Полимеры, армированные углеродными или стеклянными волокнами, которые часто называют полимерными композитами, широко используются при изготовлении деталей кузова автомобилей — от бамперов до внутренних панелей.
Сегодня есть большой запрос заменить эти армирующие материалы на растительные волокна, потому что они дешевы, доступны в большом количестве и экологичны, но часто плохо сцепляются с полимером и впитывают слишком много влаги, из-за чего композиты разбухают.
Исследователи из Pacific Northwest National Laboratory (PNNL, США, Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория) нашли способ повысить влагостойкость, прочность на разрыв и взаимодействие волокон с полимером, погрузив волокна конопли и джута в водную суспензию с массовой долей 40% карбоната кальция (CaCO3), который содержится в известняке, морских ракушках и антацидных таблетках.
Снимки волокон конопли (вверху) и джута (внизу), полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, демонстрируют необработанные (слева) и обработанные (справа) волокна. Волокна, обработанные карбонатом кальция, имеют более шероховатую поверхность и лучше разделяются при растяженииИзображение: ACS Omega
После высыхания на волокнах остались частицы карбоната кальция, распределенные по их поверхности. Обработанное конопляное волокно впитало всего около 5% воды от своего веса, а джутовое — около 3%. Предел прочности на разрыв вырос примерно с 498 до 904 МПа у конопли и с 539 до 960 МПа у джута.
По словам Дунии Бушаб (Dounia Boushab), инженера-механика из PNNL и первого автора статьи, повышенная шероховатость поверхности также способствует сцеплению волокна с полимером. При этом карбонат кальция покрывает поверхность, но не вступает в химическое взаимодействие с волокном.
Это отличает его от предыдущего метода обработки натуральных волокон с использованием гидроксида натрия, который удаляет такие компоненты, как лигнин и поверхностные масла. По словам разработчика, этот метод «химически агрессивный и может привести к разрушению волокна».
Проект был сосредоточен на основных армирующих волокнах, используемых в автомобильной промышленности, но, по словам Дунии Бушаб, «этот метод укрепления должен работать и с другими растительными волокнами, например хлопком». Исследование опубликовано на ресурсе ACS Omega 2026, DOI: 10.1021/acsomega.6c00108.