الیاف طبیعی

اليافي كه از منابع طبيعي مانند معادن، حيوانات و گياهان بدست مي‌آيند، در گروه الياف طبيعي قرار مي‌گيرند. مصريان باستان از كامپوزيتهاي الياف طبيعي آجر، ظروف سفالي و قايقهاي كوچك مي‌ساختند. يك قرن پيش توليد تقريباً تمام وسايل و بسياري از محصولات فني از الياف طبيعي ساخته مي‌شد. پارچه، طناب، كرباس و كاغذ از الياف طبيعي مانند كتان، شاهدانه، سيسال و كنف ساخته مي‌شد.

مي‌توان الياف طبيعي را به سه دسته معدني، حيواني و گياهي تقسيم نمود.

الياف معدني: الياف اين گروه از سنگهاي معدني بدست مي‌آيند. به عنوان نمونه مي‌توان به آزبست اشاره نمود. آزبست مي‌تواند استحكام و سفتي كامپوزيت را بهبود ببخشد ولي استحكام ضربه را كاهش مي‌دهد. علاوه بر اين فرآيند آن مشكل است. امروزه استفاده از اين الياف بدليل ايجاد سرطان ريه در طولاني مدت، محدود و ممنوع شده است.

الياف حيواني: الياف بدست‌آمده از ارگانيسم‌هاي زنده، الياف حيواني ناميده مي‌شوند. به عنوان مثال، پشم از گوسفند اهلي بدست آيد. الياف ابريشم را كرم ابريشم مي‌سازد. ابريشم بر خلاف تمام الياف طبيعي ديگر از قبيل پنبه، كتان و پشم، يك ساختار سلولي ندارد و روش ساخت آن، شبيه الياف مصنوعي مي‌باشد. از الياف حيواني در ساخت كامپوزيتها استفاده نمي‌شود.

الياف گياهي: در بين الياف طبيعي، الياف گياهي بيشترين كاربرد را در كامپوزيتها دارند. بر اساس اينكه از كدام قسمت گياه گرفته شده‌اند، به سه دسته تقسيم مي‌شوند:

الياف ميوه: پنبه(cotton) نارگيل (coir ) وkapok
الياف پوست يا ساقه: كتان،كنف،(jute )، بوته شاهدانه (hemp) و رامي
الياف برگ: سيسال (sisal)،آناناس

درخت نارگيل	الياف نارگيل
گياه شاهدانه	الياف شاهدانه
گياه كنف	الياف كنف
گياه سيسال	الياف سيسال

الياف طبيعي از قديم در صنايع مختلف استفاده مي‌شده‌اند و پتانسيل كاربرد در صنايع رو به رشد كامپوزيتهاي مهندسي را دارا مي‌باشند. اگر چه جايگزيني مستقيم الياف شيشه با الياف طبيعي به راحتي امكان پذير نيست، اما خواصي كه اين الياف در مقايسه با شيشه از خود نشان مي‌دهند در بسياري جهات موجب برتري آنها مي‌شود:

1- ‌داراي منابع تجديد شونده
2- ‌امكان استحصال نامحدود
3- فوايد محيطي ناشي از ايجاد تعادل در توليد و مصرف گاز CO2
4- سبكي
5- بازيافت بهتر
6- كاهش فرسايش ابزار
7- بهبود بازگشت انرژي (recovery Energy Enhanced)
8- كاهش ناراحتي‌هاي پوستي و تنفسي
9- زيست تخريب بودن

b-1,4-Polyacetal ايزوتكتيك مي‌باشد. سلولز جامد، يك ساختار ميكروكريستالين با نواحي كريستالي و آمورف تشكيل مي‌دهد.

ليگنين: يك تركيب حلقويِ بيشتر سه بعدي، با جرم مولكولي بالاست كه فقط در مقادير جزئي مي‌تواند هيدروليز شود. خواص مكانيكي آن به وضوح پايين‌تر از سلولز مي‌باشد.

پكتين: نام كلي هتروپلي ساكاريدهاست كه اصولاً شامل اسيد پلي‌گالاكتورُن مي‌باشد. اين ماده تنها پس از خنثي سازي جزئي با قليا يا هيدروكسيد آمونيم قابل حل در آب مي‌باشد.

واكس: ماده‌اي كه مي‌توان آنرا با تركيبات آلي استخراج كرد ولي در آب غير قابل حل است.agent coupling) و كوپليمريزاسيون گرفت.

اصلاح سطح تاثيرمهمي درافزايش خواص كامپوزيت دارد. علاوه بر آن ممكن است حساسيت به رطوبت الياف را به حداقل برساند و دوام كامپوزيت را بيشتر كند.

توجه همگاني به شرايط محيطي علاقه‌مندي مجددي را در كاربرد الياف طبيعي ايجاد كرده است. بازيافت و لحاظ شرايط محيطي براي معرفي كامپوزيتهاي جديد به بازار از اهميت روز افزوني برخوردار است.

قوانين محيط زيستي و فشار مصرف كننده، باعث شده است كه توليد كنندگان مواد و قطعات، اثرات محصولات خود در محيط زيست را در تمام مراحل كار بسنجند. اين نكات باعث شده است در سالهاي اخير كارهاي زيادي در ساخت مواد كامپوزيتي بر پايه منابع تجديد پذير از جمله الياف طبيعي انجام بگيرد. اخيرا صنعت خودرو سازي به كاربرد كامپوزيتهاي الياف طبيعي به عنوان يك راه خدمت به محيط زيست و در عين حال رعايت مسايل اقتصادي، توجه جدي داشته است. كاربردهاي ديگر نيز در صنايع ساختمان در حال پيدايش هستند.

شرايط آب و هوايي، عمر و فرآورش نه تنها بر ساختار الياف، بلكه بر تركيبات شيميايي الياف اثر مي‌گذارد. اجزاء الياف طبيعي عبارتند از سلولز، ليگنين، پكتين، واكس و مواد محلول در آب.

سلولز: بخش اصلي تمام الياف گياهي

بايد توجه داشت كه بدليل حضور گروههاي آبدوست در الياف، رطوبت تأثير شديدي روي كامپوزيتهاي الياف طبيعي دارد. خشك كردن الياف به هنگام فرآيند ساخت اهميت فراواني دارد چرا كه رطوبت روي الياف به عنوان يك عامل جداساز در فصل مشترك الياف و رزين عمل مي‌نمايد. به همين جهت تمام روشهاي ساخت در دماهاي بالا انجام مي‌گيرد. وجود هرگونه رطوبت، باعث كاهش استحكام و سفتي كامپوزيت مي‌شود. اغلب الياف گياهي، 10 درصد رطوبت اسمي دارند كه پس از خشك كردن به 1 درصد كاهش مي‌يابد.

كيفيت فصل مشترك الياف و رزين نقش مهمي در تعيين مقبوليت الياف طبيعي به عنوان تقويت كننده مواد كامپوزيتي، دارد. به منظور بهبود چسبندگي الياف و رزين، روشهاي فيزيكي و شيميايي مختلفي وجود دارد. برخي اين روشها عبارتند از اصلاح توسط پلاسما و كرونا، اصلاح توسط تخليه الكتريكي، جفت كننده‌هاي شيميايي.