Ekologický materiál - polymérny kompozit s konopným vláknom

Pri potulkách svetom materiálov môžete niekedy naraziť aj na celkom zaujímavé riešenia. Jedným z nich sú kompozity na báze polymér– konopné vlákno. Konopné vlákno začína byť zaujímavé hlavne z hľadiska trvalo udržateľného rozvoja a to aj z dôvodu relatívne obnoviteľného zdroja suroviny.  Vo svete sa začína zvyšovať záujem o prírodné vlákna a biopolyméry, a to z viacerých dôvodov. Na konci životného cyklu sú tieto technické materiály biodegradovateľné a pri ich spaľovaní je možné získať energiu (19 MJ/kg oproti 1,7 MJ/Kg pre sklenené vlákno) [1]. Majú nízku hustotu, sú húževnaté a majú dobrú teplotnú odolnosť [2]. Vo všeobecnosti sa dá povedať rôzne materiály spevnené prírodnými vláknami vykazujú uspokojivé mechanické vlastnosti pri nízkej špecifickej hmotnosti (hustote). Na druhej strane existujú ich vlastnosti ako nekompatibilita s polymérnymi matricami, tendencia vytvárať zhluky počas spracovania, nízka odolnosť voči vzdušnej vlhkosti, ktoré týmto materiálom znižujú aplikačný potenciál.

Tieto materiály sú používané pre nekonštrukčné aplikácie v automobilovom priemysle, spotrebičoch a baliacich produktoch. Ak je kombinované prírodné vlákno s polypropylénovou matricou, je možné získať kompozit, ktorý je vhodný na viaceré priemyselné aplikácie.

Demonštračný príklad kompozitu
Mechanické vlastnosti takýchto materiálov je možné demonštrovať na ukážke z literatúry [3]. Autori pripravili takýto kompozit pomocou technológie vstrekovania živice (tzv. RTM – Resin transfer molding). Táto technológia je tlaková technológia, kedy do uzavretej formy s predtvarovaným materiálom (v tomto prípade rohože z konopného vlákna) je vstreknutý polymérny materiál. Autori použili polyesterovú živicu Stypol 040-8086 . Pre porovnanie pripravili aj kompozit so skleneným vláknom. Na obrázku č.1 je vidno aký vplyv má podiel vlákien na medzu pevnosti.

Obrázok č.1 Vplyv hmotnostného podielu konopných vlákien na medzu pevnosti pripravených kompozitov

Pre porovnanie uvádzajú autori medzu pevnosti 85 MPa pre kompozit pripravený s 20 % hmotnostným podielom sklenených vlákien. Z uvedeného príkladu je zreteľné, že takto pripravené kompozity predstavujú určitú alternatívu kompozitov s priemyslene (chemicky) pripravenými vláknami, hlavne pre aplikácie v ktorých požiadavky nekladú veľký nárok na odolnosť voči statickému alebo dynamickému mechanickému namáhaniu.

Recyklácia kompozitov s konopným vláknom
Uvádzam príklad od iných autorov [1]. Venovali sa kompozitom na báze polypropylén/konopné vlákno. Recyklácia takýchto materiálov spĺňa EU direktívu 2000/53/EC (toto nariadenie ukladá povinnosť recyklovať 95% hmotnosti auta). Takýto kompozitný matriál je možné viacnásobne recyklovať, čiže živostnosť materiálu narastá[1]. Autori uvádzajú značné šetrenie vstupných materiálov (a tým aj celkový environmentálny dopad) pri znovupoužití kompozitu PP/konopné vlákno pri výrobe nového produktu. Je treba ma mať na zreteli, že takto vyrobený produkt má odlišné mechanické vlastnosti, hlavne ťažnosť.

[1] Alain Bourmaud, Antoine Le Duigou, Christophe Baley , What is the technical and environmental interest in reusing a recycled polypropylene - hemp fibre composite? , Polymer Degradation and Stability , p. 1732-1739,2011d.

[2] Mariano Pracella, Donatella Chionna, Irene Anguillesi, Zbigniew Kulinski, Ewa Piorkowska , Functionalization, compatibilization and properties of polypropylene composites with Hemp fibres ,
Composites Science and Technology, vol. 66, p. 2218-2230, 2006

[3] David Rouison, Mohini Sain, M. Couturier, Resin transfer molding of hemp fiber composites: optimization of the process and mechanical properties of the materials , Composites Science and Technology 66 , p. 895-906, 2006