Un nuovo studio ha confrontato l’efficienza di rinforzo della fibra di foglie di ananas (PALF) e della fibra di lino coltivato nei compositi di poli(butilene succinato). Il PALF, un'alternativa meno esplorata ma potenzialmente sostenibile, ha sovraperformato il lino del 20% in peso, dimostrando il suo potenziale nei biocompositi ad alte prestazioni e allineandosi con gli obiettivi ambientali.
Il focus di questa ricerca ruota attorno a un'esplorazione completa delle capacità di rinforzo di due distinte fibre naturali, vale a dire la fibra di foglie di ananas (PALF) e la fibra di lino coltivato, nel contesto dei compositi unidirezionali di poli (butilene succinato) (PBS). L'obiettivo principale è discernere e confrontare l'efficienza meccanica di queste fibre come potenziali rinforzi nei compositi polimerici.
Il lino, rinomato per le sue robuste proprietà meccaniche, è un punto di riferimento per il confronto con il PALF, che rappresenta un'alternativa meno studiata ma potenzialmente sostenibile. Per valutare sistematicamente le loro prestazioni, fibre corte con una lunghezza di 6 mm sono state incorporate nei compositi in percentuali di peso variabili, in particolare a livelli del 10% e 20%.
Il processo di produzione prevedeva la miscelazione su due rulli, quindi la creazione di fogli preimpregnati allineati uniassialmente che venivano successivamente stampati per compressione in materiali compositi. Le formulazioni composite al 10% in peso di PALF e lino hanno mostrato curve sforzo-deformazione notevolmente simili, suggerendo comportamenti meccanici comparabili a questa concentrazione.
Tuttavia, lo studio ha preso una svolta interessante al livello del 20% in peso, dove il PALF ha inaspettatamente sovraperformato il lino nonostante le sue proprietà di trazione intrinsecamente inferiori. Questo risultato inaspettato ha spinto a un'indagine più dettagliata sulle caratteristiche meccaniche del PALF al livello del 20% in peso, i compositi PALF/PBS hanno dimostrato proprietà meccaniche impressionanti, raggiungendo una resistenza alla flessione di 70,7 MPa, un modulo di flessione di 2,0 GPa e una temperatura di distorsione termica di 107,3°C.
Al contrario, i compositi equivalenti lino/PBS hanno mostrato valori leggermente inferiori, con una resistenza alla flessione di 57,8 MPa, un modulo di flessione di 1,7 GPa e una temperatura di distorsione termica di 103,7°C. Questa analisi comparativa fornisce preziose informazioni sul potenziale del PALF come materiale di rinforzo, soprattutto a concentrazioni più elevate.
A complemento dell'analisi meccanica, sono state impiegate figure polari a raggi X per valutare gli orientamenti della matrice sia nei compositi PALF/PBS che in quelli lino/PBS. I risultati hanno rivelato orientamenti della matrice simili, indicando che l'integrità strutturale complessiva dei compositi era comparabile nonostante le differenze nel tipo di fibra.
Un ulteriore esame ha comportato l'esame delle fibre estratte per chiarire le differenze nel comportamento alla rottura. Questa analisi microscopica ha svelato caratteristiche distinte nei modelli di frattura delle fibre PALF e di lino, facendo luce sui meccanismi sottostanti che ne influenzano le prestazioni meccaniche.
In conclusione, questa ricerca sottolinea il potenziale significativo del PALF come opzione di rinforzo sostenibile per biocompositi ad alte prestazioni. L'inaspettata superiorità del PALF a concentrazioni più elevate sfida le ipotesi convenzionali sulle sue proprietà di trazione rispetto al lino.
Incoraggiare l'adozione del PALF nei materiali compositi non solo espande il repertorio di alternative sostenibili, ma si allinea anche con obiettivi ambientali più ampi, promuovendo lo sviluppo di materiali ecologici e meccanicamente robusti per diverse applicazioni.
L'articolo è pubblicato sulla rivista Polymers .
Ulteriori informazioni: Taweechai Amornsakchai et al, Studio comparativo del poli(butilene succinato) rinforzato con fibre di foglie di lino e ananas:effetto del contenuto di fibre sulle proprietà meccaniche, Polimeri (2023). DOI:10.3390/polim15183691
Fornito dall'Università di Newcastle a Singapore
