A comprehensive review of natural fibers and their composites: An eco-friendly alternative to conventional materials
Creators
- 1. American University of the Middle East
- 2. Université du Québec à Trois-Rivières
- 3. Dhofar University
- 4. Tunis University
- 5. National Polytechnic Institute of Toulouse
- 6. Laboratoire Génie de Production
Description
Breakthroughs in materials science are the driving force behind many of today's industrial advancements in our fast-changing high-tech world. Composite materials have proven valuable in numerous sectors, including automotive, aerospace, aeronautics, naval, and sports, due to their exceptional mechanical properties and lightweight nature. However, environmental concerns have led to a decrease in the use of fossil fuel-derived materials. Additionally, efforts to reduce greenhouse gas emissions and improve fuel efficiency require lightweight materials with a lower carbon footprint, highlighting the importance of natural fiber composites. Natural fiber composites are made from renewable resources, comprising reinforcements made of natural fibers such as jute, flax, ramie, hemp, cotton, sisal, and kenaf, and a matrix, preferably derived from biomass, which may or may not be biodegradable. However, plant fibers have certain drawbacks when combined with polymers. Due to the presence of hydroxyl groups in lignocellulose, plant fibers are hydrophilic, making them incompatible with hydrophobic thermoplastics and prone to moisture damage. These limitations pose challenges for using plant fibers as polymer reinforcement. To improve adhesion between fibers and the polymer matrix and reduce moisture absorption, surface modifications are typically required. Various methods, such as alkaline, silane, or other chemical treatments, have been developed to enhance fiber-matrix compatibility and improve composite quality. Although natural fiber composites are still in development and their applications are limited, they hold great promise as a sustainable alternative to conventional materials.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
إن الاختراقات في علم المواد هي القوة الدافعة وراء العديد من التطورات الصناعية اليوم في عالمنا سريع التغير عالي التقنية. أثبتت المواد المركبة قيمتها في العديد من القطاعات، بما في ذلك السيارات والفضاء والطيران والبحرية والرياضة، نظرًا لخصائصها الميكانيكية الاستثنائية وطبيعتها خفيفة الوزن. ومع ذلك، أدت المخاوف البيئية إلى انخفاض في استخدام المواد المشتقة من الوقود الأحفوري. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب الجهود المبذولة للحد من انبعاثات غازات الدفيئة وتحسين كفاءة استهلاك الوقود مواد خفيفة الوزن ذات بصمة كربونية أقل، مما يسلط الضوء على أهمية مركبات الألياف الطبيعية. تصنع مركبات الألياف الطبيعية من موارد متجددة، تتألف من تعزيزات مصنوعة من ألياف طبيعية مثل الجوت والكتان والرامي والقنب والقطن والسيزال والتيل، ومصفوفة، يفضل أن تكون مشتقة من الكتلة الحيوية، والتي قد تكون أو لا تكون قابلة للتحلل الحيوي. ومع ذلك، فإن الألياف النباتية لها عيوب معينة عند دمجها مع البوليمرات. نظرًا لوجود مجموعات الهيدروكسيل في الليجنوسليلوز، فإن الألياف النباتية محبة للماء، مما يجعلها غير متوافقة مع اللدائن الحرارية غير الآلفة للماء وعرضة لتلف الرطوبة. تشكل هذه القيود تحديات لاستخدام الألياف النباتية كتعزيز للبوليمر. لتحسين الالتصاق بين الألياف ومصفوفة البوليمر وتقليل امتصاص الرطوبة، عادة ما تكون هناك حاجة إلى تعديلات السطح. تم تطوير طرق مختلفة، مثل القلوية أو السيلانية أو غيرها من العلاجات الكيميائية، لتعزيز توافق مصفوفة الألياف وتحسين الجودة المركبة. على الرغم من أن مركبات الألياف الطبيعية لا تزال قيد التطوير وتطبيقاتها محدودة، إلا أنها تبشر بالخير كبديل مستدام للمواد التقليدية.Translated Description (French)
Les percées dans la science des matériaux sont la force motrice de nombreuses avancées industrielles d'aujourd' hui dans notre monde de haute technologie en évolution rapide. Les matériaux composites se sont révélés précieux dans de nombreux secteurs, notamment l'automobile, l'aérospatiale, l'aéronautique, la marine et le sport, en raison de leurs propriétés mécaniques exceptionnelles et de leur légèreté. Cependant, les préoccupations environnementales ont conduit à une diminution de l'utilisation de matériaux dérivés de combustibles fossiles. En outre, les efforts visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre et à améliorer l'efficacité énergétique nécessitent des matériaux légers à faible empreinte carbone, ce qui souligne l'importance des composites en fibres naturelles. Les composites de fibres naturelles sont fabriqués à partir de ressources renouvelables, comprenant des renforts faits de fibres naturelles telles que le jute, le lin, la ramie, le chanvre, le coton, le sisal et le kénaf, et une matrice, de préférence dérivée de la biomasse, qui peut ou non être biodégradable. Cependant, les fibres végétales présentent certains inconvénients lorsqu'elles sont combinées avec des polymères. En raison de la présence de groupes hydroxyle dans la lignocellulose, les fibres végétales sont hydrophiles, ce qui les rend incompatibles avec les thermoplastiques hydrophobes et sujettes aux dommages causés par l'humidité. Ces limitations posent des défis pour l'utilisation de fibres végétales comme renfort polymère. Pour améliorer l'adhérence entre les fibres et la matrice polymère et réduire l'absorption d'humidité, des modifications de surface sont généralement nécessaires. Diverses méthodes, telles que les traitements alcalins, au silane ou autres traitements chimiques, ont été développées pour améliorer la compatibilité fibre-matrice et améliorer la qualité du composite. Bien que les composites de fibres naturelles soient encore en développement et que leurs applications soient limitées, ils sont très prometteurs en tant qu'alternative durable aux matériaux conventionnels.Translated Description (Spanish)
Los avances en la ciencia de los materiales son la fuerza impulsora detrás de muchos de los avances industriales actuales en nuestro mundo de alta tecnología que cambia rápidamente. Los materiales compuestos han demostrado ser valiosos en numerosos sectores, incluidos el automotriz, aeroespacial, aeronáutico, naval y deportivo, debido a sus excepcionales propiedades mecánicas y su naturaleza liviana. Sin embargo, las preocupaciones ambientales han llevado a una disminución en el uso de materiales derivados de combustibles fósiles. Además, los esfuerzos para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la eficiencia del combustible requieren materiales ligeros con una menor huella de carbono, destacando la importancia de los compuestos de fibra natural. Los compuestos de fibra natural están hechos de recursos renovables, que comprenden refuerzos hechos de fibras naturales como yute, lino, ramio, cáñamo, algodón, sisal y kenaf, y una matriz, preferiblemente derivada de biomasa, que puede o no ser biodegradable. Sin embargo, las fibras vegetales tienen ciertos inconvenientes cuando se combinan con polímeros. Debido a la presencia de grupos hidroxilo en la lignocelulosa, las fibras vegetales son hidrófilas, lo que las hace incompatibles con los termoplásticos hidrófobos y propensas a daños por humedad. Estas limitaciones plantean desafíos para el uso de fibras vegetales como refuerzo polimérico. Para mejorar la adhesión entre las fibras y la matriz polimérica y reducir la absorción de humedad, normalmente se requieren modificaciones superficiales. Se han desarrollado varios métodos, como tratamientos alcalinos, de silano u otros tratamientos químicos, para mejorar la compatibilidad fibra-matriz y mejorar la calidad de los compuestos. Aunque los compuestos de fibra natural todavía están en desarrollo y sus aplicaciones son limitadas, son muy prometedores como alternativa sostenible a los materiales convencionales.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مراجعة شاملة للألياف الطبيعية ومركباتها: بديل صديق للبيئة للمواد التقليدية
- Translated title (French)
- Une revue complète des fibres naturelles et de leurs composites : une alternative écologique aux matériaux conventionnels
- Translated title (Spanish)
- Una revisión exhaustiva de las fibras naturales y sus compuestos: una alternativa ecológica a los materiales convencionales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4382794017
- DOI
- 10.1016/j.rineng.2023.101271
References
- https://openalex.org/W1182368141
- https://openalex.org/W1408875317
- https://openalex.org/W1458577565
- https://openalex.org/W1496806799
- https://openalex.org/W1513678641
- https://openalex.org/W1515063169
- https://openalex.org/W1594194698
- https://openalex.org/W1744238545
- https://openalex.org/W1805982160
- https://openalex.org/W1892631577
- https://openalex.org/W1922454349
- https://openalex.org/W1932552562
- https://openalex.org/W1938462363
- https://openalex.org/W1949300409
- https://openalex.org/W1965314253
- https://openalex.org/W1965906927
- https://openalex.org/W1966204385
- https://openalex.org/W1968686179
- https://openalex.org/W1970470796
- https://openalex.org/W1973105065
- https://openalex.org/W1973357062
- https://openalex.org/W1974609087
- https://openalex.org/W1975237660
- https://openalex.org/W1975505315
- https://openalex.org/W1975543877
- https://openalex.org/W1979209822
- https://openalex.org/W1979316721
- https://openalex.org/W1979332812
- https://openalex.org/W1979885415
- https://openalex.org/W1980052872
- https://openalex.org/W1980471631
- https://openalex.org/W1980607382
- https://openalex.org/W1980921765
- https://openalex.org/W1982041674
- https://openalex.org/W1982889557
- https://openalex.org/W1983307333
- https://openalex.org/W1983331520
- https://openalex.org/W1984333113
- https://openalex.org/W1984555621
- https://openalex.org/W1984678079
- https://openalex.org/W1985300398
- https://openalex.org/W1985665271
- https://openalex.org/W1986208578
- https://openalex.org/W1986237788
- https://openalex.org/W1988506441
- https://openalex.org/W1990358215
- https://openalex.org/W1991127390
- https://openalex.org/W1992150812
- https://openalex.org/W1994136293
- https://openalex.org/W1995010228
- https://openalex.org/W1996890681
- https://openalex.org/W1998001582
- https://openalex.org/W1998803072
- https://openalex.org/W1998945905
- https://openalex.org/W2002104068
- https://openalex.org/W2002260156
- https://openalex.org/W2002877414
- https://openalex.org/W2004282788
- https://openalex.org/W2004289357
- https://openalex.org/W2004788138
- https://openalex.org/W2006232431
- https://openalex.org/W2006293575
- https://openalex.org/W2006994522
- https://openalex.org/W2007719171
- https://openalex.org/W2007854501
- https://openalex.org/W2009271116
- https://openalex.org/W2009388318
- https://openalex.org/W2009546340
- https://openalex.org/W2011461963
- https://openalex.org/W2013052100
- https://openalex.org/W2013507128
- https://openalex.org/W2014613950
- https://openalex.org/W2016656225
- https://openalex.org/W2017401851
- https://openalex.org/W2018777005
- https://openalex.org/W2019081858
- https://openalex.org/W2020000057
- https://openalex.org/W2021092271
- https://openalex.org/W2022540791
- https://openalex.org/W2023643932
- https://openalex.org/W2026624647
- https://openalex.org/W2027817838
- https://openalex.org/W2031327674
- https://openalex.org/W2031703036
- https://openalex.org/W2032195777
- https://openalex.org/W2033802729
- https://openalex.org/W2034213349
- https://openalex.org/W2034809261
- https://openalex.org/W2035510911
- https://openalex.org/W2035744752
- https://openalex.org/W2036941684
- https://openalex.org/W2038041407
- https://openalex.org/W2039705404
- https://openalex.org/W2039796207
- https://openalex.org/W2040979544
- https://openalex.org/W2042317883
- https://openalex.org/W2042924686
- https://openalex.org/W2045563069
- https://openalex.org/W2046813948
- https://openalex.org/W2047299057
- https://openalex.org/W2047724020
- https://openalex.org/W2048014227
- https://openalex.org/W2048016798
- https://openalex.org/W2048209456
- https://openalex.org/W2050691623
- https://openalex.org/W2052383192
- https://openalex.org/W2054856095
- https://openalex.org/W2055416894
- https://openalex.org/W2056562435
- https://openalex.org/W2056695946
- https://openalex.org/W2057788094
- https://openalex.org/W2058754076
- https://openalex.org/W2059474375
- https://openalex.org/W2059612102
- https://openalex.org/W2060716349
- https://openalex.org/W2061103660
- https://openalex.org/W2061373854
- https://openalex.org/W2061847276
- https://openalex.org/W2061867961
- https://openalex.org/W2062173040
- https://openalex.org/W2063181897
- https://openalex.org/W2064506696
- https://openalex.org/W2065510330
- https://openalex.org/W2067028644
- https://openalex.org/W2068097456
- https://openalex.org/W2068308540
- https://openalex.org/W2070347630
- https://openalex.org/W2071761547
- https://openalex.org/W2072247403
- https://openalex.org/W2072353170
- https://openalex.org/W2073023806
- https://openalex.org/W2074915614
- https://openalex.org/W2075353642
- https://openalex.org/W2077837386
- https://openalex.org/W2078020473
- https://openalex.org/W2078894321
- https://openalex.org/W2079530522
- https://openalex.org/W2080273176
- https://openalex.org/W2080400254
- https://openalex.org/W2080741521
- https://openalex.org/W2081242396
- https://openalex.org/W2081625874
- https://openalex.org/W2081659289
- https://openalex.org/W2081747053
- https://openalex.org/W2081780831
- https://openalex.org/W2082688723
- https://openalex.org/W2083589431
- https://openalex.org/W2084344211
- https://openalex.org/W2084554490
- https://openalex.org/W2084670988
- https://openalex.org/W2086898645
- https://openalex.org/W2087205495
- https://openalex.org/W2088314578
- https://openalex.org/W2089282198
- https://openalex.org/W2089433315
- https://openalex.org/W2090182858
- https://openalex.org/W2091218781
- https://openalex.org/W2091414240
- https://openalex.org/W2092594049
- https://openalex.org/W2095038207
- https://openalex.org/W2107792861
- https://openalex.org/W2108322191
- https://openalex.org/W2108624400
- https://openalex.org/W2108959254
- https://openalex.org/W2111012839
- https://openalex.org/W2113273753
- https://openalex.org/W2113364333
- https://openalex.org/W2114708557
- https://openalex.org/W2119414294
- https://openalex.org/W2122098806
- https://openalex.org/W2125484853
- https://openalex.org/W2130353672
- https://openalex.org/W2134050576
- https://openalex.org/W2135464093
- https://openalex.org/W2135620302
- https://openalex.org/W2136281354
- https://openalex.org/W2138024385
- https://openalex.org/W2139080492
- https://openalex.org/W2139259041
- https://openalex.org/W2141391611
- https://openalex.org/W2141776422
- https://openalex.org/W2144621575
- https://openalex.org/W2147455340
- https://openalex.org/W2150521707
- https://openalex.org/W2150795397
- https://openalex.org/W2154659743
- https://openalex.org/W2156248754
- https://openalex.org/W2156892026
- https://openalex.org/W2158191820
- https://openalex.org/W2160199740
- https://openalex.org/W2164449874
- https://openalex.org/W2169005558
- https://openalex.org/W2171171884
- https://openalex.org/W2175452560
- https://openalex.org/W2183743152
- https://openalex.org/W2186995050
- https://openalex.org/W2207219857
- https://openalex.org/W2260513855
- https://openalex.org/W2268710138
- https://openalex.org/W2296068681
- https://openalex.org/W2311595855
- https://openalex.org/W2323702707
- https://openalex.org/W2325044586
- https://openalex.org/W2344749672
- https://openalex.org/W2345760805
- https://openalex.org/W2346674984
- https://openalex.org/W2411243947
- https://openalex.org/W2416400052
- https://openalex.org/W2471904354
- https://openalex.org/W2480661317
- https://openalex.org/W2482237554
- https://openalex.org/W2491200093
- https://openalex.org/W2499528083
- https://openalex.org/W2502957169
- https://openalex.org/W2512751515
- https://openalex.org/W2523235120
- https://openalex.org/W2527294072
- https://openalex.org/W2567077194
- https://openalex.org/W2571121895
- https://openalex.org/W2579019732
- https://openalex.org/W2583213777
- https://openalex.org/W2592059317
- https://openalex.org/W2592269727
- https://openalex.org/W2606835876
- https://openalex.org/W2609783625
- https://openalex.org/W2615764254
- https://openalex.org/W2618877426
- https://openalex.org/W2733365050
- https://openalex.org/W2738600814
- https://openalex.org/W2758413848
- https://openalex.org/W2760196385
- https://openalex.org/W2767461107
- https://openalex.org/W2790386028
- https://openalex.org/W2790603415
- https://openalex.org/W2800024022
- https://openalex.org/W2808267486
- https://openalex.org/W2889279838
- https://openalex.org/W2890993842
- https://openalex.org/W2892049440
- https://openalex.org/W2892364545
- https://openalex.org/W2901062302
- https://openalex.org/W2911523191
- https://openalex.org/W2921419389
- https://openalex.org/W2922045085
- https://openalex.org/W2972906512
- https://openalex.org/W2989584351
- https://openalex.org/W3015501325
- https://openalex.org/W3028176082
- https://openalex.org/W3045369440
- https://openalex.org/W3116386844
- https://openalex.org/W3123305573
- https://openalex.org/W3131368813
- https://openalex.org/W3131590295
- https://openalex.org/W3136326383
- https://openalex.org/W3182561567
- https://openalex.org/W3208559177
- https://openalex.org/W331033674
- https://openalex.org/W4210893841
- https://openalex.org/W4225141074
- https://openalex.org/W4236592895
- https://openalex.org/W4237007375
- https://openalex.org/W4239080828
- https://openalex.org/W4241989424
- https://openalex.org/W4253669536
- https://openalex.org/W427308687
- https://openalex.org/W4285594930
- https://openalex.org/W4285719527
- https://openalex.org/W4286445133
- https://openalex.org/W4292018188
- https://openalex.org/W4299514453
- https://openalex.org/W4303117072
- https://openalex.org/W4362698090
- https://openalex.org/W4362734913
- https://openalex.org/W4378710400
- https://openalex.org/W51511936
- https://openalex.org/W565951941
- https://openalex.org/W620916533