En ny studie har jämfört den förstärkande effektiviteten hos ananasbladsfibrer (PALF) och odlade linfibrer i poly(butylensuccinat) kompositer. PALF, ett mindre utforskat men potentiellt hållbart alternativ, överträffade lin med 20 viktprocent, vilket visade upp sin potential i högpresterande biokompositer och i linje med miljömålen.
Fokus för denna forskning kretsar kring en omfattande utforskning av förstärkningsförmågan hos två distinkta naturfibrer, nämligen ananasbladsfibrer (PALF) och odlade linfibrer, inom ramen för enkelriktade poly(butylensuccinat) (PBS) kompositer. Det primära målet är att urskilja och jämföra den mekaniska effektiviteten hos dessa fibrer som potentiella förstärkningar i polymerkompositer.
Lin, känt för sina robusta mekaniska egenskaper, är ett riktmärke för jämförelse med PALF, som representerar ett mindre undersökt men potentiellt hållbart alternativ. För att systematiskt bedöma deras prestanda, inkorporerades korta fibrer med en längd på 6 mm i kompositerna i varierande viktprocent, särskilt vid 10 % och 20 % nivåer.
Tillverkningsprocessen involverade blandning med två valsar och skapade sedan uniaxiellt inriktade prepreg-skivor som sedan formpressades till kompositmaterial. De 10 vikt-% sammansatta formuleringarna av PALF och lin uppvisade anmärkningsvärt likartade spännings-töjningskurvor, vilket tyder på jämförbara mekaniska beteenden vid denna koncentration.
Studien tog dock en spännande vändning på 20 viktprocent-nivån, där PALF oväntat överträffade lin trots dess naturliga lägre dragegenskaper. Detta oväntade resultat föranledde en mer detaljerad undersökning av PALFs mekaniska egenskaper vid 20 viktprocent-nivån, PALF/PBS-kompositer visade imponerande mekaniska egenskaper och nådde en böjhållfasthet på 70,7 MPa, en böjmodul på 2,0 GPa och en värmeförvrängningstemperatur på 107,3°C.
Däremot uppvisade de ekvivalenta lin/PBS-kompositerna något lägre värden, med en böjhållfasthet på 57,8 MPa, en böjmodul på 1,7 GPa och en värmeförvrängningstemperatur på 103,7°C. Denna jämförande analys ger värdefulla insikter om potentialen hos PALF som ett förstärkningsmaterial, särskilt vid högre koncentrationer.
Som komplement till den mekaniska analysen användes röntgenpolfigurer för att bedöma matrisorienteringarna i både PALF/PBS- och lin/PBS-kompositer. Resultaten avslöjade liknande matrisorientering, vilket indikerar att den övergripande strukturella integriteten hos kompositerna var jämförbar trots skillnaderna i fibertyp.
Ytterligare granskning involverade undersökningen av extraherade fibrer för att klargöra skillnader i brottbeteende. Denna mikroskopiska analys avslöjade distinkta egenskaper i brottmönstren hos PALF och linfibrer, vilket kastade ljus över de underliggande mekanismerna som påverkar deras mekaniska prestanda.
Sammanfattningsvis understryker denna forskning PALFs betydande potential som ett hållbart förstärkningsalternativ för högpresterande biokompositer. PALFs oväntade överlägsenhet vid högre koncentrationer utmanar konventionella antaganden om dess dragegenskaper jämfört med lin.
Att uppmuntra användningen av PALF i kompositmaterial utökar inte bara repertoaren av hållbara alternativ utan är också i linje med bredare miljömål, vilket främjar utvecklingen av miljövänliga och mekaniskt robusta material för olika tillämpningar.
Uppsatsen är publicerad i tidskriften Polymers .
Mer information: Taweechai Amornsakchai et al, jämförande studie av lin- och ananasbladfiberförstärkt poly(butylensuccinat):Effekt av fiberinnehåll på mekaniska egenskaper, polymerer (2023). DOI:10.3390/polym15183691
Tillhandahålls av Newcastle University i Singapore
