Источник: techxplore.com, перевод: Хроники Обухова,
Это открытие предлагает более экологичную альтернативу традиционным композитам, таким как углеродное волокно, стекловолокно или кевлар, которые базируются на синтетических волокнах и энергоемких процессах производства. Результаты этого исследования ученые опубликовали в научном издании "Журнал натуральных волокон" (Journal of Natural Fibers).
Внутри плоских подушечек кактуса содержится естественная сеть волокон, которая образует сотовую структуру, помогающую растению поддерживать собственный вес и противостоять сгибанию во время сильного ветра. Эта работа является первым результатом длительного международного исследовательского сотрудничества, возглавляемого доктором Фульвио Пинто из Центра регенеративного дизайна и инженерии для чистого позитивного мира и Катанийским университетом на Сицилии. Использование отходов опунции, которая быстро растет в жарких и сухих условиях, позволяет избежать экологических затрат, связанных с выращиванием других растительных культур вроде льна и конопли.
Преобразование кактусных отходов в жизнеспособный строительный материал зависит от отделения полезных волокон без повреждения их естественной структуры. Ученые сравнили два метода экстракции: традиционное мочение в воде в течение нескольких недель и промывание под переменным давлением воды, что сокращает время обработки примерно на 90%. Хотя мочение является более медленным процессом, команда обнаружила, что оно дает более чистые и прочные волокна. Также выяснилось, что волокна, извлеченные из более старых подушечек кактуса, оказались более прочными и легкими для отделения, чем сырье из молодых растений.
При смешивании с пластиком кактусовые волокна делают материалы заметно более жесткими и прочными, особенно при сгибании или легких ударах. Полученные композиты хорошо продемонстрировали себя при температурах, используемых в низкотемпературном производстве, хотя они не подходят для очень высокотемпературных или высоконагруженных сфер. По своим характеристикам они вполне сопоставимы с другими растительными материалами и лучше всего подходят для легких конструкций с низкой нагрузкой, где низкая стоимость и минимальное воздействие на окружающую среду являются более приоритетными, чем экстремальная прочность.
Потенциальными сферами применения нового сырья разработчики называют ненесущие стеновые панели, легкую облицовку, компоненты интерьера автомобилей и даже спортивное снаряжение, например, основы для досок для серфинга. Кроме механической жесткости, эти композиты имеют эстетический вид, поскольку естественная сотовая структура кактуса остается заметной в конечном продукте. Изображение этого инновационного материала уже демонстрировалось на железнодорожном вокзале Бат-Спа в пределах университета, подчеркивая пересечение инженерии и устойчивого искусства.
Дальнейшие исследования будут направлены на изучение того, как именно эти волокна соединяются с обычными строительными полимерами, а также на измерение их полных механических характеристик во время растяжения или изгибания. В рамках более широкой программы по устойчивым композитным материалам команда также исследует полностью биоосновные системы и масштабируемые пути производства. Это направление исследований имеет целью поддержать переход к низкоуглеродному строительству и открыть новые возможности для будущих разработчиков в сфере экологических материалов.
