Слоеный пирог: как биокомпозиты делают производство экологичнее?

Композитные материалы прочнее, легче, крепче обычного металла или пластика. Из них строят дома, дороги, мебель — даже самолеты. В последнее время композиты стали решать дополнительную задачу: они делают производство натуральнее и экологичнее.

Homo Science

Что такое композитные материалы и чем они лучше обычных?

Композиты создают из разных материалов, чтобы получить новые свойства. Например, можно сделать одновременно легкий и крепкий материал из не особенно крепких на первый взгляд компонентов. Популярный стройматериал ДСП (древесно-стружечная плита) — композит из древесной стружки, смешанной со специальным связующим веществом. Ни стружка, ни связующее вещество сами по себе не подходят для сборки шкафа, но их смесь под горячим прессованием рождает недорогой, легкий и крепкий материал. А композиты из тонких волокон и полимерных смол — стеклопластик и углепластик — настолько прочные и при этом легкие, что заменяют металлы в космо- и авиастроении.

Из чего состоят композиты? 

Внутри композита принято выделять матрицу и армирующий, то есть укрепляющий, материал — наполнитель. Например, в составе ДСП древесная стружка — это «арматура», а связующая смесь — матрица. Бетон тоже композитный материал, с матрицей из цементной смеси и арматурой из песка и мелких камней. В углепластике матрица — смесь полимерных смол, а армирующий материал — сетка из углеродных волокон.

Композиты может создать только человек?  

Нет! Примеры композитных материалов можно найти и в природе. Например, человеческие зубы — композит, состоящий из дентина и эмали. Эмаль — это очень прочный, но ломкий материал. Дентин мягкий, легче подвергается гниению, зато более эластичный. Эластичность дентина обеспечивает равномерное распределение жевательной нагрузки и предохраняет эмаль от разрушения.

Что такое биокомпозиты? 

У многих промышленных композитов есть проблема: они не экологичны. В отличие от обычных металла, пластика или дерева, — их нельзя переплавить или использовать заново. Очень трудно отделить матрицу от арматуры, чтобы экологично утилизировать или переработать старую композитную деталь. 

На помощь приходят биокомпозиты — материалы из натуральных смол и волокон. Они относительно дешевы и в некоторых случаях полностью пригодны для повторного использования. В качестве укрепляющего материала в биокомпозитах чаще всего применяется лен. Также можно использовать хлопок, коноплю, переработанную древесину, макулатуру.

Где применяют биоразлагаемые композиты? 

Биокомпозиты все чаще используют в промышленности: автомобилестроении, производстве потребительских товаров и строительстве. Однако производители протезов, аэрокосмическая и даже военная промышленность тоже проявляют большой интерес к биокомпозитным материалам. Например, в авиации применяют бамбуковые композиты и невероятно легкие материалы на основе паутины.

В России крупнейшим производителем композитов из углеродных волокон является компания ЮМАТЕКС Госкорпорации Росатом. Продукцию ЮМАТЕКС такие легкие и прочные композиты используются в широком спектре направлений, начиная от авиа- и автомобилестроения и заканчивая созданием дизайнерских вещей и предметов интерьера. 

В 2018 году студентам Технического университета Эйндховена в Нидерландах удалось построить прототип целого биоразлагаемого электромобиля. Кузовные панели, шасси и детали интерьера машины были выполнены из биокомпозитов, в основе которых были лен и сахар. 

Можно ли купить биокомпозиты в обычном магазине? 

Биоразлагаемые композиты отлично попали в тренд осознанного потребления, и модные бренды начали выпускать вещи из биокомпозитов. Особенно успешно легкость биокомпозитов нашла применение в разработке обуви, например кроссовок.

Еще один пример обуви из композитных материалов - кроссовки из Mylo, композитного материала на основе грибов. Выращенный в лаборатории и предназначенной для имитации лесной подстилки, Mylo создается из мицелия, подземных корней грибов. В результате получается гибкая, дышащая ткань, очень похожая на кожу животных.

Биокомпозиты также используют в производстве одежды. В 2019 году бренд The North Face выпустил лыжную куртку, содержащую биоразлагаемые волокна, похожие на паутинный шелк. Текстиль, используемый в куртке, является водонепроницаемым и дышащим.

А в этом году биокомпозитные вещи появились и в коллекциях Nike. В компании разработали материал Nike Forward, состоящий из пластиковых хлопьев, соединенных вместе с помощью иглопробивных машин. Эти машины обычно используются для получения нетканых материалов — они соединяют волокна методом валяния.

Первая вещь из нового материала Nike — серая толстовка — содержит целых пять композитных слоев. Экологичность вещи не поддается сомнению: она не менее чем на 70% состоит из переработанных материалов, в основном — пластиковых бутылок. А производство материала с помощью иглопробивных машин позволяет исключить несколько традиционных этапов изготовления ткани, что снижает выбросы парниковых газов и использование воды при производстве.

Комментарии 0
Авторизуйтесь , чтобы оставить комментарий

Стань частью сообщества Homo Science!

Зарегистрируйся чтобы получить 350 приветственных
баллов и открыть полный доступ к курсам,
тренажерам и конкурсам.