Een nieuwe studie heeft de versterkende efficiëntie van ananasbladvezels (PALF) en gekweekte vlasvezels in poly (butyleensuccinaat) composieten vergeleken. PALF, een minder onderzocht maar potentieel duurzaam alternatief, presteerde met 20 gew.% beter dan vlas, wat het potentieel ervan op het gebied van hoogwaardige biocomposieten aantoont en aansluit bij de milieudoelstellingen.

De focus van dit onderzoek draait om een ​​uitgebreide verkenning van de versterkende eigenschappen van twee verschillende natuurlijke vezels, namelijk ananasbladvezel (PALF) en gecultiveerde vlasvezel, binnen de context van unidirectionele poly (butyleensuccinaat) (PBS) composieten. Het primaire doel is om de mechanische efficiëntie van deze vezels als potentiële versterkingen in polymeercomposieten te onderscheiden en te vergelijken.

Vlas, bekend om zijn robuuste mechanische eigenschappen, is een maatstaf voor vergelijking met PALF, dat een minder onderzocht maar potentieel duurzaam alternatief vertegenwoordigt. Om hun prestaties systematisch te beoordelen, werden korte vezels met een lengte van 6 mm in de composieten verwerkt in verschillende gewichtspercentages, met name op 10% en 20% niveaus.

Het productieproces omvatte het mengen van twee walswalsen, waarna uniaxiaal uitgelijnde prepreg-platen werden gemaakt die vervolgens door compressie tot composietmaterialen werden gevormd. De 10 gew.% samengestelde formuleringen van PALF en vlas vertoonden opmerkelijk vergelijkbare spanning-rek-curven, wat duidt op vergelijkbaar mechanisch gedrag bij deze concentratie.

Het onderzoek nam echter een intrigerende wending op het niveau van 20 gew.%, waarbij PALF onverwacht beter presteerde dan vlas, ondanks de inherent lagere trekeigenschappen. Dit onverwachte resultaat was aanleiding voor een gedetailleerder onderzoek naar de mechanische eigenschappen van PALF op een niveau van 20 gew.%. PALF/PBS-composieten vertoonden indrukwekkende mechanische eigenschappen, met een buigsterkte van 70,7 MPa, een buigmodulus van 2,0 GPa en een warmtevervormingstemperatuur van 107,3°C.

Daarentegen vertoonden de equivalente vlas/PBS-composieten iets lagere waarden, met een buigsterkte van 57,8 MPa, een buigmodulus van 1,7 GPa en een warmtevervormingstemperatuur van 103,7°C. Deze vergelijkende analyse biedt waardevolle inzichten in het potentieel van PALF als versterkingsmateriaal, vooral bij hogere concentraties.

Als aanvulling op de mechanische analyse werden röntgenpoolfiguren gebruikt om de matrixoriëntaties in zowel PALF/PBS- als vlas/PBS-composieten te beoordelen. De resultaten onthulden vergelijkbare matrixoriëntaties, wat aangeeft dat de algehele structurele integriteit van de composieten vergelijkbaar was ondanks de verschillen in vezeltype.

Verder onderzoek omvatte het onderzoek van geëxtraheerde vezels om verschillen in breukgedrag op te helderen. Deze microscopische analyse onthulde verschillende kenmerken in de breukpatronen van PALF- en vlasvezels, en werpt licht op de onderliggende mechanismen die hun mechanische prestaties beïnvloeden.

Concluderend onderstreept dit onderzoek het aanzienlijke potentieel van PALF als duurzame versterkingsoptie voor hoogwaardige biocomposieten. De onverwachte superioriteit van PALF bij hogere concentraties daagt conventionele aannames over de trekeigenschappen uit in vergelijking met vlas.

Het aanmoedigen van de adoptie van PALF in composietmaterialen breidt niet alleen het repertoire van duurzame alternatieven uit, maar sluit ook aan bij bredere milieudoelstellingen, waardoor de ontwikkeling van milieuvriendelijke en mechanisch robuuste materialen voor diverse toepassingen wordt bevorderd.

Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Polymers .

Meer informatie: Taweechai Amornsakchai et al., Vergelijkende studie van met vlas- en ananasbladvezels versterkt poly(butyleensuccinaat):effect van vezelgehalte op mechanische eigenschappen, Polymeren (2023). DOI:10.3390/polym15183691

Aangeboden door Newcastle University in Singapore