一艘德國(guó)制造的船、一座荷蘭的人行天橋和奧地利的木釘似乎沒(méi)有什么共同之處，但它們卻有一個(gè)重要的共同點(diǎn)：它們都是由生物復(fù)合材料制成的。在歐洲木材和天然纖維復(fù)合材料會(huì)議上，三位創(chuàng)新獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)哒故玖藢鹘y(tǒng)復(fù)合材料的強(qiáng)度、耐用性、輕量化與天然可再生資源的環(huán)境效益相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。
可持續(xù)發(fā)展的生物基復(fù)合材料
生物基復(fù)合材料是相對(duì)于化石基復(fù)合材料而言，是指利用可再生資源（動(dòng)物、植物和微生物）為原料，通過(guò)生物、化學(xué)以及物理等方法，或者與其他材料復(fù)合，在宏觀上組成具有新性能的材料。
生物基材料包括生物基平臺(tái)化合物、生物塑料、功能糖產(chǎn)品、木塑復(fù)合材料等，它具有傳統(tǒng)高分子材料不具備的綠色、環(huán)境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。其制品既包括日常生活中經(jīng)常能見(jiàn)到的生活用品，如包裝材料、一次性日用品等，也包括技術(shù)含量高、附加值高的藥物控制釋放材料和骨固定材料及人體組織修復(fù)材料等生物醫(yī)用材料等。
按可再生資源的利用方式，生物基復(fù)合材料可分為天然高分子生物基復(fù)合材料和合成高分子生物基復(fù)合材料。
天然高分子生物基復(fù)合材料，直接利用可再生資源的高分子材料，即生物基材料與生物基材料、生物基材料與廢舊高分子材料等制造的復(fù)合材料，以及生物基材料與硅酸鹽材料和玻璃纖維等無(wú)機(jī)物質(zhì)制造的復(fù)合材料，如木塑復(fù)合材料和木基陶瓷復(fù)合材料等。
合成高分子生物基復(fù)合材料，間接利用可再生資源，通過(guò)化學(xué)、生物化學(xué)的方法將可再生資源轉(zhuǎn)化為低分子量的化合物單體，并進(jìn)一步加工成可降解高分子材料、功能高分子材料、生物基膠黏劑等，如蛋白類膠黏劑、聚乳酸和生物聚乙烯等。
作為生物基復(fù)合材料原料的天然纖維，其成分包括各類纖維素、半纖維素、丹寧等天然多糖，表面是親水的，而生物基復(fù)合材料另外一大類原料為有機(jī)合成高分子樹脂，是表面疏水的。兩者的表面性能差異巨大，由于界面相互作用力弱、易產(chǎn)生缺陷，對(duì)形成復(fù)合材料不利。用這兩類原料生產(chǎn)復(fù)合材料，可以通過(guò)對(duì)纖維和樹脂進(jìn)行改性，提高界面之間的相互作用力的方法改善復(fù)合材料的性能。但復(fù)合材料界面性能有所改善后，沖擊等性能有所下降，而且并沒(méi)有在多種改性處理方法中找到最好的解決辦法。
生物基材料來(lái)源于自然界中動(dòng)、植物以及微生物資源，它們是取之不盡、用之不竭的可再生資源，已成為最有希望大規(guī)模替代石油資源，實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)性利用的新興材料之一。生物基復(fù)合材料用量的增加有助于降低對(duì)石油類不可再生資源持續(xù)增長(zhǎng)的需求，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境和資源的可持續(xù)發(fā)展。
根據(jù)PRESCIENT STRATEGIC INTELLIGENCE網(wǎng)最新市場(chǎng)預(yù)測(cè)，2017年全球生物復(fù)合材料市場(chǎng)價(jià)值達(dá)41.672億美元，預(yù)計(jì)到2023年將達(dá)到84.743億美元，預(yù)測(cè)期內(nèi)的復(fù)合年增長(zhǎng)率為12.8%。市場(chǎng)增長(zhǎng)受到諸如汽車行業(yè)對(duì)綠色復(fù)合材料需求增加和天然復(fù)合材料對(duì)環(huán)境影響較小等因素的推動(dòng)。
綠色航行
GreenBente24號(hào)船的特性包括生物復(fù)合材料中亞麻纖維的剛度、抗沖擊性和耐磨性等特性，而軟木有助于提供輕質(zhì)和防水性能。
Friedrich Johann Deimann創(chuàng)立了GreenBoats公司，并開發(fā)了玻璃纖維和苯乙烯基聚酯樹脂的替代品，這些樹脂通常用于造船。他在亞麻纖維、軟木和生物基（亞麻籽油）環(huán)氧樹脂中發(fā)現(xiàn)了環(huán)保、可行的替代品。
GreenBente24帆船采用80%可再生材料制成，并采用真空灌注。亞麻纖維提供剛度、減震、抗沖擊和耐磨性，而輕質(zhì)軟木則增加了防水性。其結(jié)果是這艘船在受損后不會(huì)發(fā)生斷裂，不會(huì)向水中釋放有毒物質(zhì)，也不會(huì)讓水進(jìn)入船體的復(fù)合夾層核心。Deimann補(bǔ)充道：“這些產(chǎn)品最后的觸感非常好。”
亞麻基復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度略小于玻璃纖維層壓板。但是亞麻纖維的密度只有玻璃纖維的一半，所以綠色船只的重量要少100磅。可再生生物材料對(duì)環(huán)境也更有利，因?yàn)樗鼈兛梢栽诤苌俚亩趸寂欧诺那闆r下進(jìn)行收獲及加工。
雖然GreenBente24比用環(huán)氧樹脂制成的類似高端游艇價(jià)格貴了15%到20%，但客戶需求穩(wěn)定。“第一批客戶已經(jīng)在德國(guó)的海洋和湖泊上愉快地航行了。”Deimann說(shuō)。其為船只開發(fā)的生物復(fù)合材料也被用于在歐洲生產(chǎn)旅行拖車。
通往未來(lái)的人行天橋
這座46英尺長(zhǎng)的人行天橋完全由大麻和亞麻等生物復(fù)合材料制成，每平方英尺可承載102磅重量。
荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)擁有世界上第一座完全由生物復(fù)合材料建造的人行天橋。這座46英尺長(zhǎng)的橋是由一個(gè)包括幾所地區(qū)大學(xué)和復(fù)合材料制造商組成的聯(lián)盟NPSP共同建造的。
這座橋重約3300磅，每平方英尺可承重102磅。其生物復(fù)合材料包括麻纖維和亞麻纖維。埃因霍溫大學(xué)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教授Patrick teuffer表示：“我們的想法是，亞麻纖維能夠滿足此類橋梁的機(jī)械要求。”纖維也很容易從項(xiàng)目的工業(yè)合作伙伴那里獲得。
為了制造橋梁，大麻和亞麻纖維被嵌入聚乳酸（PLA）泡沫芯層夾層內(nèi)，再用真空注射工藝注入生物樹脂。
該橋于2016年10月安裝在溪流上，橋上還包括28個(gè)傳感器，可以持續(xù)測(cè)量其強(qiáng)度、剛度和變形（蠕變行為）。大學(xué)的工作人員也在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)試橋梁材料的性能。
“關(guān)于這種生物材料長(zhǎng)期表現(xiàn)將如何還沒(méi)有太多的經(jīng)驗(yàn)。”Teuffel說(shuō)，“如果你真的打算讓這類項(xiàng)目持續(xù)10年、20年甚至60年，就必須確定一個(gè)不應(yīng)超過(guò)的壓力水平，以避免出現(xiàn)蠕變問(wèn)題。”該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得了建造一個(gè)小型生物復(fù)合材料館的撥款，并希望今年在埃因霍溫再建一座橋。“我相信在未來(lái)會(huì)有更多的應(yīng)用。”Teuffel說(shuō)。
木頭制成的釘子
用于氣動(dòng)釘槍的LignoLoc木質(zhì)排釘，由高密度山毛櫸木材壓制，并采用酚醛樹脂壓縮而成。
木釘是世界上最古老的緊固件之一，但奧地利的貝克緊固件集團(tuán)利用其LignoLoc®整理木釘在產(chǎn)品上進(jìn)行了非常現(xiàn)代的創(chuàng)新。無(wú)頭釘子由直的、高密度的本土山毛櫸木制成，以酚醛樹脂壓縮，得到的木釘拉伸強(qiáng)度與鋁釘相似。使用一把特制的釘槍可將釘子釘入木頭。
在北美銷售貝克產(chǎn)品的FASCO美國(guó)公司產(chǎn)品銷售經(jīng)理Chad M. Giese說(shuō)，木質(zhì)素釘子的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是沒(méi)有熱傳遞。“它們只與它們固定的材料一樣具有導(dǎo)電性。”他說(shuō)，“金屬釘從建筑物內(nèi)部向外部傳遞冷熱，反之亦然——這會(huì)產(chǎn)生冷凝，從而導(dǎo)致釘子周圍腐爛。”
此外，木質(zhì)素釘子可以打磨或切割，而不會(huì)損壞施工過(guò)程中使用的任何鉆頭或鋸子。而且，將釘子釘入木頭會(huì)產(chǎn)生“木質(zhì)素焊接”，當(dāng)釘子摩擦產(chǎn)生的熱量融化木質(zhì)素時(shí)，就會(huì)形成一種化學(xué)鍵。木質(zhì)素是一種存在于木材細(xì)胞壁中的有機(jī)聚合物。
LignoLoc釘子已被用于緊固交叉層壓木材以及生態(tài)家具和高端綠色建筑的生產(chǎn)。木托盤制造商是另一個(gè)潛在的市場(chǎng)，因?yàn)樗麄兛梢栽谑褂煤蠓鬯槠洚a(chǎn)品而無(wú)需提前去除金屬。（文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
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