Fique 섬유의 효과 및 가공 방법

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15143(2022) 이 기사 인용

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본 연구에서는 남아메리카 자생작물인 에폭시 수지-EP와 fique(Furcraea andina)를 기반으로 한 생체복합체의 형태, 기계적 및 열적 특성을 조사합니다. EP-fique 생체복합체는 fique 가공 중에 발생하는 산업 폐기물인 fique 분말-FP, 부직포 fique 섬유 매트-NWF 및 0° 및 90° 배향된 단방향 fique 섬유 매트-UF를 사용하여 제조되었습니다. EP 매트릭스에 fique를 추가하면 EP 고분자 사슬의 움직임이 제한되고 EP의 열 안정성이 향상됩니다. SEM 이미지는 사용된 fique 형태(분말 또는 섬유)와 매트 배열이 생체복합체 형태에 변화를 일으킬 수 있음을 보여주었습니다. 기계적 특성은 90°로 배향된 fique 분말과 fique 섬유가 에폭시 매트릭스의 충전재 역할을 하는 반면 0°로 배향된 fique 섬유는 EP 매트릭스를 강화하여 인장 및 굴곡 모듈러스를 각각 최대 5700 및 1100%까지 증가시키고 인장 및 굴곡 강도를 증가시키는 것으로 나타났습니다. 깔끔한 EP와 비교하면 277%, 820%다. 얻은 결과는 fique 분말 및 기타 천연 섬유 가공 부산물을 이용한 제품 연구 및 개발에 대한 관심을 높여 토양 및 매립지의 폐기물 발생량과 환경 문제를 줄일 수 있으며 EP-fique 생체 복합재가 자동차 분야에서 사용될 가능성이 있음을 시사합니다. 부문.

Fique 섬유는 남아메리카 안데스 지역이 자생하는 fique 식물(Furcraea andina)에서 추출되며, Sisal 및 Henequen1과 매우 유사한 특성을 가지고 있습니다. 콜롬비아 농업 및 농촌 개발부는 2020년 동안 콜롬비아에서 약 19,000톤의 피케 식물이 생산되었다고 밝혔습니다2. Fique 가공에는 잎 자르기, 파쇄, 발효, 건조 및 포장 등 여러 단계가 포함됩니다. 그러나 잎(섬유질)의 4%만이 사용되고 판매되고 나머지 96%(분말 및 사탕수수)는 일반적으로 토양 및 쓰레기 더미에 버려지기 때문에 효율성이 낮으며 생산량이 많아 심각한 환경 문제를 야기합니다. 및 축적(연간 약 100톤). 섬유는 성능이 매우 낮은 전통적인 기술을 사용하여 소박한 직기를 사용하여 수공예품 및 자루 제조에 사용됩니다. 원칙적으로 fique 농업 및 산업 부문의 과제는 버려진 부산물을 사용할 대안을 찾고 섬유를 사용하여 총 가치가 높은 제품을 제조하는 것으로 구성됩니다. 최근 연구에 따르면 fique 섬유는 다른 알려진 천연 섬유와 경쟁하여 기술 응용을 위한 강화된 생체 복합재 또는 천연 섬유 강화 복합재(NFRC)를 생산할 수 있는 것으로 나타났습니다. 대체 재료 개발을 위해 fique와 같은 천연 섬유를 사용하는 것에 대한 관심이 최근 몇 년 동안 증가했습니다. 주로, 더 낮은 비용과 더 낮은 CO2 배출, 재활용 가능성, 생분해성, 고분자 및 시멘트질 매트릭스의 향상된 성능, 더 낮은 중량 및 높은 가용성을 갖춘 새로운 지속 가능한 제품을 제조하기 위해3,4. 이러한 특성은 복합 재료 기반 복합 재료에 비해 장점으로 간주될 수 있습니다. 유리나 탄소와 같은 합성 섬유는 수명 주기 이후 오일 의존성과 폐기물 관리 문제를 나타냅니다.

여러 연구에 따르면 생체 복합재의 기계적 특성은 섬유 함량5,6, 섬유의 화학적 처리7, 천연 섬유의 기하학적 구조 및 방향8, 짧은 섬유와 긴 섬유 사이의 실패 메커니즘 차이와 같은 여러 요인에 의해 영향을 받는 것으로 나타났습니다. 강화된 생체복합체9.

Salman et al.10은 0°/90° 및 45°/ - 45°로 배향된 직조 케나프와 에폭시, 폴리에스테르 및 비닐 에스테르 수지로 만들어진 생체 복합재의 기계적 및 형태학적 특성을 연구했습니다. 그들의 결과는 섬유 배향 0°/90°가 생체 복합재에서 가장 높은 기계적 특성(인장, 굽힘 강도 및 모듈러스)을 유도한다는 것을 보여줍니다. Maharana 등은 에폭시-황마-Kevlar 하이브리드 복합재의 기계적 특성에 대한 섬유 함량 및 배향의 영향에 대해 수행한 또 다른 연구에서 30° 섬유 배향의 40% 섬유 로딩이 하이브리드 복합재 인장 특성을 향상시키는 반면 굴곡 특성은 45° 섬유 배향으로 40% 섬유 로딩을 위해 최대화되었습니다. Prabakaran 등12은 0°/90° 배향된 에폭시-유리 섬유 복합재와 부직포 매트 복합재의 기계적 특성에 대한 섬유 배향의 영향을 연구했습니다. 그들의 결과는 스피로그래프 부직포, 매트 기반 복합재가 직조 적층 복합재에 비해 준등방성 섬유 배향과 더 나은 기계적 성능을 나타냄을 보여줍니다. 최근에는 목질계 바이오매스를 밀짚13, 바나나, 케나프14, 대나무15, 사이잘삼16, 대추 가루17 등으로 사용하는 에폭시 기반의 바이오복합체가 보고 및 생산되고 있다.