Onderzoekers en teams van de University of Portsmouth van over de hele wereld lopen voorop bij het streven naar de ontwikkeling van groenere composietmaterialen uit landbouwafval voor gebruik in de automobielindustrie, maritieme en ruimtevaartindustrie.

Een team van de School of Engineering van de universiteit ontwerpt en ontwikkelt lichtgewicht materialen uit hernieuwbare bronnen, waaronder landbouwbiomassa - een proces dat aanzienlijke milieuvoordelen kan opleveren in de transportsector.

De onderzoeksgroep Advanced Materials and Manufacturing (AMM), Technische school, werkt aan de ontwikkeling van lichtgewicht duurzame composieten en gaat de belangrijkste uitdagingen aan van het gebruik van met natuurlijke vezels versterkte composieten voor structurele en semi-structurele toepassingen.

Dr. Hom Nath Dhakal, wie leidt de onderzoeksgroep, zei:"De duurzame composietmaterialen worden gemaakt van vlas, hennep, jute en afvalbiomassa van dadelpalmvezels om onderdelen zoals autobumpers en deurbekledingen te ontwikkelen, voornamelijk voor niet-structurele componenten. Het team werkt er ook aan om ze met hybride technieken geschikt te maken voor structurele en semi-structurele toepassingen."

Hij voegde eraan toe:"Het gebruik van natuurlijke plantenvezels zoals dadelpalmbiomassa voor de productie van composieten heeft het potentieel om boeren in hoogwaardige producten extra inkomsten te geven en tegelijkertijd de C02-uitstoot door het verbranden van afval te verminderen, een voorbeeld van valorisatie van materialen.

"Deze lichtgewicht alternatieven kunnen helpen om het gewicht van voertuigen te verminderen, bijdragen aan een lager brandstofverbruik en minder CO2-uitstoot. De duurzame materialen kunnen worden geproduceerd met minder energie dan glas- en koolstofvezels, en zijn biologisch afbreekbaar, daardoor makkelijker te recyclen."

Ondanks hun vele aantrekkelijke eigenschappen, zoals een hoge specifieke sterkte en stijfheid, met lagere productiekosten dan synthetische vezels, vermindering van slijtage van de machines die worden gebruikt om deze vezels te verwerken en minder zorgen over gezondheid en veiligheid tijdens de verwerking, natuurlijke vezels hebben hun inherente nadelen. Ze zijn minder compatibel met polymeermatrices, hydrofiel van aard (vochtabsorberend) en hun mechanische eigenschappen zijn soms moeilijk te bereiken voor de vereisten voor structurele eigenschappen.

Dr. Dhakal en zijn team hebben nauw samengewerkt met de industrie om deze problemen aan te pakken en de sterkte en levensvatbaarheid te testen van onderdelen die gemaakt zijn van duurzame materialen. Deze testresultaten worden vergeleken met die van hybriden van de natuurlijke materialen met meer traditionele glas- en koolstofvezels. De AMM Research Group heeft samengewerkt met onderzoekers van verschillende instellingen van over de hele wereld.

Dr. Dhakal zei:"In de afgelopen 12 maanden, de AMM Research Group is betrokken geweest bij deze voortdurende onderzoeksinspanning en heeft veel artikelen met een hoge impactfactor gepubliceerd in prestigieuze tijdschriften, waaronder de Composites Science and Technology, Composieten deel A en composieten deel B."

Een recent gezamenlijk onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Samengesteld deel A:toegepaste wetenschap en productie onderzocht het potentieel van dadelpalmvezels uit de schede van afvalbladeren en de resultaten van deze publicatie kunnen gunstig zijn voor op composieten gebaseerde industrieën.

Dadelpalm wordt op grote schaal verbouwd in Noord-Afrika en het Midden-Oosten en de hoeveelheid bioafval van plantenvezels loopt in de orde van miljoenen tonnen per jaar. Hoewel er een aantal traditionele toepassingen van dit bio-afval zijn (inclusief touwen en manden), een groot deel van het residu wordt verbrand of gestort.

De studie keek naar de structuur, fysisch-chemische en mechanische eigenschappen van dadelpalmvezels om te beoordelen of ze het potentieel hadden als versterkingen voor composietmaterialen. klaarblijkelijk, de met dadelpalmvezels versterkte composieten zijn kosteneffectieve en milieuvriendelijke versterkingen voor een hoge energieabsorptie en verbeterde akoestische functies. Dit onderzoek leverde structuur-eigendomsrelaties op. Om optimale eigenschappen uit natuurlijke vezelcomposieten te halen, de eigenschappen van vezels zelf zijn belangrijk. Onderdelen zoals deurbekleding, Met deze verstevigingen kunnen voor- en achterbumpers en hoedenplanken worden vervaardigd.

Een van de problemen met materialen gemaakt van natuurlijke vezels is de lagere sterkte in vergelijking met koolstof- en glasvezelcomposieten, omdat ze gevoelig zijn voor verhoogde vochtopname. Een studie gepubliceerd in Composieten Wetenschap en Technologie (Almansour et al., 2018) testten het effect van waterabsorptie op de mechanische eigenschappen van met vlas en basaltvezels gehybridiseerde composieten en testten hun modes I en II breuktaaiheidsgedrag.

Ontwikkeling van duurzame composietmaterialen met verbeterde eigenschappen die bestand zijn tegen hoge prestaties en lichtgewicht eisen, evenals de noodzaak om bestand te zijn tegen zware omgevingsomstandigheden, zijn uitdagende ondernemingen. Hybridisatie van twee of meer vezels (combinatie van natuurlijke vezels met glas, basalt- en koolstofvezels bijvoorbeeld) is een techniek waarbij de voordelen van elk versterkend materiaal kunnen worden gecombineerd om composieten te verkrijgen die zowel verbeterde mechanische prestaties als milieu-impact vertonen, leidt tot duurzaamheid.

Uit de onderzoeken van de AMM-groep het is gebleken dat een hoge mechanische sterkte en taaiheid werden bereikt door basaltvezel te gebruiken die was gehybridiseerd met vlasvezels. Dr. Dhakal zei:"De weg vooruit voor het gebruik van natuurlijke vezelcomposieten in structurele toepassingen zou een combinatie zijn van beide materialen (natuurlijke vezels en synthetische vezels) met een hybride benadering. Om deze uitdagingen aan te gaan, is verder onderzoek en innovatie tussen academische instellingen en industrie."