3D打印生物復合材料有助于減少海洋塑料污染

導讀：海洋中塑料垃圾的處理一直以來都是環(huán)境保護領域的重要研究。幾十年來，海洋環(huán)境一直受到化石聚合物（絕大多數(shù)塑料產(chǎn)品）降解的影響，這些聚合物通過洋流流動積聚在海灘、海洋甚至北極海冰上。為了扭轉局面，生物基聚合物復合材料應運而生。這種化石資源的合適替代品可以滿足對海洋復合材料不斷增長的需求。



SeaBioComp
研究這些復合材料的是一個名為SeaBioComp的歐洲項目。為了減少塑料對生態(tài)環(huán)境的影響，制造能夠承受長期惡劣海洋環(huán)境的可再生材料成為了一項挑戰(zhàn)，SeaBioComp 開發(fā)了一種亞麻基熱塑性生物復合材料。該項目已經(jīng)3D打印了幾個初始原型產(chǎn)品，包括擋泥板和其他結構。研究表明，由生物聚合物和生物復合材料等天然原料制成的聚合物和復合材料被視為化石聚合物的潛在替代品，但對環(huán)境的影響較小，例如微塑料的形成。


△用于海事應用的一系列 SeaBioComp 演示產(chǎn)品。圖片由 SeaBioComp 提供。

SeaBioComp 在歐盟的Interreg 2 Seas計劃的共同資助下，自2019年以來一直積極尋求為海洋環(huán)境創(chuàng)造一種耐用的生物基復合材料，預算為410萬歐元（420 萬美元）。超過一半的資金來自歐洲區(qū)域發(fā)展基金（ERDF），該基金已經(jīng)資助了該地區(qū)其他與3D打印相關的項目，包括葡萄牙首個用于高性能和大尺寸金屬 3D 打印的機器人。在比利時紡織研究機構Centexbel的領導下，SeaBioComp 還在進行分析工作，以評估其材料的長期耐久性，以減少對海洋環(huán)境的生態(tài)影響。

生物復合材料
首先，該項目創(chuàng)造了一種自增強聚丙交酯（PLA）復合材料，該復合材料已制成適合壓縮成型的各種無紡布和機織布。其次，該團隊開發(fā)了一種新型亞麻增強 PLA 或丙烯酸 (PMMA) 增強復合材料，可通過柔性模具 (RIFT) 制造工藝下的樹脂灌注、壓縮成型和增材制造使用。

在對 SeaBioComp 開發(fā)的各種生物復合材料的機械性能進行廣泛測試后，研究人員和專家得出結論，這些材料接近并且在某些情況下比傳統(tǒng)的非生物基復合材料性能更好，例如片狀模塑復合材料 (SMC)目前能夠在海洋環(huán)境中使用。新型生物基產(chǎn)品已被證明使用與傳統(tǒng)產(chǎn)品相同的壓縮成型條件，同時工藝周期時間可以更短。

此外，該項目還以創(chuàng)造有助于減少對海洋環(huán)境影響的產(chǎn)品為目標，早期研究確定亞麻是最適合用作生物復合材料增強材料的天然植物纖維。亞麻在生長過程中吸收大量二氧化碳，并通過植物修復清潔土壤。這種使用植物提取，去除污染物的方法可以降低其在土壤中的生物利用度。

為了應對全球海洋污染源，SeaBioComp 的團隊將熱塑性聚合物、天然纖維和 3D 打印技術結合起來。除了擋泥板和其他結構外，SeaBioComp 還使用大規(guī)模增材制造技術來制造其他半工業(yè)產(chǎn)品，包括船泵和頂蓋。

3D打印生物復合材料
2020年，SeaBioComp 透露，它依靠荷蘭的工業(yè)制造商Poly Products的 FDM 打印機對生物符合材料進行了復雜結構的3D打印。


△SeaBioComp 使用 CEAD FDM 打印機演示了生物基熱塑性復合材料在各種海事應用中的使用。圖片由 CEAD 提供。

除了新材料的生態(tài)效益外，SeaBioComp 還認為 3D 打印是一種生態(tài)高效的制造工藝。與傳統(tǒng)產(chǎn)品制造相比：

●生物聚合物的3D打印具有很大的生態(tài)效率，因為它不需要模具，幾乎沒有生產(chǎn)浪費。

●它與項目開發(fā)的可持續(xù)材料兼容，并且 3D 打印產(chǎn)品在其使用壽命結束后可以回收利用。