8. ZNANSTVENO-STRUNO SAVJETOVANJE TEKSTILNA ZNANOST I GOSPODARSTVO 8th SCIENTIFIC-PROFESSIONAL SYMPOSIUM TEXTILE SCIENCE AND ECONOMY

26. sijenja 2015., ZAGREB, HRVATSKA / 26th January 2015, ZAGREB, CROATIA

116

TRADICIJSKI LAN ZA SIGURNU BUDUNOST

TRADITIONAL FLAX FOR SAFETY FUTURE

Ruica BRUNEK; Marijana PAVUNC & Edita VUJASINOVI Saetak: Danas, osim za izradu konvencionalnih tekstilnih proizvoda, lanena vlakna se sve vie koriste i za izradu biokompozitnih materijala razliite namjene. Razlog za to su specifina svojstva lanenih vlakana poput visoke vrstoe, otpornosti na toplinu, netaljivosti, niske gustoe, netoksinosti, biorazgradivosti, morfoloke posebnosti i nie cijene. Automobilska industrija, zahvaljujui Europskoj direktivi 2000/53/EC, predstavlja djelatnost koja se uvelike oslanja na upotrebu biokompozita kao strukturnih materijala pri emu lan sve vie dobiva na vanosti. Abstract: Except for the production of conventional textile products, today, flax fibers are increasingly used in making biocomposite material for various purposes. The reason for this are the specific properties of flax fibers such as high strength, heat resistance, infusible, low density, non-toxicity, biodegradability, morphological peculiarities and lower price. The automotive industry supported by the European Directive 2000/53/EC represents an industry that is now largely relied to the use of biocomposites as structural materials within which flax is gaining high importance. Kljune rijei: lan, vlaknima ojaani kompoziti, biokompoziti, automobilska industrija. Keywords: flax fibers, fibers reinforced composites, biocomposites, automotive industry. 1. Uvod Lan se ubraja meu najstarije kultivirane biljke svijeta [1]. Povijesno gledajui, lan se uzgajao ponajprije radi dobivanja vlakana, dok je proizvodnja lanenog sjemena imala manje znaenje iako se ono uspjeno koristilo za dobivanje hrane i lijekova. Danas, osim za izradu konvencionalnih tekstilnih proizvoda (odjee, stolnog i posteljnog rublje te drugih vrsta kuanskih tekstilija), lan se koristi i za proizvodnju tehnikog tekstila. Kroz tehniki tekstil, laneno vlakno nalazi svoje mjesto u: automobilskoj industriji, industriji papira, izradi zatitnog tekstila, graevinskoj industriji te u izradi kompozitnih materijala. Naime, laneno vlakno ima sva poeljna svojstva potrebna za izradu vlaknima ojaanih kompozita: relativno visoku toplinsku otpornost i vrstou, malu sklonost deformaciji, nisku gustou, a zbog specifine morfologije i dobra adhezijska svojstva s matricom. Sve to, kao i biorazgradivost, stavljaju lan ispred mnogih umjetnih vlakana u izradi vlaknima ojaanih kompozita naroito tzv. zelenih kompozita koji se u zadnje vrijeme favoriziraju u automobilskoj industriji [2, 3]. 2. Povijest upotrebe kompozitnih materijala u automobilskoj industriji Prva upotreba kompozita datira jo iz 3400. godine prije Krista kad su u Mezopotamiji nastale pretee dananjih perploa. U drevnom Egiptu, 2000 godina prije Krista, koriten je lan u kombinaciji s gipsom za izradu ritualnih posmrtnih maski, a 1500 godina prije Krista mijeanjem blata i slame stvarane su opeke za gradnju (slika 1a). Neto kasnije, oko 1200. godine prije Krista, Mongoli su izradili kompozitni luk kao jedno od najubojitijih oruja do izuma baruta. Pri tome su koristili kombinaciju ivotinjskih kostiju, rogova, drva breze i bambusa te svilu i tetive ivotinja uloene u prirodnu borovu smolu (slika 1b).

a. b. Slika 1: Prvi kompoziti: a. opeke u drevnom Egiptu i b. mongolski luk

8. ZNANSTVENO-STRUNO SAVJETOVANJE TEKSTILNA ZNANOST I GOSPODARSTVO 8th SCIENTIFIC-PROFESSIONAL SYMPOSIUM TEXTILE SCIENCE AND ECONOMY

26. sijenja 2015., ZAGREB, HRVATSKA / 26th January 2015, ZAGREB, CROATIA

117

Iako su kroz povijest poznati brojni primjeri predmeta koje bi se danas moglo nazvati kompozitima, znaajniji napredak u razvoju kompozita, posebno vlaknima ojaanih kompozita, dogodio se u 20. stoljeu. Upotreba kompozita u automobilskoj industriji zapoela je ranih 1930-tih godina kada je Henry Ford upotrijebio sojino ulje za proizvodnju fenolne smole u koju se uloilo drvo i takav kompozitni materijal primijenio za karoseriju automobila (slika 2a) [4, 5]. Znaajan korak, u podruju kompozita za automobilsku industriju, bio je automobil Chevrolet Corvette, proizveden 1953. (slika 2b), iji su dijelovi karoserije bili izraeni od poliesterske matrice ojaane staklenim vlaknima. Poetak upotrebe biljnih vlakana u automobilskoj industriji zapoinje 1950-tih u Istonoj Njemakoj kada se poeo proizvoditi Trabant (slika 2c), kojem je karoserija bila napravljena od poliesterske matrice ojaane pamunim vlakanima.

a. b.

c. d. Slika 2: Kompoziti u automobilskoj industriji: a. Henry Ford; b. Chevrolet Corvette; c. Trabant i d. Pontiaca Fiero U kasnim 70-im godinama 20. stoljea, zbog potrebe za veom brzinom (manjom masom automobila), kompoziti se poinju koristiti i u drugim dijelovima automobila poput nosaa hladnjaka, potpora za prijenos, lisnatih opruga i kotaa. Primjer takvog automobila je Pontiac Fiero proizveden 1984. godine (slika 2d) [4, 6]. Danas, u 21. stoljeu, zbog tenje za veim brzinama i manjom potronjom goriva, rijetki su dijelovi automobila koji nisu napravljeni od kompozitnih materijala. Naglasak se stavlja, u prvom redu, na iznimna svojstva, ali i na zatitu okolia te na mogunost upotrebe biokompozita kao strukturnih materijala u automobilskoj industriji. 3. Zamjena staklenih vlakana prirodnim Openito se moe prihvatiti injenica da se oivljava trend sve vee upotrebe prirodnih vlakana u svim podrujima koritenja tekstila, u odnosu na prethodno razdoblje u kojem je zbog velikog zamaha proizvodnje umjetnih vlakana, upotreba prirodnih bila prilino potisnuta. U skladu s time, primjena prirodnih vlakana postaje nezaobilazna i u podruju vlaknima ojaanih kompozita tzv. zelenih kompozita". Za tu svrhu najee se upotrebljavaju celulozna vlakna koja sadre lignin, tj. lignocelulozna vlakna, koja zbog dobrih mehanikih svojstava, termostabilnosti, obnovljivosti sirovine i biorazgradivosti (slika 3), postaju sve zanimljivija za koritenje u tekstilijama u kojima mogu ravnopravno zamijeniti umjetna vlakna [2, 3, 5]. Upotreba prirodnih vlakana u vlaknima ojaanim kompozitima zbog njihove manje gustoe znaajno sniava njihovu ukupnu masu u odnosu na vlaknima ojaane kompozite s umjetnim vlaknima, to u sluaju automobilske industrije znai manju potronju goriva, veu brzinu te nie investicijske trokove. Kao primjer mogu se navesti paneli za vrata, koji uz ista svojstva graeni od kompozita ojaanih biljnim vlaknima imaju masu od 5 kg, dok oni ojaani staklenim vlaknima masu od oko 9 kg [3, 5]. Kompoziti ojaani biljnim vlaknima ne samo da pokazuju veu sigurnost prilikom sudara automobila jer nisu krti i ne lome se ve su zbog svojih mikro-morfolokih karakteristika dobri zvuni izolatori ime doprinose udobnosti putovanja.

8. ZNANSTVENO-STRUNO SAVJETOVANJE TEKSTILNA ZNANOST I GOSPODARSTVO 8th SCIENTIFIC-PROFESSIONAL SYMPOSIUM TEXTILE SCIENCE AND ECONOMY

26. sijenja 2015., ZAGREB, HRVATSKA / 26th January 2015, ZAGREB, CROATIA

118

Slika 3: Prednosti i nedostaci upotrebe prirodnih vlakana u kompozitima Zbog sve vee usmjerenosti prema zatiti okolia, ali i sve rigoroznijih zakona i direktiva na podruju zatite okolia, upotreba biljnih vlakana, kao zamjene za staklena vlakna, moe se smatrati ekoloki povoljnijim rjeenjem jer sama proizvodnja biljnih vlakana zahtijeva manju potronju energije i to za oko 4 puta u usporedbi s proizvodnjom iste mase staklenih vlakana. S tim u svezi, jo je 2000-te godine donesena Europska direktiva 2000/53/EC kojom se utvruju mjere koje prvenstveno imaju za cilj spreavanje stvaranja otpada od vozila i, dodatno, ponovnu upotrebu, recikliranje i ostale oblike oporabe otpadnih vozila i njihovih komponenti kako bi se smanjilo zbrinjavanje otpada, kao i unapreenje djelovanja na okoli svih gospodarskih subjekata koji se bave vozilima tijekom radnog vijeka vozila, a posebno subjekata neposredno ukljuenih u obradu otpadnih vozila [7]. Kako su time ujedno preporuene maksimalne koliine za zbrinjavanje vozila na kraju njihovog ivotnog vijeka, ali i poveane stope recikliranja vozila kao i upotrebe recikliranih sirovina u novim proizvodima. Veina tekstilnih komponenata koje se koriste za izradu automobila teko se, a ekonomski ne ba isplativo recikliraju ili nisu pogodne za recikliranje i ponovnu upotrebu. Zamjenom kompozita ojaanih staklenim vlaknima s kompozitima ojaanim prirodnim biljnim, ublaio bi se njihov negativan utjecaj na okoli. Naime, biljna su vlakna biorazgradiva i lake ih je oporabiti nakon upotrebe, a lako su dobavljiva jer su poljoprivredni proizvod. Stoga primjena biljnih vlakana u kompozitima za automobilsku industriju naglo raste, cca do 20 % godinje. 3.1 Lan kao biokompozit u automobilskoj industriji S razvojem podruja tehnikog tekstila raste zanimanje za lanena vlakna kao materijala za izradu biokompozita. Lan ima slina mehanika svojstva kao staklena i neka ugljikova vlakna, ali zbog svojih mikromorfolokih karakteristika (lumena) manje je gustoe, hrapave povrine, specifine slojevite strukture, zrakopropustan i apsorptivan te ne uzrokuje alergijske reakcije. Prilikom prerade i upotrebe lignoceluloznih vlakana ne zaostaju nikakvi otpaci, ve se svaki dio nakon prerade moe iskoristiti. Tako se i kratka vlakna lana smatraju visokovrijednim sastojkom izolacijskih materijala koji se ugrauju u automobile i razna druga transportna vozila zbog otpornosti na temperature, netaljivosti, male teine i biorazgradivosti. Takoer, drvenasti se ostaci (pozder) nakon izdvajanja vlakana iz stabljike iskoritavaju za izradu upravljakih ploa u automobilima [2]. Lanena vlakna kao ojaalo u biokompozitima koritena su ve tijekom Drugoga svjetskog rata u izgradnji Spitfire avion. Danas takvi biokompoziti nalaze iroku primjenu na podruj