Углеродное волокно может быть прочным и легким, но это также дорого. Однако южноафриканские ученые разработали более дешевую и устойчивую альтернативу, в которой углеродные волокна заменяются волокнами, извлеченными из растений овощных сортов бананов (плантанов).
Плантан (франц. plantain) — крупные овощные бананы, которые перед употреблением в пищу, как правило, требуют термической обработки. Термином «плантан» чаще всего обозначают сорта бананов, имеющих крупные плоды с зелёной или серо-зеленоватой кожурой и крахмалистой, жёсткой и несладкой мякотью. Перед употреблением в пищу их жарят, варят или обрабатывают паром. Они широко используются также в качестве корма для домашнего скота. Во главе с профессором Тьен-Чиеном Дженом (Tien-Chien Jen), исследователи из Йоханнесбургского университета начали с получения «псевдостеблей» плантанов вида Musa Paradisiaca из собранных в Нигерии культур - эта часть растения несъедобна и обычно просто выбрасывается.
Затем процесс, известный как водоотталкивание, использовался для отделения отдельных волокон, составляющих эти стебли( в методе, пучки стеблей погружают в воду, и вода, проникая в центральную часть стебля, набухает во внутренних клетках, разрывая самый наружный слой). Затем эти волокна замачивали в 3-процентном растворе едкого натра в течение четырех часов, сушили, обрабатывали высокочастотным микроволновым излучением в течение двух минут, а затем рассыпали рассредоточенно в этаноле, чтобы они не «спутались».
В результате волокна были лучше способны связываться с эпоксидной смолой, которая также содержала небольшое количество многостенных углеродных нанотрубок. Лучшей смесью была комбинация из одной части плантановых волокон и четырех частей смолы / нанотрубок, при этом трубки составляли всего 1 процент массы материала. Эту смесь помещали в форму и прессовали при комнатной температуре в течение 24 часов.
Когда образцы полученного композита были подвергнуты лабораторным испытаниям, оказалось, что они намного жестче и прочнее, чем куски смолы того же размера сами по себе. Более конкретно, композит имел на 31% больше прочности на растяжение и на 34% больше прочности на изгиб. Более того, он также показал лучшую ударную вязкость и теплопроводность.
Диаграмма, показывающая источник, обработку и конечное использование волокон плантанов. Фото: University of Johannesburg
Теперь есть надежда, что, как только технология будет развиваться дальше, материал сможет найти применение в таких областях, как автомобильная промышленность.
«Использование автомобильных деталей, изготовленных из этих композитов, может снизить массу автомобиля», - говорит доктор наук Патрик Эхи Имоисили (Patrick Ehi Imoisili). «Это может привести к повышению эффективности использования топлива и безопасности. Эти компоненты не будут ржаветь или корродировать, как металлы. Кроме того, они могут быть жесткими, долговечными и легко формоваться».
И это, конечно, не первый раз, когда мы видели композитный материал, изготовленный из волокон, собранных из сельскохозяйственных отходов. Примеры других исходных растений включают ананас, агаву и пшеницу.
Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале материаловедения и технологии Journal of Materials Research and Technology.
Источник: New Atlas / University of Johannesburg via EurekAlert