Fraunhofer IWU Zittau ve Zittau/Görlitz Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, kompozit malzemelerdeki cam elyaflar için biyolojik alternatifler araştırıyor. Kenevir ve reçinelerin bir kombinasyonu özellikle umut verici.
Levha kalıplama bileşikleri (SMC’ler), ekstrüzyon işlemi kullanılarak yüksek yüzey kalitesine sahip karmaşık kalıplanmış parçalar üretmek için kullanılabilen uzun elyaf takviyeli yarı mamul ürünlerdir. SMC bileşenleri için birçok olası uygulama vardır. Trenlerde ve demiryollarında iç kaplama olarak, kamyonlar ve tarım makineleri için dış kaplama olarak veya elektrik dağıtım kutularını ve şalt cihazlarını korumak için kullanılırlar.
Dr. Rafael Cordeiro, Fraunhofer Plastik Merkezi Oberlausitz’de ve Zittau/Görlitz Uygulamalı Bilimler Üniversitesi’ndeki LaNDER³ projesinde araştırma görevlisidir. Özellikle cam elyafın yerini reçine ile birlikte doğal elyafın aldığı tren iç kaplamaları üzerinde çalışmaktadır. Kullanılan doğal elyaf kenevirdir – daha doğrusu kenevir kullanılarak yapılan tekstil üretiminin bir yan ürünü olan daha kaba elyaflar.
Yeni geliştirilen SMC’deki doğal liflerin ağırlık oranı yaklaşık yüzde 15’tir; matris, yani liflerin gömülü olduğu bileşen olarak biyo-bazlı reçinenin planlanan kullanımı, “doğal” oranı gelecekte yüzde 38’e kadar çıkaracaktır. Buna yüzde 55 oranında kalsiyum karbonat (kireçtaşı veya tebeşir olarak bilinir) veya boksit olarak doğal şekilde oluşan alüminyum hidroksit hidrat gibi mineraller de eklenmektedir. Geriye kalan yüzde 7’lik kısım ise, şu anda biyo-bazlı ikamesi bulunmayan petrokimyasal katkı maddelerinden oluşuyor.
Üretim için bir zorluk: özellikle doğal elyaflar nemi bağlar ve yüksek nemli ülkelerde kabarcık oluşumunu önlemek için önceden kurutma gerekebilir. Kabarcık oluşumu emprenye işlemine de bağlıdır.
Dr. Cordeiro, “Doğal elyaf SMC, daha büyük miktarlarda üretim için yalnızca çok küçük ek tesis yatırımları ve minimum proses parametresi değişiklikleri gerektirecek şekilde geliştirildi” diyor.
Üretim sırasında enerji tüketimi
Doğal elyaf ve cam elyaf SMC’ler arasında, darbeli ekstrüzyonla yarı mamul ve bileşen üretimi için gereken süreçler ve enerji açısından önemli bir fark yoktur. Yarı mamuller oda sıcaklığında üretilir, bu nedenle sistemin enerji gereksinimi nispeten düşüktür. Bileşenlerin şekillendirilmesi, hidrolik preslerde 110 °C ile 150 °C arasındaki sıcaklıklarda sıcak presleme işleminde gerçekleşir. Bu sıcaklık aralığı termoplastik bileşenlerden daha düşüktür ve kalıplar için herhangi bir soğutma veya ısıtma döngüsü gerektirmez, bu da enerji gereksinimleri üzerinde olumlu etkiler yaratır.
Tüm plastik ürünlerde olduğu gibi, aşınma yoluyla mikroplastik oluşumu olasılığı da vardır. Ancak, Zittau’daki Fraunhofer IWU’da geliştirilen doğal elyaf SMC’ler, yoğun aşınmanın olmadığı yukarıda belirtilen uygulamalar için tasarlanmıştır. Cam elyafların kenevir elyaflarla ikame edilmesi, malzeme ve ürün üretimi alanında ve hasarlı parçaların taşınması veya bertarafı sırasında çalışanlar arasında cilt ve solunum yolu tahrişinde önemli bir azalmaya yol açmaktadır. Buna ek olarak, kenevir liflerinin üretimi, cam liflerine göre önemli ölçüde daha düşük CO2 emisyonu ile sonuçlanır ve bu da çevresel etkiyi önemli ölçüde azaltır.
Uzun hizmet ömrü
Doğal elyaf SMC’lerin tipik hizmet ömrü, malzemenin iç veya dış mekan uygulamalarında kullanılmasına bağlı olarak 30 yıla kadar çıkmaktadır. Örneğin hava koşullarına dayanıklılık, matris reçinesinin özel olarak ayarlanmasıyla artırılabilir.
Geleneksel SMC’lere benzer şekilde, doğal elyaflı SMC’ler de geri dönüştürülemez. İkincisi bir bütün olarak biyolojik olarak parçalanabilir olmamasına rağmen, doğal elyafı matristen ve dolgu maddesinden ayırmak için umut verici girişimlerde bulunulmaktadır, böylece doğal elyaf kısmı kompostlanabilir ve dolgu maddesi yeniden kullanılabilir. Ayrıştırma işleminden sonra elyaflar o kadar küçüktür ki artık SMC uygulamalarında kullanılamazlar. Elde edilen kısa elyafların teknolojik olarak yeniden kullanımı konusunda daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Daha iyi sürdürülebilirlik dengesi
Dr. Rafael Cordeiro: “Doğal elyaf SMC’lerin sürdürülebilirlik dengesi henüz mükemmel değil. Ancak cam elyaf takviyeli kompozit malzemelerden çok daha iyi durumda. Malzeme maliyetleri de doğru. Bu da klasik cam elyaflı SMC’lere geliştirdiğimiz alternatiflerin kesinlikle pazarlanabilir olduğu anlamına geliyor. Daha sürdürülebilir SMC bileşenlerinin üretimi mümkün.”
