Los investigadores y equipos de la Universidad de Portsmouth de todo el mundo están a la vanguardia de un impulso para desarrollar materiales compuestos más ecológicos a partir de residuos agrícolas para su uso en la automoción. industrias naval y aeroespacial.

Un equipo de la Escuela de Ingeniería de la Universidad está diseñando y desarrollando materiales livianos a partir de recursos renovables, incluida la biomasa agrícola, un proceso que podría brindar importantes beneficios ambientales en el sector del transporte.

El Grupo de Investigación de Materiales y Fabricación Avanzados (AMM), Escuela de Ingeniería, está trabajando para desarrollar compuestos sostenibles livianos y abordar los desafíos clave del uso de compuestos reforzados con fibras naturales para aplicaciones estructurales y semiestructurales.

Dr. Hom Nath Dhakal, quien lidera el grupo de investigación, dijo:"Los materiales compuestos sostenibles se producen a partir de lino, cáñamo, yute y residuos de biomasa de fibras de palma datilera para desarrollar piezas como parachoques de automóviles y revestimientos de puertas, principalmente para componentes no estructurales. El equipo también está trabajando para hacerlos adecuados para aplicaciones estructurales y semiestructurales mediante el uso de técnicas híbridas ".

Añadió:"El uso de fibras vegetales naturales como la biomasa de palmera datilera para la fabricación de compuestos tiene el potencial de proporcionar a los agricultores de productos de alto valor ingresos adicionales y, al mismo tiempo, reducir las emisiones de C02 de la quema de residuos. un ejemplo de valorización de materiales.

"Estas alternativas ligeras podrían ayudar a reducir el peso de los vehículos, contribuyendo a un menor consumo de combustible y menos emisiones de CO2. Los materiales sostenibles se pueden producir utilizando menos energía que el vidrio y las fibras de carbono, y son biodegradables, por lo tanto, más fácil de reciclar ".

A pesar de sus muchos atributos atractivos, como alta resistencia y rigidez específicas, tener un costo de producción más bajo que las fibras sintéticas, Reducción del desgaste de la maquinaria utilizada para procesar estas fibras y reducción de la preocupación por la salud y la seguridad durante el procesamiento. las fibras naturales tienen sus inconvenientes inherentes. Son menos compatibles con las matrices poliméricas, de naturaleza hidrófila (que absorbe la humedad) y sus propiedades mecánicas son a veces difíciles de alcanzar para los requisitos de propiedades estructurales.

El Dr. Dhakal y su equipo han estado trabajando en estrecha colaboración con la industria para abordar estos problemas y probar la resistencia y viabilidad de las piezas fabricadas con materiales sostenibles. Los resultados de estas pruebas se comparan con los de híbridos de materiales naturales con fibras de carbono y vidrio más tradicionales. El Grupo de Investigación AMM ha estado trabajando en colaboración con investigadores de diversas instituciones de todo el mundo.

El Dr. Dhakal dijo:"En los últimos 12 meses, El Grupo de Investigación AMM ha estado involucrado en este esfuerzo de investigación en curso y ha publicado muchos artículos de alto factor de impacto en revistas prestigiosas como Composites Science and Technology, Composites Part A y Composites Part B. "

Un estudio colaborativo reciente, publicado en la revista Parte compuesta A:Ciencia aplicada y fabricación exploró el potencial de las fibras de desecho de la vaina de la palma datilera y los resultados de esta publicación pueden ser beneficiosos para las industrias basadas en compuestos.

La palma datilera se cultiva extensivamente en el norte de África y Oriente Medio y los biorresiduos acumulados de fibras vegetales son del orden de millones de toneladas por año. Si bien existen varios usos tradicionales de estos biorresiduos (incluidas cuerdas y cestas), una gran cantidad del residuo se quema o se deposita en vertederos.

El estudio analizó la estructura, Propiedades fisioquímicas y mecánicas de las fibras de palmera datilera para evaluar si tenían potencial como refuerzos para materiales compuestos. Evidentemente, Los compuestos reforzados con fibra de palmera datilera son refuerzos rentables y ecológicos para una alta absorción de energía y funciones acústicas mejoradas. Esta investigación proporcionó relaciones de propiedad de estructura. Para obtener propiedades óptimas de los compuestos de fibras naturales, las propiedades de las fibras mismas son importantes. Componentes como revestimientos de puertas, Con estos refuerzos se pueden fabricar parachoques delanteros y traseros de automóviles y estantes para paquetes.

Uno de los problemas con los materiales creados a partir de fibras naturales es la menor resistencia en comparación con los compuestos de fibra de carbono y vidrio. ya que son susceptibles a una mayor absorción de humedad. Un estudio publicado en Ciencia y tecnología de materiales compuestos (Almansour et al., 2018) probaron el efecto de la absorción de agua sobre las propiedades mecánicas de los compuestos híbridos de fibra de lino y basalto y probaron sus comportamientos de tenacidad a la fractura en los modos I y II.

Desarrollar materiales compuestos sostenibles con propiedades mejoradas que puedan soportar demandas de alto rendimiento y ligereza. así como la necesidad de poder soportar las duras condiciones ambientales, son empresas desafiantes. Hibridación de dos o más fibras (combinación de fibras naturales con vidrio, fibras de basalto y carbono, por ejemplo) es una técnica en la que los beneficios de cada material de refuerzo se pueden combinar para lograr compuestos que exhiban tanto un rendimiento mecánico mejorado como un impacto ambiental, conduciendo a la sostenibilidad.

De los estudios del grupo AMM, Se ha revelado que se logró una alta resistencia mecánica y tenacidad mediante el uso de fibra de basalto hibridada con fibras de lino. El Dr. Dhakal dijo:"El camino a seguir para que los compuestos de fibras naturales se utilicen en aplicaciones estructurales sería una combinación de ambos materiales (fibras naturales y fibras sintéticas) con un enfoque híbrido. Para hacer frente a estos desafíos se requiere más investigación e innovación entre las instituciones académicas y industria."