Biocompuesto - Biocomposite

Alfombra interior de la puerta de un automóvil hecha con un biocompuesto de fibras de cáñamo y polietileno.

Un biocompuesto es un material compuesto formado por una matriz ( resina ) y un refuerzo de fibras naturales . La preocupación ambiental y el costo de las fibras sintéticas han llevado a la base del uso de fibra natural como refuerzo en compuestos poliméricos. La fase de matriz está formada por polímeros derivados de recursos renovables y no renovables. La matriz es importante para proteger las fibras de la degradación ambiental y el daño mecánico, para mantener las fibras unidas y transferir las cargas sobre ella. Además, las biofibras son los componentes principales de los biocomposites, que se derivan de orígenes biológicos, por ejemplo, fibras de cultivos ( algodón , lino o cáñamo ), madera reciclada , residuos de papel , subproductos del procesamiento de cultivos o fibra de celulosa regenerada (viscosa / rayón). El interés por los biocomposites está creciendo rápidamente en términos de aplicaciones industriales ( automóviles , vagones de ferrocarril , aeroespaciales , aplicaciones militares , construcción y embalaje ) e investigación fundamental, debido a sus grandes beneficios (renovables, baratos, reciclables y biodegradables ). Los biocomposites se pueden utilizar solos o como complemento de materiales estándar, como la fibra de carbono. Los defensores de los biocomposites afirman que el uso de estos materiales mejora la salud y la seguridad en su producción, son más livianos, tienen un atractivo visual similar al de la madera y son ambientalmente superiores.

Caracteristicas

Las fibras de madera se utilizan para producir biocomposites.

El diferencial para esta clase de compuestos es que son biodegradables y contaminan menos el medio ambiente, lo que es una preocupación para muchos científicos e ingenieros para minimizar el impacto ambiental de la producción de un compuesto. Son una fuente renovable, barata y en algunos casos totalmente reciclable. Una ventaja de las fibras naturales es su baja densidad, que se traduce en una mayor resistencia a la tracción y rigidez específicas que las fibras de vidrio, además de sus menores costes de fabricación. Como tal, los biocomposites podrían ser una alternativa ecológica viable a los compuestos de fibra de carbono, vidrio y artificiales. Las fibras naturales tienen una estructura hueca, lo que les confiere un aislamiento frente al ruido y al calor. Es una clase de materiales que se pueden procesar fácilmente y, por lo tanto, son adecuados para una amplia gama de aplicaciones, como embalaje, construcción (estructura de techo, puente, ventana, puerta, cocina ecológica), automóviles, aeroespacial, aplicaciones militares. , electrónica, productos de consumo e industria médica (prótesis, placa ósea, arco de ortodoncia, reemplazo total de cadera y tornillos y clavijas de composite).

Clasificación

Los biocompuestos se dividen en fibras no madereras y fibras de madera , todas las cuales presentan celulosa y lignina . Las fibras no madereras (fibras naturales) son más atractivas para la industria por las propiedades físicas y mecánicas que presentan. Además, estas fibras son fibras relativamente largas y presentan un alto contenido de celulosa, lo que proporciona una alta resistencia a la tracción y un grado de cristalinidad de celulosa, mientras que las fibras naturales tienen algunas desventajas porque tienen grupos hidroxilo (OH) en la fibra que pueden atraer moléculas de agua. y, por tanto, la fibra podría hincharse. Esto da como resultado huecos en la interfaz del material compuesto, que afectarán las propiedades mecánicas y la pérdida de estabilidad dimensional. Las fibras de madera tienen este nombre porque casi el 60% de su masa son elementos de madera. Presenta fibras de madera blanda (largas y flexibles) y fibras de madera dura (más cortas y rígidas), y tiene un bajo grado de cristalinidad de celulosa.

Las fibras de yute son una de las más utilizadas en la industria.
Clasificación de biocomposites
Biocompuestos / biofibras
Fibras naturales no madereras Fibras de madera
Fibras de paja Líber Hoja Semillas / frutos Fibras de pasto --------------- Reciclado
Ejemplos
Arroz, trigo, pajitas de maíz Kenaf, lino, yute, cáñamo Fibra de henequén, sisal, penneaple Algodón, bonote, coco Bambú, fibra de bambú, pasto, pasto elefante Maderas blandas y duras Fibras de periódicos, revistas

Las fibras naturales se dividen en fibras de paja , líber , hojas , semillas o frutos y fibras de pasto . Las fibras más utilizadas en la industria son el lino , el yute , el cáñamo , el kenaf , el sisal y el bonote . Las fibras de paja se pueden encontrar en muchas partes del mundo y es un ejemplo de refuerzo de bajo costo para biocomposites. Las fibras de madera pueden reciclarse o no reciclarse. Por lo tanto, muchos polímeros como polietileno (PE), polipropileno (PP) y cloruro de polivinilo (PVC) se utilizan en las industrias de compuestos de madera.

Aplicaciones de lino

Los compuestos de lino y lino funcionan bien para aplicaciones que buscan una alternativa más liviana a otros materiales, más notablemente, aplicaciones en componentes interiores de automóviles y equipos deportivos. Para los interiores de automóviles, Composites Evolution ha realizado pruebas de prototipos para el Land Rover Defender y el Jaguar XF, con el compuesto de lino del Defender un 60% más ligero que su contraparte de producción con la misma rigidez, y el compuesto de lino del XF un 35% más ligero que el componente de producción. a la misma rigidez

En equipamiento deportivo, Ergon Bikes produjo un concepto de sillín que ganó el primer lugar entre 439 participantes en la categoría Accesorios en la Eurobike 2012, una importante feria comercial de la industria del ciclismo. VE Paddles ha producido una pala de paleta para botes. Flaxland Canoes ha desarrollado una canoa que tiene una cubierta de lino. Magine Snowboards ha desarrollado una tabla de snow que incorpora lino de lino. Samsara Surfboards ha producido una tabla de surf de lino. El Lynx de Idris Ski ganó un premio ISPO en 2013 por el esquí Lynx

Los compuestos de lino y lino también funcionan para aplicaciones para las que se desea el aspecto, tacto o sonido de la madera, pero sin susceptibilidad a deformaciones. Las aplicaciones incluyen muebles e instrumentos musicales. En mobiliario, un equipo de la Universidad de Sheffield Hallam diseñó un gabinete con materiales totalmente sostenibles, incluida la ropa de lino. En instrumentos musicales, Blackbird Guitars ha producido un ukelele hecho con lino que ha ganado varios premios de diseño en la industria de composites, así como una guitarra.

Compuestos verdes

Los composites verdes se clasifican como biocompuestos combinados por fibras naturales con resinas biodegradables . Se denominan compuestos ecológicos principalmente por sus propiedades degradables y sostenibles, que pueden eliminarse fácilmente sin dañar el medio ambiente. Debido a su durabilidad, los compuestos verdes se utilizan principalmente para aumentar el ciclo de vida de productos con una vida corta.

Compuestos híbridos

Otra clase de biocompuesto se llama 'biocompuesto híbrido', que se basa en diferentes tipos de fibras en una sola matriz. Las fibras pueden ser sintéticas o naturales y pueden combinarse aleatoriamente para generar los compuestos híbridos. Su funcionalidad depende directamente del equilibrio entre las buenas y malas propiedades de cada material individual utilizado. Además, con el uso de un compuesto que tiene dos tipos más de fibras en el compuesto híbrido, una fibra puede apoyarse sobre la otra cuando está bloqueada. Las propiedades de este biocompuesto dependen directamente de las fibras contando su contenido, longitud, disposición y también la unión a la matriz. En particular, la resistencia del compuesto híbrido depende de la deformación por rotura de las fibras individuales.

Aplicaciones de cáñamo

Los compuestos de fibra de cáñamo funcionan bien en aplicaciones donde la reducción de peso y el aumento de la rigidez son importantes. Para buenas aplicaciones de consumo, Trifilon ha desarrollado una serie de biocompuestos de fibra de cáñamo para reemplazar los plásticos convencionales. Las maletas, refrigeradores, fundas para teléfonos móviles y envases de cosméticos se han fabricado utilizando compuestos de fibra de cáñamo.

  • Maleta de material compuesto de fibra de cáñamo

  • Compuesto de fibra de cáñamo - envases cosméticos

  • Compuesto de fibra de cáñamo - funda para teléfono móvil

Procesando

Proceso de composición, los materiales biocompuestos basados ​​en polímeros termoplásticos como el polipropileno y el polietileno se procesan mediante composición y extrusión.

La producción de biocomposites utiliza técnicas que se utilizan para fabricar materiales plásticos o compuestos. Estas técnicas incluyen:

Referencias

Bibliografía