Прочность материалов необычайно повысилась за счёт целлюлозы и листьев ананаса

Учёные из Таиланда, Франции и Сингапура получили новаторские результаты из давно известных составляющих. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nanomaterials, учёные углубились в мир крошечных волокон, известных как целлюлозные нановолокна (CNF), чтобы увидеть, как они могут сделать материалы прочнее. Специалисты сосредоточились на создании композитов с использованием длинных волокон из листьев ананаса (PALF) и эпоксидной смолы.


Чтобы добиться единообразия в опытах, они всегда брали 20% PALF, но варьировали количество CNF на уровне 1%, 3% и 5% от эпоксидной смеси. Композиты тщательно формировали вручную путём наложения слоёв.

Чтобы изучить свойства различных комбинаций, они сравнили композиты, армированные тремя способами: только CNF, только PALF и смесью CNF и PALF. Добавление крошечных волокон CNF в эпоксидную смолу очень мало повлияло на её гибкость и прочность. Однако, когда экспериментаторы добавили всего 1% CNF, то ударная вязкость возросла примерно до 115% по сравнению с использованием только эпоксидной смолы. А когда они увеличили количество CNF до 3% и 5%, ударная вязкость снизилась и стала такой же, как при использовании чистой эпоксидной смолы.

Для дальнейшего исследования они изучили повреждённые поверхности композитов под мощным микроскопом. И обнаружили, что по мере разрушения композитов поверхность из гладкой становится намного грубее.

По-настоящему захватывающая серия опытов началась, когда коллектив авторов использовал эпоксидную смолу с 20% PALF: гибкость и прочность значительно возросли. Гибкость улучшилась примерно на 300%, а прочность увеличилась на поразительные 240% по сравнению с использованием только эпоксидной смолы. Но это ещё не всё: ударная вязкость композитного материала выросла до невероятных 700% по сравнению с использованием чистой эпоксидной смолы.

При комбинировании CNF и PALF в композитах исследователи не наблюдали значительных изменений в гибкости и прочности по сравнению с использованием только PALF. Однако произошло заметное улучшение ударной вязкости. Когда они использовали эпоксидную смолу всего с 1% CNF, ударная вязкость возросла примерно до 220% по сравнению с использованием 20% эпоксидной смолы PALF, или на умопомрачительные 1520% по сравнению с использованием только чистой эпоксидной смолы.

Результаты научной работы ясно показали, что значительное увеличение ударной вязкости было достигнуто за счёт комбинированного воздействия CNF и PALF, то есть и целлюлозных нановолокон, и волокон из листьев ананаса.