Tworzywa wzmocnione włóknami naturalnymi

Tworzywa wzmocnione włóknami naturalnymi to korzystna dla środowiska alternatywa syntetycznych tworzyw sztucznych.

Jednym z istotnych problemów dotyczących ochrony środowiska naturalnego jest gromadzenie odpadów stałych z tworzyw sztucznych, które są stałe i w większości niedegradowalne w krótkich okresach czasu. Tego typu odpady z tworzyw są m.in. uciążliwe ze względu na zajmowanie znacznej objętości nawet przy stosunkowo małym udziale masowym w ogólnym bilansie odpadów. Dlatego też walka z odpadami z tworzyw polega na usprawnieniu procesów ich likwidacji. Polimer lub tworzywo powinno nadawać się do wielokrotnego przetwarzania lub być degradowalne, a w szczególnych przypadkach usuwalne minimalnym nakładem kosztów. W tym tez celu w ostatnim czasie coraz większa uwagę przykłada się do rozwoju przyjaznych dla środowiska polimerów naturalnych, degradowalnych i biodegradowalnych i ich mieszanin. Wszystko to ma stanowić dobry substytut dla tworzyw sztucznych. Tym samym więc jednym z możliwych rozwiązań problemu odpadów, zwłaszcza nieprzydatnych do recyklingu czy spalania są tworzywa degradowalne.

Innym rozwiązaniem są też włókna roślinne jako napełniacze wzmacniające.

Napełniacze wzmacniające są to materiały, które wprowadzone do polimerów tworzą tzw. kompozyty o lepszych właściwościach mechanicznych. Napełniacze mogą występować w różnej postaci, najczęściej jednak w postaci proszków lub włókien. Cechy decydujące o tym, iż włókna roślinne stanowią ekologiczną alternatywę dla włókien szklanych i sztucznych przy wytwarzaniu tworzyw wzmacnianych są rozmaite. Jednak te najważniejsze, to ich dostępność, odnawialność, biodegradowalność, mała gęstość i poprawne właściwości mechaniczne.

Jeśli chodzi o wytwarzanie tworzyw wzmocnionych włóknami naturalnymi, to można w tym celu wykorzystać wiele metod przetwórstwa: wytłaczanie jedno- i dwuślimakowe, kalandrowanie, mieszanie i prasowanie, powlekanie, wtrysk, laminowanie ręczne, przesycanie pod- i nadciśnieniowe.

Analizując przykłady zastosowań tworzyw wzmocnionych włóknami naturalnymi należy zauważyć, że od wielu lat wytwarza się materiały kompozytowe z termoplastów, głównie z polietylenu i polipropylenu, napełniane materiałami organicznymi, np. mączką drzewną lub włóknami lignino-celulozowymi. Najczęściej jednak stosuje się włókna naturalne w celu wzmocnienia polimerów termoutwardzalnych z żywic poliestrowych, epoksydowych, fenolowych i melamino-fenolowych. Jednym z pierwszych tego typu kompozytów stosowanymi w technice były rury nawijane z włókna sizalowego i żywicy epoksydowej. Po raz pierwszy takie produkty stworzono już ponad 30 lat temu. Wykonanie takiego kompozytu było proste i łatwe, a koszty produktu małe. Otrzymane właściwości okazały się zadowalające.

Roślinne włókna naturalne są stosowane jako napełniacze termo- i duroplastów w kompozytach używanych w m.in. w przemyśle samochodowym.

Walory włókien naturalnych docenił już m.in. jeden z liderów w tej branży, czyli firma Daimler-Benz. Kilkanaście lat temu rozpoczęła ona trwający do dzisiaj program nazwany „zielonym mercedesem”. W jego ramach zawarto m.in. opcję mówiącą o możliwości wykonywania różnych części samochodowych z polimerów wzmocnionych włóknem lnu zamiast włókna szklanego. Chodziło tu m.in. o okładziny hamulców lub sprzęgieł, zderzaki.

Tego rodzaju wnętrze samochodu wykonane ze lnu z małą ilością polimeru mają wiele zalet w porównaniu z wykładzinami z włókien syntetycznyc. Dla przykładu możliwe jest tworzenie specyficznego mikroklimatu o właściwej wilgotności, bez substancji o szkodliwym działaniu lub nieprzyjemnym zapachu, wygłuszanie dźwięków, pochłanianie drgań, izolowanie ciepło. Ponadto nieduży ciężar kompozytów z włóknem lnianym umożliwia zmniejszenie ciężaru części i całego samochodu, a to wpływa na zmniejszenie zużycia paliwa.

Zespoły ds. badań i konstrukcji Volvo Cars biorą udział w tworzeniu wizji, w której do 2020 r. tekstylia i materiały w coraz większym stopniu będą wykorzystywały naturalne produkty odnawialne. Po dwóch latach prac rozwojowych Volvo Cars rozpoczęło pilotażową produkcję wykonanej z lnu półki bagażnika, biodegradowalnej w 100 proc. Półka ta zastąpi tradycyjną półkę poliestrową. Zastosowana tu łatwa do połamania i skompostowania płyta celulozowa ma mieć również lepsze właściwości redukujące hałas. Wizja samochodu Volvo Cars na 2020 rok zakłada także wymianę włókna szklanego na włókna naturalne w tworzywach sztucznych i żywicach.

Wymiana włókna szklanego na charakteryzujące się mniejszą gęstością włókno naturalne może przyczynić się do zmniejszenia masy materiałów użytych w całym samochodzie nawet o 30 proc., co przekłada się na mniejsze zużycie paliwa i niższy poziom emisji spalin.

Oprócz zmniejszenia wagi, korzyści ze stosowania włókien naturalnych obejmują też lepszą charakterystykę tłumienia, mniejsze ścieranie, wyższy stopień odzyskiwania materiałów wtórnych oraz większe bezpieczeństwo - w przypadku kolizji bocznych włókna naturalne bardzo wydajnie pochłaniają bowiem energię i nie pękają.