استخدام قشر جوز الهند ومخلفات قصب السكر في مواد مركبة خضراء خفيفة الوزن وقوية بصناعات البناء والسيارات

يساعد فريق دولي من العلماء على تقليل انبعاثات الكربون في الغلاف الجوي من خلال استكشاف الألياف الطبيعية المختلفة ومزج الألياف الطبيعية في البلاستيك لصنع مواد مركبة خضراء وخفيفة الوزن وقوية للصناعات الإنشائية والسيارات.

ألياف تفل قصب السكر هي البقايا الليفية التي تبقى بعد سحق سيقان قصب السكر لاستخراج العصير، وهي منتج ثانوي لصناعة قصب السكر، ولكن يمكن استخدامها أيضًا في صناعة الورق، ومواد التعبئة والتغليف، والبلاستيك القابل للتحلل الحيوي، والمنسوجات، والمواد المركبة من البوليمر، كل ذلك باسم الاستدامة وكبدائل صديقة للبيئة للمواد التقليدية.

ألياف قشر جوز الهند، والمعروفة أيضًا باسم ألياف جوز الهند، هي المادة الليفية الموجودة بين القشرة الصلبة والداخلية والطبقة الخارجية لجوز الهند. هذه الألياف قوية ومتينة ومقاومة للمياه المالحة، مما يجعلها مثالية لمجموعة واسعة من التطبيقات.

تُستخدم ألياف قشر جوز الهند بشكل شائع في صنع الحبال، والخيوط، وممسحة الباب، والفرش، والعديد من المنتجات المنزلية والزراعية الأخرى، مثل ألياف تفل قصب السكر، يمكن أن تكون ألياف قشر جوز الهند بديلاً مستدامًا منخفض التكلفة للألياف الاصطناعية في إنتاج مركبات البوليمر المقواة بالألياف الطبيعية لتطبيقات مختلفة.

في الآونة الأخيرة، طور فيرما ديباك، من جامعة Graphic Era Hill (الهند)، وفريقه من الباحثين الدوليين، طريقة باستخدام مزيج من قشر جوز الهند (COIR)، وألياف تفل قصب السكر، جنبًا إلى جنب مع كربونات الكالسيوم، لتقوية المواد المركبة الايبوكسية.

الجزء الجديد من هذه الطريقة، التي تم نشر نتائجها في موقع الاستدامة، هو معالجة الألياف بمادة كيميائية لجعل المركب أقوى وأقل عرضة لامتصاص الماء، وبالتالي تعزيز الخصائص الميكانيكية والحرارية للألياف.

عند تقييم مصاصة القصب/ مادة الإيبوكسي المعززة بتقنية COIR لقوتها الميكانيكية وهيكلها عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، وجد فيرما وفريقه، أن المركب المعالج كان أقوى بكثير ويمكنه التعامل مع وزن أكبر مقارنة بالألياف الطبيعية غير المعالجة التي تعزز مركب الراتينج.

يوفر المركب المقوى بالألياف المعالجة أيضًا مقاومة معززة للحرارة للفشل تحت درجة حرارة عالية.

كانت الطريقة الجديدة عبارة عن نتائج لعدة سنوات من التجارب كجزء من مهمة الفريق الرئيسية لحل مشكلة الألياف الطبيعية المتمثلة في الميل إلى امتصاص الرطوبة، والتحلل بسرعة.

أصبح فيرما وفريقه مهتمين بهذا المجال عندما كانوا يراجعون الأدبيات حول المحبة للماء للألياف الطبيعية ، مما يجعل الخواص الميكانيكية للمواد المركبة منخفضة.

من الأدبيات، تعلموا أنه لتحسين التصاق هذه المواد بالمصفوفة، يجب معالجة الألياف كيميائيًا أو فيزيائيًا لزيادة قدرتها على مقاومة الماء.

تحسين الخواص الميكانيكية للألياف الطبيعية

لقد نشروا مراجعة موضوع المحبة للماء في عام 2020 في مجلة الألياف الطبيعية، مع التركيز على كيفية تحسين الخواص الميكانيكية للمواد المركبة القائمة على البوليمر عن طريق معالجة أسطح الألياف الطبيعية والجزيئات الطبيعية.

ناقشت ورقة المراجعة الخصائص الفيزيائية لهذه المواد، والمعالجات الكيميائية المختلفة المتاحة، وكيفية معالجتها، والخصائص الميكانيكية للمواد المركبة.

ثم شرع فيرما وفريقه في تطوير طريقة جديدة لتحسين الخواص الميكانيكية للألياف الطبيعية والتغلب على محدودية مقاومة الماء من خلال معالجة الألياف بمواد كيميائية مثل القلوية/ المرسرة، تم الإبلاغ عن هذه الدراسة في مجلة Journal of Composites Science في عام 2021.

الأهم من ذلك، تمكن الفريق البحثي أيضًا من تكوين مجتمع من الباحثين بمهمة مركزة: التعاون لدراسة الآثار الأوسع لمشكلة المحبة للماء في الألياف الطبيعية، تم نشر المعرفة بهذا الموضوع في كتاب محرر (Verma ، 2021).