Cây gai dầu, cây lanh ứng dụng mới trong vật liệu composite

Dự án DuroBast do chính phủ Đức tài trợ tập trung vào việc sử dụng sợi libe để sản xuất các thành phần cấu trúc composite. Dự án nhằm mục đích phát triển vật liệu tổng hợp nhựa nhiệt dẻo có thể định hình nhiệt sử dụng sợi libe tái tạo làm chất gia cố cho một loạt các ứng dụng trong ô tô và thiết bị thể thao. Công việc nghiên cứu ban đầu tập trung vào các thành phần tổng hợp như ống thổi xe buýt, bảng điều khiển trung tâm và ván trượt tuyết.

Các loài thực vật bản địa như cây lanh, cây gai dầu và cây tầm ma đã được sử dụng để sản xuất sợi trong nhiều thế kỷ. Sợi của chúng được đặc trưng bởi một loạt các tính chất và phù hợp để sản xuất nhiều loại sản phẩm. Bên cạnh quần áo, những sợi này trước đây được sử dụng cho các ứng dụng kỹ thuật như bao tải, buồm, dây thừng và lưới. Ngày nay, tiềm năng xây dựng nhẹ của chúng làm cho sợi libe trở thành một vật liệu thay thế thú vị trong việc phát triển ô tô tiết kiệm nhiên liệu và các giải pháp điện di động. Một ưu điểm khác của cây lanh và cây gai dầu là chúng có xu hướng nhỏ vụn, một đặc tính tích cực, đặc biệt là trong các vụ tai nạn giao thông.

Dưới sự lãnh đạo của Viện Fraunhofer về Độ bền của Kết cấu và Độ tin cậy của Hệ thống LBF, một tổ hợp nghiên cứu liên ngành với 11 đối tác từ khoa học và công nghiệp, đang nghiên cứu phát triển các vật liệu sáng tạo dựa trên sinh học. Các thành viên của tập đoàn đang liên kết chuyên môn của họ trong tất cả các lĩnh vực của chuỗi giá trị và hướng tới mục tiêu chuyển giao kết quả dự án sang các ứng dụng cụ thể như nội thất ô tô (tấm cửa), thiết bị thể thao (ván trượt tuyết) và giao thông công cộng (ống thổi xe buýt) trong tương lai gần .

Các đối tác của dự án là Dräxlmaier GmbH & Co. KG, Gustav Gerster GmbH & Co. KG, Hübner GmbH & Co. KG, Viện Công nghệ Dệt may RWTH Aachen, Leibniz Institute for Composite Materials GmbH, nova-Institut für politische und ökologische Innovation GmbH, Rhenoflex GmbH, silbaerg GmbH, Wagenfelder Spinnereien GmbH và Chủ tịch Kỹ thuật Thử nghiệm Vật liệu (WPT) của Đại học TU Dortmund.

Sức mạnh thuyết phục, cải thiện khả năng chống ẩm

Do khả năng hút ẩm cao, sợi libe chỉ được sử dụng ở một mức độ hạn chế trong chất dẻo và các ứng dụng lâu bền. Do đó, một trong những mục tiêu đổi mới của dự án DuroBast là giảm sự hấp thụ độ ẩm của sợi thông qua sửa đổi và sau đó xử lý chúng thành sợi, vải không dệt và vải. Để đạt được mục đích này, các sợi sẽ trải qua quá trình xử lý trước. Cụ thể, các khoang sợi và không gian giữa các sợi sẽ được lấp đầy bằng một loại nhựa nhiệt dẻo ngăn cản sự hấp thụ nước ngay cả ở những vùng bị hư hỏng và các cạnh cắt của vật liệu tổng hợp. Với mục tiêu này, nhóm nghiên cứu đang kiểm tra và so sánh các đặc tính của các loại sợi libe khác nhau, các quá trình khác nhau và phương thức hoạt động của các tác nhân kỵ nước khác nhau.

Để đạt được sự kết hợp 100% vật liệu dựa trên sinh học trong dài hạn, nhóm nghiên cứu cũng đang nỗ lực sử dụng chất nền polyme dựa trên sinh học. Quá trình sau đó sẽ cho phép cải thiện liên kết của chất nền với thành phần sợi tự nhiên. Ở đây, sợi, sản phẩm không dệt và vải thu được từ xơ phải đáp ứng các yêu cầu của các ứng dụng cuối cùng đã định. Xác định chiều dài sợi tối ưu, lớp phủ, độ tinh khiết và độ bền; phương pháp kéo sợi; và mức độ rang xơ đang được chứng minh là một thách thức trong bối cảnh này. Tất cả các thành phần được chọn cũng phải đáp ứng các tiêu chí mục tiêu về khả năng xử lý, hiệu quả kinh tế, tính sẵn có và tính bền vững.

Ưu điểm của cây gai dầu

Ngoài cây lanh, những cuộc điều tra ban đầu đã khẳng định những ưu điểm của cây gai dầu. Các yêu cầu về khí hậu của nó cho phép trồng trọt ở Đức và do đó, đảm bảo nguồn cung cấp trong thời điểm tình hình hậu cần toàn cầu không chắc chắn. Giá của cây gai dầu cũng cao hơn so với sợi lanh, và toàn bộ cây có thể được sử dụng trong các ứng dụng y tế và thực phẩm, chẳng hạn như hạt cây gai dầu. Cây gai dầu cũng có lợi thế về mặt môi trường với khả năng tập trung một lượng lớn CO2 trong quá trình trồng trọt. Trong chất dẻo gia cố bằng sợi, cây gai dầu có thể giảm tỷ lệ các thành phần nhựa hóa thạch bằng cách thay thế chúng bằng các chất thay thế có thể tái tạo.

Các thử nghiệm ban đầu về sản xuất tấm hữu cơ từ sợi gai dầu-polypropylene đã mang lại kết quả đầy hứa hẹn. Những loại nhựa nhiệt dẻo được gia cố bằng sợi này thể hiện độ bền và mật độ thấp và dễ gia công như các thành phần kim loại tấm thông thường. Nhóm nghiên cứu dự định sẽ kiểm tra toàn diện các quy trình và kết hợp vật liệu hơn nữa trong những tháng tiếp theo./.

Chú thích ảnh: Vật liệu tổng hợp dựa trên sợi Bast đã được thử nghiệm trong ống thổi xe buýt do Hübner sản xuất_ Ảnh Hübner

(Theo Hiệp hội nhựa Việt Nam)