Que sont les composites de fibres naturelles ? Notions de base, applications et futurs potentiels

Présentation

1. Introduction

2. Composites polymères à fibres naturelles

3. Fibres naturelles

4. Polymères :Thermodurcissables et thermoplastiques

5. Caractéristiques de base

6. Paramètres affectant les NFPC

7. Applications NFPC

8. Fonction forçage pour adoption

9. Conclusion

Introduction

Il y a eu une sensibilisation rigoureuse des consommateurs aux nouveaux produits issus de sources renouvelables au cours des dernières années. Le marketing vert, les nouvelles opinions sur le recyclage, l'influence sociale et le changement des valeurs cognitives ont conduit les consommateurs vers des résultats respectueux de l'environnement. Plus précisément, les matériaux composites sont développés et repensés pour améliorer et adapter les produits traditionnels et introduire de nouveaux produits de manière durable et responsable.

Cet article les dernières tendances publiées dans le contexte des composites polymères à fibres naturelles tout en fournissant un aperçu des fibres naturelles, des polymères en mettant en évidence leurs propriétés et leurs applications

Fibre-polymère naturel Composites

Polymère de fibre naturelle Les composites (NFPC) sont des matériaux composites constitués d'une matrice polymère incrustée de fibres naturelles à haute résistance.

Fibre naturelle dans les composites

Fibres naturelles sont produits par les plantes, les animaux et les processus géologiques. Ils peuvent être utilisés comme composant de matériaux composites, où l'orientation des fibres impacte les propriétés. Dans le tableau ci-dessous, quelques évolutions réussies de la fibre naturelle sont couvertes et comparées à la fibre de verre E dans la propriété.

Pendant la conception du composite pièces, le choix du renfort est l'une des premières décisions importantes à prendre. Lorsque vous choisissez le bon renfort pour votre application, vous ne devez pas ignorer les fibres naturelles comme une option viable jusqu'à ce qu'elles soient exclues en fonction de vos besoins, car elles apportent la durabilité à la production globale. Cependant, il y a quelques propriétés clés que vous devez prendre en considération avant de prendre une décision. Dans le tableau ci-dessous, certains avantages et inconvénients comparatifs des fibres naturelles sont mis en évidence.

Polymères :Thermodurcissable et thermoplastiques

Un autre composant clé des NFPC sont des polymères qui maintiennent ensemble les fibres naturelles. Habituellement, pour les applications structurelles, les polymères peuvent être classés en deux catégories principales, les thermoplastiques et les thermodurcissables.

Structure moléculaire des polymères thermoplastiques et thermodurcissables

La structure des matériaux matriciels thermoplastiques se compose de molécules à une ou deux dimensions, de sorte que ces polymères ont tendance à s'assouplir dans une plage de chaleur élevée et à réduire leurs propriétés tout au long du refroidissement.

De l'autre main, les thermodurcissables peuvent être définis comme des polymères hautement réticulés qui sont durcis en utilisant uniquement de la chaleur ou en utilisant de la chaleur et de la pression et une irradiation lumineuse. Cette structure confère aux polymères thermodurcissables de bonnes propriétés telles qu'une grande flexibilité pour adapter les propriétés ultimes souhaitées, une grande résistance et un module.

Les thermoplastiques sont largement utilisé pour les NFPC car ils peuvent être réutilisés plusieurs fois alors que le polymère thermodurcissable doit soit passer par un processus chimique, soit être incinéré pour être éliminé.

Caractéristiques de base

Les propriétés de les composites de fibres naturelles se différencient les uns des autres. Selon des rapports antérieurs, en raison de différents types de fibres, de sources et de conditions d'humidité. Les performances des NFPC dépendent de facteurs tels que la composition mécanique, l'angle microfibrillaire, la structure, les défauts, les dimensions des cellules, les propriétés physiques, les propriétés chimiques et l'interaction d'une fibre avec la matrice.

Propriétés des composites de fibres naturelles pour les applications d'ingénierie structurelle

Étant donné que chaque produit sur le marché présente des inconvénients similaires, les composites polymères renforcés de fibres naturelles présentent également des inconvénients. Les joints entre fibre naturelle et matrice polymère sont un problème pris en considération en raison de la distinction de structure chimique entre ces deux phases. Cela conduit à un transfert de contrainte inefficace lors de l'interface des NFPC.

Les fibres naturelles comprennent un groupe actif nommé groupe hydroxyle, rendant les fibres hydrophiles. NFPC, une liaison interfaciale plus faible se produit entre les fibres naturelles hydrophiles et les matrices polymères hydrophobes en raison du groupe hydroxyle dans les fibres naturelles. Il pourrait produire des NFPC avec des propriétés mécaniques et physiques douces.

Paramètres affectant les NFPC

Différents facteurs peuvent affecter les caractéristiques et les performances des NFPC. La nature hydrophile de la fibre naturelle et la charge de fibre ont également un impact sur les propriétés du composite. Habituellement, une charge élevée en fibres est nécessaire pour atteindre les bonnes propriétés des NFPC.

Plages de décomposition thermique des constituants NFPC et effets ultérieurs sur les caractéristiques du constituant composite

Généralement, notez que l'augmentation de la teneur en fibres entraîne une amélioration des propriétés de traction des composites. Les paramètres de processus utilisés sont un autre facteur vital qui a un impact considérable sur les propriétés et les caractéristiques de surface des composites. Pour obtenir les meilleurs attributs de la production de composites, il convient de choisir rigoureusement les techniques et les paramètres de processus appropriés. La composition chimique des fibres naturelles affecte également de manière significative les caractéristiques du composite représentées par le pourcentage de cellulose, d'hémicellulose, de lignine et de cires.

Applications NFPC

Dans cette section , les applications où les fibres naturelles sont déjà utilisées, où elles peuvent être utilisées et l'avenir de leurs applications dans de nombreuses industries différentes sont présentées et discutées.

Industries automobiles

Dans l'automobile l'industrie, les composites NFPC sont éligibles pour les panneaux latéraux et avant des véhicules car ils ne sont pas des composants structurels principaux. Le coût et le poids des véhicules pourraient être partiellement réduits lorsque les composites NFPC remplaceraient les composites traditionnels en fibre de verre et l'aluminium dans ces composants.

Industries du génie civil

fibre naturelle- les composites de ciment pour les logements résidentiels ont été limités aux applications extérieures, telles que les parements et les toitures. Un matériau de revêtement protecteur supplémentaire sur ces structures est requis pour éviter les attaques par les intempéries.

Fonction forçage pour l'adoption

Diverses industries telles comme l'automobile, l'énergie, la construction et l'aérospatiale, entre autres, sont mis au défi par la société et les gouvernements de fabriquer des produits plus respectueux de l'environnement et de réduire leur dépendance aux combustibles fossiles. Dans cette optique, la Commission européenne a administré une « Directive européenne 2000/53/EG » visant à augmenter la réutilisabilité automobile à 85 % en 2005 pour un véhicule en poids. Ce pourcentage est passé à 95 % en 2015.

Ce type de codification est un facteur déterminant dans l'adoption des composites en fibres naturelles. Les fibres naturelles sont une option attrayante pour les industries pour relever les défis socio-économiques et environnementaux dans ce scénario.

Applications composites de fibres naturelles

En outre, l'utilisation de fibres naturelles créerait des opportunités d'emploi dans les zones rurales et moins développées, aidant ainsi à atteindre les objectifs de développement réalisables par les Nations Unies, à savoir la réduction de la pauvreté, la création d'une industrialisation globale et durable et la promotion de l'innovation, la création de villes et de communautés durables , et une production et une consommation responsables. Par conséquent, les fibres naturelles joueront un rôle vital dans le développement socio-économique de notre société.

Conclusion

Applications potentielles de NFPC

Indépendamment du fait que de nombreux facteurs affectent l'utilisation de fibres naturelles comme renfort dans les composites à base de polymères, la renouvelabilité et la compétitivité des coûts des fibres naturelles sont toujours attrayantes pour tous les secteurs d'activité pour explorer les opportunités de remplacer les matériaux traditionnels par des fibres naturelles. La valeur de la recherche dans cette direction est énorme car de nombreux problèmes n'ont pas encore été résolus. Il ne fait aucun doute que la conception de composites NFRP et le choix de leur processus de fabrication de manière appropriée les aideront à devenir l'un des matériaux de structure dominants dans les industries de l'ingénierie à l'avenir.

Sources

[1] Propriétés des composites de fibres naturelles pour les applications d'ingénierie structurelle

[2] Composites en fibres naturelles et leurs applications :un examen

À propos d'Addcomposites

Ajouter des composites est le fournisseur du système Automated Fiber Placement (AFP). Le système AFP peut être loué au mois pour fonctionner avec des thermodurcissables, des thermoplastiques, un placement de fibres sèches ou en combinaison avec des imprimantes 3D.