Pesquisadores da Universidade de Portsmouth e equipes de todo o mundo estão na vanguarda de um esforço para desenvolver materiais compostos mais ecológicos a partir de resíduos agrícolas para serem usados ​​no setor automotivo, indústrias marítimas e aeroespaciais.

Uma equipe da Escola de Engenharia da Universidade está projetando e desenvolvendo materiais leves a partir de recursos renováveis, incluindo biomassa agrícola - um processo que pode fornecer benefícios ambientais significativos no setor de transporte.

O Grupo de Pesquisa de Materiais Avançados e Fabricação (AMM), Escola de engenharia, está trabalhando para desenvolver compósitos sustentáveis ​​leves e enfrentar os principais desafios do uso de compósitos reforçados com fibra natural para aplicações estruturais e semi-estruturais.

Dr. Hom Nath Dhakal, quem lidera o grupo de pesquisa, disse:"Os materiais compostos sustentáveis ​​são produzidos a partir do linho, cânhamo, fibras de palmeira de juta e resíduos de biomassa para desenvolver peças como pára-choques de carros e revestimentos de portas - principalmente para componentes não estruturais. A equipe também está trabalhando para torná-los adequados para aplicações estruturais e semi-estruturais usando técnicas híbridas. "

Ele acrescentou:"O uso de fibras naturais de plantas, como a biomassa de tamareira, para a fabricação de compósitos tem o potencial de fornecer renda extra aos agricultores de produtos de alto valor e, ao mesmo tempo, reduzir as emissões de C02 da queima de resíduos, um exemplo de valorização de materiais.

“Essas alternativas leves podem ajudar a reduzir o peso dos veículos, contribuindo para menos consumo de combustível e menos emissões de CO2. Os materiais sustentáveis ​​podem ser produzidos com menos energia do que as fibras de vidro e carbono, e são biodegradáveis, portanto, mais fácil de reciclar. "

Apesar de seus muitos atributos atraentes, como alta resistência específica e rigidez, tendo um custo de produção menor do que as fibras sintéticas, redução do desgaste do maquinário usado para processar essas fibras e redução das preocupações com saúde e segurança durante o processamento, as fibras naturais têm suas desvantagens inerentes. Eles são menos compatíveis com matrizes poliméricas, de natureza hidrofílica (absorvendo umidade) e suas propriedades mecânicas às vezes são difíceis de atingir para os requisitos de propriedade estrutural.

O Dr. Dhakal e sua equipe têm trabalhado em estreita colaboração com a indústria para resolver esses problemas e testar a resistência e a viabilidade das peças feitas de materiais sustentáveis. Os resultados dos testes são comparados aos de híbridos de materiais naturais com fibras de vidro e carbono mais tradicionais. O AMM Research Group tem trabalhado em colaboração com pesquisadores de várias instituições de todo o mundo.

Dr. Dhakal disse:"Nos últimos 12 meses, o AMM Research Group está envolvido neste esforço de pesquisa em andamento e publicou muitos artigos de alto fator de impacto em revistas de prestígio, incluindo a Composites Science and Technology, Composites Part A and Composites Part B. "

Um estudo colaborativo recente, publicado no jornal Composto Parte A:Ciência Aplicada e Fabricação explorou o potencial de resíduos de fibras de palmeira de tâmaras e os resultados desta publicação podem ser benéficos para indústrias baseadas em compósitos.

A tamareira é cultivada extensivamente no Norte da África e no Oriente Médio e o bio-resíduo acumulado de fibras vegetais é da ordem de milhões de toneladas por ano. Embora haja uma série de usos tradicionais deste bio-resíduo (incluindo cordas e cestos), uma grande quantidade do resíduo é queimada ou aterrada.

O estudo analisou a estrutura, Propriedades físico-químicas e mecânicas das fibras de tamareira para avaliar se elas tinham potencial como reforço para materiais compósitos. Evidentemente, os compósitos reforçados com fibra de tamareira são reforços econômicos e ecologicamente corretos para alta absorção de energia e funções acústicas aprimoradas. Esta investigação forneceu relacionamentos de propriedade de estrutura. A fim de obter propriedades ideais de compostos de fibra natural, as propriedades das próprias fibras são importantes. Componentes como forros de portas, Os para-choques dianteiros e traseiros do carro e as prateleiras de pacotes podem ser fabricados com esses reforços.

Um dos problemas com materiais criados a partir de fibras naturais é a menor resistência em comparação com compostos de fibra de carbono e vidro, pois são suscetíveis a aumento da absorção de umidade. Um estudo publicado em Ciência e Tecnologia de Compósitos (Almansour et al., 2018) testou o efeito da absorção de água nas propriedades mecânicas de compósitos hibridizados de linho e fibra de basalto e testou seus comportamentos de resistência à fratura nos modos I e II.

Desenvolver materiais compostos sustentáveis ​​com propriedades aprimoradas que podem suportar alto desempenho e demandas leves, bem como a necessidade de ser capaz de resistir a condições ambientais adversas, são empreendimentos desafiadores. Hibridação de duas ou mais fibras (combinação de fibras naturais com vidro, basalto e fibras de carbono, por exemplo) é uma técnica em que os benefícios de cada material de reforço podem ser combinados para obter compostos que exibem desempenho mecânico e impacto ambiental aprimorados, levando à sustentabilidade.

Dos estudos do grupo AMM, foi revelado que a alta resistência mecânica, bem como a tenacidade, foram alcançadas com o uso de fibras de basalto hibridizadas com fibras de linho. O Dr. Dhakal disse:"O caminho a seguir para compósitos de fibra natural a serem usados ​​em aplicações estruturais seria uma combinação de ambos os materiais (fibras naturais e fibras sintéticas) com uma abordagem híbrida. Enfrentar esses desafios requer mais pesquisas e inovação entre instituições acadêmicas e indústria."