Forscher von UBC Okanagan haben eine Technik angepasst, die ursprünglich zum Einbalsamieren menschlicher Überreste entwickelt wurde, um die Eigenschaften von Biokompositen zu stärken und sie stärker zu machen.
Mit der Innovation neuer Materialien und umweltfreundlicher Verbundwerkstoffe werden Materialien wie Bambus und andere Naturfasern leicht übersehen, erklärt UBCO-Professor für Maschinenbau Dr. Abbas Milani. Diese Fasern werden heute in vielen Anwendungen wie Bekleidung, Automobilindustrie, Verpackung und Bauwesen eingesetzt.
Sein Forschungsteam hat nun einen Weg gefunden, diese Fasern nicht nur zu stärken, sondern auch ihre Abbauneigung im Laufe der Zeit zu verringern und sie damit noch umweltfreundlicher zu machen.
„Bambus hat fast die gleiche Festigkeit wie Weichstahl, ist aber flexibler“, sagt Dr. Milani, Gründungsdirektor des Materials and Manufacturing Research Institute. „Mit seinem geringen Gewicht, seinen Kosten und seiner reichlichen Verfügbarkeit ist Bambus ein vielversprechendes Material, das aber bisher einen großen Nachteil hatte.“
Bambus ist eine der weltweit am häufigsten geernteten und verwendeten Naturfasern mit jährlich mehr als 30 Millionen produzierten Tonnen. Seine Naturfasern können jedoch Wasser aufnehmen und im Laufe der Zeit durch Feuchtigkeitsaufnahme und Verwitterung abgebaut und geschwächt werden.
Das Forschungsteam verwendet einen Prozess namens Plastination, um den Bambus zu dehydrieren, und verwendet ihn dann als Verstärkung mit anderen Fasern und Materialien. Dann härten sie es zu einem neuen Hochleistungs-Hybrid-Biokomposit aus.
Die Plastination wurde erstmals 1977 von Gunther von Hagens entwickelt und wurde in großem Umfang für die Langzeitkonservierung von Tier-, Menschen- und Pilzresten eingesetzt und hat nun ihren Weg zu fortschrittlichen Materialanwendungen gefunden. Die Plastination gewährleistet die Haltbarkeit des Verbundmaterials sowohl für den Kurz- als auch für den Langzeitgebrauch, sagt Daanvir Dhir, Co-Autor des Berichts und frischgebackener Absolvent der UBC Okanagan.
„Der plastinierte Bambus-Verbundstoff wurde mit Glas- und Polymerfasern gemischt, um ein Material zu schaffen, das leichter und dennoch haltbarer ist als vergleichbare Verbundstoffe“, sagt Dhir. „Diese Arbeit ist einzigartig, da es keine früheren Studien gibt, die die Verwendung solcher plastinierter Naturfasern in kunstfaserverstärkten Polymerverbundwerkstoffen untersucht haben.“
Dhir sagt, dass dieser neue langlebige Hybrid-Verbundstoff aus Bambus/gewebter Glasfaser/Polypropylen, der mit der Plastination-Technik behandelt wird, eine vielversprechende Zukunft hat.
Die vom Industriepartner NetZero Enterprises Inc. unterstützte Studie zeigt, dass die Zugabe von nur einer geringen Menge plastinierter Materialien zum Bambus die Schlagabsorptionsfähigkeit des Verbundwerkstoffs erhöhen kann – ohne seine elastischen Eigenschaften zu verlieren. Dies senkt auch die Abbaurate des Materials.
An der Optimierung dieses Prozesses muss noch weiter gearbeitet werden, da die Plastination laut Dhir derzeit zeitaufwändig ist. Er stellt jedoch fest, dass die Entdeckung der richtigen Zusammensetzung plastinierter Naturfasern zu einer beträchtlichen Reduzierung nicht abbaubarer Abfälle in vielen Branchen führen wird, mit einem geringeren ökologischen Fußabdruck.
Zukünftige Studien sind im Gange, um die Wirkung der Plastination anderer Naturfasern wie Flachs und Hanf zu optimieren und zu untersuchen. Die Forscher schlagen auch vor, eine Lebenszyklusanalyse der Materialien unter verschiedenen Anwendungen durchzuführen und mit nicht plastinierten Proben zu vergleichen. Dies wird ein besseres Bild des entsprechenden Kompromisses zwischen dem ökologischen Fußabdruck und den Auswirkungen der mechanischen Haltbarkeit liefern.
„Bioverbundwerkstoffe finden im Rahmen des Paradigmas der Kreislaufwirtschaft weiterhin neue Anwendungen“, fügt Dr. Milani hinzu. „Die Innovationen in den Methoden, die zur Entwicklung dieser Verbundwerkstoffe verwendet werden, werden weit in die Zukunft Vorteile bringen.“
Die Forschung erscheint in der Zusammengesetzte Strukturen von Zeitschriften.
Daanvir K. Dhir et al, Ein Hochleistungs-Hybrid-Grünverbundwerkstoff mit plastinierten Bambusfüllstoffen mit reduzierter Umweltzerstörungswirkung, Verbundstrukturen (2021). DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.115123