Forskere bruger plantefibre til at udvikle grønne muligheder for transportindustrien

University of Portsmouth forskere og teams fra hele verden er i spidsen for et forsøg på at udvikle grønnere kompositmaterialer fra landbrugsaffald til brug i bilindustrien, marine- og rumfartsindustrien.

Et team fra University's Engineering School er ved at designe og udvikle lette materialer fra vedvarende ressourcer, herunder landbrugsbiomasse - en proces, der kan give betydelige miljømæssige fordele i transportsektoren.

Forskningsgruppen Advanced Materials and Manufacturing (AMM), Ingeniørhøjskolen, arbejder på at udvikle letvægts bæredygtige kompositter og håndtere de vigtigste udfordringer ved at bruge naturfiberforstærkede kompositter til strukturelle og semi-strukturelle applikationer.

Dr. Hom Nath Dhakal, der leder forskningsgruppen, sagde:"De bæredygtige kompositmaterialer er fremstillet af hør, hamp, jute og spild af biomasse daddelpalme til at udvikle dele som bilkofangere og dørbeklædninger-hovedsageligt til ikke-strukturelle komponenter. Teamet arbejder også på at gøre dem velegnede til strukturelle og semi-strukturelle applikationer ved hjælp af hybridteknikker. "

Han tilføjede:"Brug af naturlige plantefibre som f.eks. Daddelbiomasse til sammensat fremstilling har potentiale til at give landmænd i produkter af høj værdi ekstra indtægt og reducere C02 -emissioner fra forbrænding af affald på samme tid, et eksempel på valorisering af materialer.

"Disse lette alternativer kan bidrage til at reducere vægten af ​​køretøjer, bidrager til mindre brændstofforbrug og færre CO2 -emissioner. De bæredygtige materialer kan produceres ved at bruge mindre energi end glas- og kulfiber, og er biologisk nedbrydelige, derfor lettere at genbruge. "

På trods af deres mange attraktive egenskaber som høj specifik styrke og stivhed, har en lavere produktionsomkostning end syntetiske fibre, reduktion af slid på de maskiner, der bruges til at behandle disse fibre og reducerede bekymringer med hensyn til sundhed og sikkerhed under behandlingen, naturlige fibre har deres iboende ulemper. De er mindre kompatible med polymermatricer, hydrofile i naturen (absorberende fugt) og deres mekaniske egenskaber er undertiden vanskelige at opnå for de strukturelle egenskabskrav.

Dr. Dhakal og hans team har arbejdet tæt sammen med industrien for at løse disse problemer og teste styrken og levedygtigheden af ​​dele fremstillet af bæredygtige materialer. Disse testresultater sammenlignes med hybrider af de naturlige materialer med mere traditionelle glas- og kulfiber. AMM Research Group har arbejdet i samarbejde med forskere fra forskellige institutioner fra hele verden.

Dr. Dhakal sagde:"I de sidste 12 måneder har AMM Research Group har været involveret i denne igangværende forskningsindsats og har offentliggjort mange high impact factor -artikler i prestigefyldte tidsskrifter, herunder Composites Science and Technology, Kompositter del A og kompositter del B. "

En nylig samarbejdsundersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Sammensat del A:Anvendt videnskab og fremstilling undersøgt potentialet i affaldsbladet kappe daddelpalme fibre og resultaterne af denne publikation kan være gavnlige for kompositbaserede industrier.

Daddelpalme dyrkes omfattende i Nordafrika og Mellemøsten, og det akkumulerede bioaffald af plantefibre er i størrelsesordenen millioner tons om året. Selvom der er en række traditionelle anvendelser af dette bioaffald (herunder reb og kurve), en stor mængde af remanensen er brændt eller landfyldt.

Undersøgelsen så på strukturen, fysiokemiske og mekaniske egenskaber ved daddelpalmfibre for at vurdere, om de havde potentiale som forstærkninger til kompositmaterialer. Åbenbart, daddelpalmerforstærkede kompositter er omkostningseffektive og miljøvenlige forstærkninger til høj energiabsorbering og forbedrede akustikfunktioner. Denne undersøgelse gav strukturelle ejendomsforhold. For at få optimale egenskaber fra naturlige fiberkompositter, selve fiberens egenskaber er vigtige. Komponenter som dørbeklædning, bilens kofangere foran og bag og pakkehylder kan fremstilles ved hjælp af disse forstærkninger.

Et af problemerne med materialer, der er skabt af naturlige fibre, er den lavere styrke sammenlignet med kulstof- og glasfiberkompositter, da de er modtagelige for øget fugtabsorbering. En undersøgelse offentliggjort i Kompositter Videnskab og teknologi (Almansour et al., 2018) testede effekten af ​​vandabsorbering på de mekaniske egenskaber af hør og basaltfiberhybridiserede kompositter og testede deres tilstande I og II brudstyrke adfærd.

Udvikling af bæredygtige kompositmaterialer med forbedrede egenskaber, der kan modstå høj ydeevne og lette krav, samt behov for at kunne modstå barske miljøforhold, er udfordrende virksomheder. Hybridisering af to eller flere fibre (kombination af naturlige fibre med glas, basalt og kulfiber for eksempel) er en teknik, hvor fordelene ved hvert forstærkende materiale kan kombineres for at opnå kompositter, der udviser både forbedret mekanisk ydeevne og miljøpåvirkning, fører til bæredygtighed.

Fra AMM -gruppens undersøgelser, det er blevet afsløret, at høj mekanisk styrke samt sejhed blev opnået ved anvendelse af basaltfiber hybridiseret med hørfibre. Dr. Dhakal sagde:"Vejen frem for naturlige fiberkompositter til brug i strukturelle applikationer ville være en kombination af både materialer (naturlige fibre og syntetiske fibre) med en hybrid tilgang. At imødekomme disse udfordringer kræver yderligere forskning og innovation mellem akademiske institutioner og industri."