OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 269 MATERIAL SCIENCE экономическая целесообразность, легкий вес и экологичность, что делает их привлекательной альтернативой в различных областях применения. Упрочняющие компоненты в экологически чистых композиционных материалах Упрочняющие компоненты играют ключевую роль в производстве экологически чистых композитов, выступая в качестве несущих элементов, улучшающих механические свойства полимерной системы. Эти материалы имеют решающее значение для повышения надежности, а также общей прочности и жесткости композиционных материалов. В экологически чистых композитах в качестве упрочняющего компонента могут быть использованы натуральные волокна, такие как джут, лен, рами и сизаль. Эти биоволокна встроены в полимерную матрицу и образуют дисперсную фазу, которая поглощает нагрузку и повышает механическую целостность композита [5]. Характеристики и структура волокон зависят от нескольких факторов, включая объемную долю волокон, их ориентацию, форму и сцепление с матрицей. Волокна в матрице могут быть как ткаными, так и неткаными, при этом тканые узоры обычно состоят из непрерывных перпендикулярных нитей. В зависимости от их расположения в матрице воло́кна классифицируются как однонаправленные или двунаправленные. В зависимости от типа используемого волокнистого упрочняющего компонента экокомпозиты могут быть также разделены на материалы с непрерывными упрочняющими волокнами в однонаправленной и двунаправленной формах и материалы с дисперсными упрочняющими волокнами [6]. Натуральные волокна бывают различных типов, включая лубяные волокна, волокна листьев, семян, плодов и стеблей. Понимание химического состава и поверхностного адгезионного сцепления этих волокон имеет значение для оптимизации эксплуатационных характеристик композитов, армированных натуральными волокнами. Ключевыми элементами этих волокон являются целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, пектин, воски и водорастворимые вещества. Несмотря на свои преимущества, натуральные растительные волокна имеют ряд недостатков – например, высокое влагопоглощение, что может привести к разбуханию волокон и изменению размеров конечного композитного материала. Кроме того, неправильная геометрия натуральных волокон создает проблемы при моделировании и прогнозировании поведения экологически чистых композитов. Эти факторы необходимо тщательно контролировать, чтобы в полной мере использовать потенциал натуральных волокон в экологически чистых композитах [7]. Матрицы в экологически чистых композиционных материалах В экологически чистых композитах матрица играет важнейшую роль как однородная фаза, определяющая общие свойства композита. Она выступает в качестве конечного компонента в структуре композита, закрепляя упрочняющие волокна на месте, формируя структуру и равномерно распределяя нагрузку по всему композиту [8]. Механические характеристики экологически чистого композита в значительной степени зависят от свойств полимерной матрицы. Существует два основных типа матриц, используемых в экологически чистых композитах: термопласты и термореактопласты. Как правило, в состав термореактивных материалов входят фенолы и сложные полиэфиры, а в качестве термопластов обычно используются поливинилхлорид, полипропилен и полиэтилен. Применение этих материалов вместо традиционных обусловлено улучшением специфических свойств композитов [9]. Помимо того что матрица обеспечивает структуру, она также предотвращает истирание и появление новых дефектов поверхности. Матрица сохраняет расположение волокон, позволяя композиту деформироваться под нагрузкой, передавая и равномерно распределяя напряжение по волокнам. Выбор материалов матрицы может варьироваться от полученных из нефти бионеразлагаемых полимеров, таких как эпоксидные смолы, полиэтилен и полипропилен, до биополимеров – например, эпоксидных смол, полигидроксибутирата и PLA. Эти полимеры определяют эффективность и воздействие на окружающую среду экологически чистых композитов, в которых широко используются полиэтилен, полипропилен и полимолочная кислота [10].
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1