Рассмотрены проблемы утилизации и вторичной переработки полимеров и композитов, одним из путей решения которой может быть создание биоразлагаемых материалов на основе растительного сырья. Проведены теоретические и экспериментальные исследования применения растительных волокон в композиционных материалах. Предложено использовать классические методы для исследований свойств растительных волокон и классические теории для расчета и конструирования структуры композитов на растительном сырье. Проведены расчеты критической длины волокон по значениям модуля упругости и прочности растительных лубяных волокон льна, крапивы и конопли, определенным экспериментально. Получены критические значения длины волокон для крапивы – 172 мкм, для конопли – 205 мкм, для льна – 273 мкм. Отмечено, что чем выше прочность и модуль упругости волокон, тем больше их критическая длина. Это может объясняться большой анизотропией свойств связующего и армирующего наполнителя. Теория монолитности предполагает равенство значений сдвиговых напряжений на границе волокно-матрица и прочности волокон. Соответственно, чем ближе свойства волокон и матрицы, тем меньшая критическая длина необходима для создания достаточной адгезии волокна к матрице. Рассмотрены примеры растительных волокон различной длины и композиты на их основе: наиболее длинных – лубяных технических волокон льна, крапивы и конопли, средних – волокон мискантуса и костры льна, и коротких – оболочек овса. The problems of utilization and recycling of polymers and composites are considered. One of the solutions may be the creation of biodegradable materials based on plant materials. Here, we theoretically and experimentally explored if plant-based fibers could be used in composite materials. We proposed that classical methods be employed to characterize plant-based fibers and that classical theories be used to predict and construct the structure of plant-based composites. The critical length of the fibers was estimated against the experimentally measured elastic modulus and strength of plant-based bast fibers of flax, nettle and hemp. The resultant critical length values were 172 µm for nettle, 205 µm for hemp and 273 µm for flax. It was noted that the higher the fiber strength and elastic modulus, the greater the fiber critical length. It can be explained by the binder and the reinforcing filler having highly anisotropic properties. The monolithicity theory implies equality between the shear stresses at the fiber–matrix interface and the fiber strength. Hence, the more similar the properties of the fibers and matrix, the shorter critical length is required to create adequate adhesion between the fiber and the matrix. Examples of plant-based fivers differing in length and composites based thereon were considered: the longest bast fibers of flax, nettle and hemp, medium-length fibers of Miscanthus and flax shover, and the shortest fibers of oat hulls.

Рассмотрена лубяная техническая культура конопля, сегмент по выращиванию и переработке которой в России развивается быстрыми темпами. На примере мировых тенденций показаны возможности и перспективы использования лубяных волокон конопли для биоразлагаемых композитов на растительной основе. Исследованы режимы выделения лубяных волокон методом химического реттинга. С помощью химического анализа определено содержание целлюлозы, лигнина, пентозанов в выделенных волокнах исходном растительном сырье. Методом ТМА измерены значения прочности 177-548 МПа, деформации при разрушении 0,7-2,5 % и модуля Юнга 13,2-43,5 ГПа, при толщине технических волокон от 50 до 140 мкм. Полученные результаты согласуются с известными данными других авторов и находятся на уровне свойств лубяных волокон культур – крапивы, льна, применяемых в композиционных материалах. Выделенные технические волокна конопли имеют достаточно высокие упруго-прочностные характеристики, а их длина 200-400 мм позволяет создавать армированные композитные материалы на их основе. The bast technical crop hemp is considered, the segment for the cultivation and processing of which is developing rapidly in Russia. On the example of global trends, the possibilities and prospects of using hemp bast fibers for biodegradable plant-based composites are shown. The modes of isolation of bast fibers by chemical retting were investigated. Chemical analysis was used to determine the content of cellulose, lignin, and pentosans in the isolated fibers of the original plant material. The TMA method measured strength values of 177-548 MPa, deformation at fracture of 0.7-2.5% and Young's modulus of 13.2-43.5 GPa, with a thickness of technical fibers from 50 to 140 microns. The results obtained agree with the known data of other authors and are at the level of properties of bast fibers of crops - corn, flax, used in composite materials. The selected technical hemp fibers have sufficiently high elastic-strength characteristics, and their length of 200-400 mm makes it possible to create reinforced composite materials based on them.