراکم است.
از سوي ديگر، هسته چوبي 70- 60 درصد باقيمانده ساقه را مي سازد. هسته، ايزوتروپيک و تقريبا آمورف نشان مي دهد.
نمايش شماتيک از ديواره سلول گياهي طبيعي در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2: تصوير شماتيک از ديواره سلولي يک گياه طبيعي
خواص الیاف کنف
خواص کلي الياف کنف به خصوصيات منحصر به فرد هر يک از اجزاي آن بستگي دارد. استحکام و سفتي الياف توسط اجزاي سلولز از طريق پيوندهاي هيدروژني و پيوندهاي ديگر مي باشد. همي سلولز مسئول تجزيه بيولوژيکي، جذب رطوبت و تجزيه حرارتي الياف است.
به چند دليل کشت کنف زياد است يکي اين است که کنف نيتروژن و فسفر موجود در خاک را جذب مي کند. دليل ديگر اين است که تجمع دي اکسيد کربن در کنف به ميزان قابل توجهي بالا است. نرخ فتوسنتز کنف بسيار بالاتر از نرخ فتوسنتز درختان معمولي مي باشد.
از کنف به طور سنتي به عنوان طناب، بوم، گوني استفاده شده است و در حال حاضر در ساخت جوراب هاي صنعتي و همچنين ساخت پارچه بافته شده مي باشد.
کنف داراي پتانسيل زيادي براي استفاده از آن به عنوان الياف تقويت کننده در کامپوزيت هاي ترموپلاستيک مي باشد، زيرا از چقرمگي فوق العاده اي در مقايسه با الياف ديگر برخوردار است.
الياف کنف مي تواند به ترتيب استحکام کششي و مدولي 11.9 و 60 داشته باشد.Rowell و همکارانش کنف را به عنوان الياف تقويت کننده در يک ماتريس پلي پروپيلن مطالعه کرده و خواص مکانيکي آن را با ديگر الیاف معمول مورد استفاده درکامپوزيت مقايسه کردند (جدول 2).
