I ricercatori e i team dell'Università di Portsmouth di tutto il mondo sono in prima linea nello sviluppo di materiali compositi più ecologici dai rifiuti agricoli da utilizzare nel settore automobilistico, industrie marittime e aerospaziali.
Un team della Facoltà di Ingegneria dell'Università sta progettando e sviluppando materiali leggeri da risorse rinnovabili, compresa la biomassa agricola, un processo che potrebbe fornire significativi benefici ambientali nel settore dei trasporti.
Il gruppo di ricerca Advanced Materials and Manufacturing (AMM), Scuola di Ingegneria, sta lavorando per sviluppare compositi leggeri sostenibili e affrontare le sfide chiave dell'utilizzo di compositi rinforzati con fibre naturali per applicazioni strutturali e semi-strutturali.
Dott. Hom Nath Dhakal, chi guida il gruppo di ricerca, ha dichiarato:"I materiali compositi sostenibili sono prodotti da lino, canapa, iuta e fibre di palma da dattero da biomassa di scarto per sviluppare parti come paraurti di automobili e rivestimenti di porte, principalmente per componenti non strutturali. Il team sta anche lavorando per renderli adatti ad applicazioni strutturali e semi-strutturali utilizzando tecniche ibride".
Ha aggiunto:"L'utilizzo di fibre vegetali naturali come la biomassa della palma da datteri per la produzione di compositi ha il potenziale per fornire agli agricoltori prodotti di alto valore un reddito extra e allo stesso tempo ridurre le emissioni di C02 dalla combustione dei rifiuti, un esempio di valorizzazione dei materiali.
"Queste alternative leggere potrebbero aiutare a ridurre il peso dei veicoli, contribuendo a ridurre il consumo di carburante e le emissioni di CO2. I materiali sostenibili possono essere prodotti utilizzando meno energia rispetto alle fibre di vetro e carbonio, e sono biodegradabili, quindi più facile da riciclare."
Nonostante i loro numerosi attributi attraenti come l'elevata resistenza specifica e rigidità, avendo un costo di produzione inferiore rispetto alle fibre sintetiche, riduzione dell'usura dei macchinari utilizzati per elaborare queste fibre e minori preoccupazioni per la salute e la sicurezza durante la lavorazione, le fibre naturali hanno i loro svantaggi intrinseci. Sono meno compatibili con le matrici polimeriche, natura idrofila (assorbimento di umidità) e le loro proprietà meccaniche sono talvolta difficili da ottenere per i requisiti delle proprietà strutturali.
Il Dr. Dhakal e il suo team hanno lavorato a stretto contatto con l'industria per affrontare questi problemi e testare la forza e la fattibilità delle parti realizzate con materiali sostenibili. Questi risultati dei test sono confrontati con quelli degli ibridi dei materiali naturali con le più tradizionali fibre di vetro e carbonio. L'AMM Research Group ha lavorato in collaborazione con ricercatori di varie istituzioni di tutto il mondo.
Il dottor Dhakal ha detto:"Negli ultimi 12 mesi, l'AMM Research Group è stato coinvolto in questo sforzo di ricerca in corso e ha pubblicato molti articoli ad alto impatto su riviste prestigiose tra cui Composites Science and Technology, Compositi parte A e compositi parte B."
Un recente studio collaborativo, pubblicato sulla rivista Parte A composita:Scienza applicata e produzione ha esplorato il potenziale delle fibre di palma da dattero della guaina di foglie di scarto e i risultati di questa pubblicazione possono essere vantaggiosi per le industrie basate sui compositi.
La palma da datteri è coltivata estensivamente in Nord Africa e Medio Oriente e i rifiuti organici accumulati dalle fibre vegetali sono dell'ordine di milioni di tonnellate all'anno. Mentre ci sono un certo numero di usi tradizionali di questo rifiuto biologico (comprese corde e cestini), una grande quantità del residuo viene bruciata o gettata in discarica.
Lo studio ha esaminato la struttura, proprietà fisico-chimiche e meccaniche delle fibre di palma da datteri per valutare se avessero il potenziale come rinforzi per materiali compositi. Chiaramente, i compositi rinforzati con fibra di palma da dattero sono rinforzi economici ed ecologici per un elevato assorbimento di energia e funzioni acustiche migliorate. Questa indagine ha fornito relazioni di proprietà della struttura. Per ottenere proprietà ottimali dai compositi in fibra naturale, le proprietà delle fibre stesse sono importanti. Componenti come i rivestimenti delle porte, Con questi rinforzi si possono realizzare paraurti per auto anteriori e posteriori e cappelliere.
Uno dei problemi con i materiali creati da fibre naturali è la minore resistenza rispetto ai compositi in fibra di carbonio e vetro, poiché sono suscettibili di un maggiore assorbimento di umidità. Uno studio pubblicato su Scienza e tecnologia dei compositi (Almansour et al., 2018) hanno testato l'effetto dell'assorbimento d'acqua sulle proprietà meccaniche dei compositi ibridati con fibre di lino e basalto e ne hanno testato i comportamenti di tenacità alla frattura di modo I e II.
Sviluppo di materiali compositi sostenibili con proprietà migliorate in grado di resistere a prestazioni elevate e requisiti di leggerezza, oltre a dover essere in grado di resistere a condizioni ambientali difficili, sono imprese impegnative. Ibridazione di due o più fibre (combinazione di fibre naturali con vetro, basalto e fibre di carbonio per esempio) è una tecnica in cui i vantaggi di ciascun materiale di rinforzo possono essere combinati per ottenere compositi che esibiscono sia migliori prestazioni meccaniche che impatto ambientale, che porta alla sostenibilità.
Dagli studi del gruppo AMM, è stato dimostrato che un'elevata resistenza meccanica e tenacità è stata ottenuta utilizzando fibra di basalto ibridata con fibre di lino. Il Dr. Dhakal ha dichiarato:"La via da seguire per i compositi in fibra naturale da utilizzare nelle applicazioni strutturali sarebbe una combinazione di entrambi i materiali (fibre naturali e fibre sintetiche) con un approccio ibrido. Affrontare queste sfide richiede ulteriori ricerche e innovazioni tra istituzioni accademiche e industria."
