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廣東力美新材料科技有限公司是一家集高性能工程塑料研發(fā)、制造及銷售于一體的國家高新科技企業(yè),公司從事生物基材料,谷物纖維復(fù)合新材料,竹纖維復(fù)合…
廣東力美新材料科技有限公司是一家集高性能工程塑料研發(fā)、制造及銷售于一體的國家高新科技企業(yè),公司從事生物基材料,谷物纖維復(fù)合新材料,竹纖維復(fù)合新材料,木纖維復(fù)合新材料,茶纖維復(fù)合新材料,咖啡渣纖維復(fù)合新材料,功能母粒的最終開 發(fā)解決方案。
一艘德國制造的船、一座荷蘭的人行天橋和奧地利的木釘似乎沒有什么共同之處,但它們卻有一個(gè)重要的共同點(diǎn):它們都是由生物復(fù)合材料制成的。在歐洲木材和天然纖維復(fù)合材料會議上,三位創(chuàng)新獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)哒故玖藢鹘y(tǒng)復(fù)合材料的強(qiáng)度、耐用性、輕量化與天然可再生資源的環(huán)境效益相結(jié)合的優(yōu)勢。
生物基復(fù)合材料是相對于化石基復(fù)合材料而言,是指利用可再生資源(動物、植物和微生物)為原料,通過生物、化學(xué)以及物理等方法,或者與其他材料復(fù)合,在宏觀上組成具有新性能的材料。
生物基材料包括生物基平臺化合物、生物塑料、功能糖產(chǎn)品、木塑復(fù)合材料等,它具有傳統(tǒng)高分子材料不具備的綠色、環(huán)境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。其制品既包括日常生活中經(jīng)常能見到的生活用品,如包裝材料、一次性日用品等,也包括技術(shù)含量高、附加值高的藥物控制釋放材料和骨固定材料及人體組織修復(fù)材料等生物醫(yī)用材料等。
按可再生資源的利用方式,生物基復(fù)合材料可分為天然高分子生物基復(fù)合材料和合成高分子生物基復(fù)合材料。
天然高分子生物基復(fù)合材料,直接利用可再生資源的高分子材料,即生物基材料與生物基材料、生物基材料與廢舊高分子材料等制造的復(fù)合材料,以及生物基材料與硅酸鹽材料和玻璃纖維等無機(jī)物質(zhì)制造的復(fù)合材料,如木塑復(fù)合材料和木基陶瓷復(fù)合材料等。
合成高分子生物基復(fù)合材料,間接利用可再生資源,通過化學(xué)、生物化學(xué)的方法將可再生資源轉(zhuǎn)化為低分子量的化合物單體,并進(jìn)一步加工成可降解高分子材料、功能高分子材料、生物基膠黏劑等,如蛋白類膠黏劑、聚乳酸和生物聚乙烯等。
作為生物基復(fù)合材料原料的天然纖維,其成分包括各類纖維素、半纖維素、丹寧等天然多糖,表面是親水的,而生物基復(fù)合材料另外一大類原料為有機(jī)合成高分子樹脂,是表面疏水的。兩者的表面性能差異巨大,由于界面相互作用力弱、易產(chǎn)生缺陷,對形成復(fù)合材料不利。用這兩類原料生產(chǎn)復(fù)合材料,可以通過對纖維和樹脂進(jìn)行改性,提高界面之間的相互作用力的方法改善復(fù)合材料的性能。但復(fù)合材料界面性能有所改善后,沖擊等性能有所下降,而且并沒有在多種改性處理方法中找到最好的解決辦法。
生物基材料來源于自然界中動、植物以及微生物資源,它們是取之不盡、用之不竭的可再生資源,已成為最有希望大規(guī)模替代石油資源,實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)性利用的新興材料之一。生物基復(fù)合材料用量的增加有助于降低對石油類不可再生資源持續(xù)增長的需求,能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境和資源的可持續(xù)發(fā)展。
根據(jù)PRESCIENT STRATEGIC INTELLIGENCE網(wǎng)最新市場預(yù)測,2017年全球生物復(fù)合材料市場價(jià)值達(dá)41.672億美元,預(yù)計(jì)到2023年將達(dá)到84.743億美元,預(yù)測期內(nèi)的復(fù)合年增長率為12.8%。市場增長受到諸如汽車行業(yè)對綠色復(fù)合材料需求增加和天然復(fù)合材料對環(huán)境影響較小等因素的推動。
綠色航行
GreenBente24號船的特性包括生物復(fù)合材料中亞麻纖維的剛度、抗沖擊性和耐磨性等特性,而軟木有助于提供輕質(zhì)和防水性能。
Friedrich Johann Deimann創(chuàng)立了GreenBoats公司,并開發(fā)了玻璃纖維和苯乙烯基聚酯樹脂的替代品,這些樹脂通常用于造船。他在亞麻纖維、軟木和生物基(亞麻籽油)環(huán)氧樹脂中發(fā)現(xiàn)了環(huán)保、可行的替代品。
GreenBente24帆船采用80%可再生材料制成,并采用真空灌注。亞麻纖維提供剛度、減震、抗沖擊和耐磨性,而輕質(zhì)軟木則增加了防水性。其結(jié)果是這艘船在受損后不會發(fā)生斷裂,不會向水中釋放有毒物質(zhì),也不會讓水進(jìn)入船體的復(fù)合夾層核心。Deimann補(bǔ)充道:“這些產(chǎn)品最后的觸感非常好?!?
亞麻基復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度略小于玻璃纖維層壓板。但是亞麻纖維的密度只有玻璃纖維的一半,所以綠色船只的重量要少100磅??稍偕锊牧蠈Νh(huán)境也更有利,因?yàn)樗鼈兛梢栽诤苌俚亩趸寂欧诺那闆r下進(jìn)行收獲及加工。
雖然GreenBente24比用環(huán)氧樹脂制成的類似高端游艇價(jià)格貴了15%到20%,但客戶需求穩(wěn)定?!暗谝慌蛻粢呀?jīng)在德國的海洋和湖泊上愉快地航行了。”Deimann說。其為船只開發(fā)的生物復(fù)合材料也被用于在歐洲生產(chǎn)旅行拖車。
通往未來的人行天橋
這座46英尺長的人行天橋完全由大麻和亞麻等生物復(fù)合材料制成,每平方英尺可承載102磅重量。
荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)擁有世界上第一座完全由生物復(fù)合材料建造的人行天橋。這座46英尺長的橋是由一個(gè)包括幾所地區(qū)大學(xué)和復(fù)合材料制造商組成的聯(lián)盟NPSP共同建造的。
這座橋重約3300磅,每平方英尺可承重102磅。其生物復(fù)合材料包括麻纖維和亞麻纖維。埃因霍溫大學(xué)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教授Patrick teuffer表示:“我們的想法是,亞麻纖維能夠滿足此類橋梁的機(jī)械要求?!崩w維也很容易從項(xiàng)目的工業(yè)合作伙伴那里獲得。
為了制造橋梁,大麻和亞麻纖維被嵌入聚乳酸(PLA)泡沫芯層夾層內(nèi),再用真空注射工藝注入生物樹脂。
該橋于2016年10月安裝在溪流上,橋上還包括28個(gè)傳感器,可以持續(xù)測量其強(qiáng)度、剛度和變形(蠕變行為)。大學(xué)的工作人員也在實(shí)驗(yàn)室里測試橋梁材料的性能。
“關(guān)于這種生物材料長期表現(xiàn)將如何還沒有太多的經(jīng)驗(yàn)。”Teuffel說,“如果你真的打算讓這類項(xiàng)目持續(xù)10年、20年甚至60年,就必須確定一個(gè)不應(yīng)超過的壓力水平,以避免出現(xiàn)蠕變問題?!痹搱F(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得了建造一個(gè)小型生物復(fù)合材料館的撥款,并希望今年在埃因霍溫再建一座橋?!拔蚁嘈旁谖磥頃懈嗟膽?yīng)用?!盩euffel說。
木頭制成的釘子
用于氣動釘槍的LignoLoc木質(zhì)排釘,由高密度山毛櫸木材壓制,并采用酚醛樹脂壓縮而成。
木釘是世界上最古老的緊固件之一,但奧地利的貝克緊固件集團(tuán)利用其LignoLoc?整理木釘在產(chǎn)品上進(jìn)行了非常現(xiàn)代的創(chuàng)新。無頭釘子由直的、高密度的本土山毛櫸木制成,以酚醛樹脂壓縮,得到的木釘拉伸強(qiáng)度與鋁釘相似。使用一把特制的釘槍可將釘子釘入木頭。
在北美銷售貝克產(chǎn)品的FASCO美國公司產(chǎn)品銷售經(jīng)理Chad M. Giese說,木質(zhì)素釘子的一個(gè)優(yōu)勢是沒有熱傳遞。“它們只與它們固定的材料一樣具有導(dǎo)電性。”他說,“金屬釘從建筑物內(nèi)部向外部傳遞冷熱,反之亦然——這會產(chǎn)生冷凝,從而導(dǎo)致釘子周圍腐爛?!?br style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box;word-wrap:break-word !important;">
此外,木質(zhì)素釘子可以打磨或切割,而不會損壞施工過程中使用的任何鉆頭或鋸子。而且,將釘子釘入木頭會產(chǎn)生“木質(zhì)素焊接”,當(dāng)釘子摩擦產(chǎn)生的熱量融化木質(zhì)素時(shí),就會形成一種化學(xué)鍵。木質(zhì)素是一種存在于木材細(xì)胞壁中的有機(jī)聚合物。
LignoLoc釘子已被用于緊固交叉層壓木材以及生態(tài)家具和高端綠色建筑的生產(chǎn)。木托盤制造商是另一個(gè)潛在的市場,因?yàn)樗麄兛梢栽谑褂煤蠓鬯槠洚a(chǎn)品而無需提前去除金屬。(來源:榮格)