Starkaste biokompositen är tillverkad av hampa och majs

Kompositmaterial blir starkare om de tillverkas av fibrer som löper parallellt. Det har doktoranden Behnaz Baghaei vid Högskolan i Borås tagit fasta på. Nu har hon utvecklat en biologiskt nedbrytbar komposit som är lätt att tillverka och starkare än andra biokompositer.

Lätt förenklat kan man säga att biokompositen som Behnaz Baghaei har utvecklat har tre nyheter: den är till hundra procent är gjord av biologiskt nedbrytbara material, den är enklare att tillverka och den är starkare än andra biokompositer. Nu ska produkten introduceras för fordonsföretag, som behöver satsa på mer miljövänliga material för exempelvis interiörerna i fordonen.
I vanliga fall används ofta garnliknande biologiska fibrer när biokompositer ska tillverkas. De breds ut på varandra i flera lager innan de hettas upp under tryck för att bilda ett hållbart, hårt och lätt material.

– Sådana garnliknande material brukar vara spunna, eller tvinnade, och när fibrerna vrids och hamnar i oordning blir de ganska svaga, säger Behnaz Baghaei. Jag ville utveckla en biokomposit som baserades på garn med parallella fibrer.

Tråd som snos runt fibrerna
Lösningen var att använda en tunn PLA-tråd, polylaktid, av majsstärkelse, som snoddes runt luddiga och mjuka kardade fibrer av en blandning av hampa och PLA för att hålla dem på plats.
Detta bildar en sorts löst och fluffigt garn, som sedan har vävts till mjuka och smidiga vävar, som är lätta att hantera och forma. Vävarna pressas och hettas upp och blir då till en hård biokomposit som är starkare än andra biokompositer.

Vävtekniken som används är en åttaskaftad satinbindning, med PLA-tråd som varp. Satin har glesa bindepunkter, vilket betyder att varpen och garnet inte korsas så tätt. Detta innebär att garnet inte böjs särskilt mycket i väven – något som bidrar till att fibrerna ligger relativt parallellt även i väven. 

– Eftersom väven kan pressas till kompositmaterial som den är, sparar vi ett steg jämfört med annan produktion av biokompositer, säger Behnaz Baghaei. Det vanliga är alltså att lager efter lager av olika material läggs ihop och att man därefter tillsätter en harts och sedan pressar. Nu har vi allt i ett lager och slipper tillsätta hartsen. På så sätt blir den här produktionen mer kostnadseffektiv.

Hampa och PLA blev starkaste biokompositen
Hon har testat olika typer av fibrer och blandningar av fibrer, som hampa och cellulosa. Metoden fungerar bra för olika material, och det är enkelt att på ett flexibelt sätt variera vilka fibrer som används utifrån vad som passar bäst för det ändamål kompositen ska användas till.

– Kvaliteten i fibrerna varierar både beroende på vilken sorts fiber det är och på var den har vuxit, säger hon. Det som blev allra starkast i mina tester är hampa tillsammans med PLA av majs. Det blev inte lika starkt som en glasfiberkomposit, men starkare än alla biokompositer vi känner till. Den är så stark att den kan användas inom byggindustri och för interiörer i fordon, på ställen där belastningen inte är för stor.

Efter att hon har doktorerat ska hon arbeta med att presentera produkten för fordonsindustrin och att testa den vidare.

– Den har fler fördelar än att den är miljövänlig och stark. Till exempel är den också lätt: mycket lättare än glasfiberkomposit. Dessa egenskaper gör att fordonsindustrin är intresserad av den: den gör att miljökrav kan uppnås samtidigt som bränsleåtgången hos fordonen minskar när fordonen blir lättare. Jag tror verkligen att detta kan bli en stor grej i fordonsindustrin!

Fakta:
Avhandlingen: Development of thermo-plastic biocomposites based on aligned hybrid yarns for fast composite manufacturing
Av: Doktoranden Behnaz Baghaei vid Högskolan i Borås
Huvudhandledare: Mikael Skrifvars, professor vid Högskolan i Borås
Disputation: 27 november 2015, Högskolan i Borås
Kontakt: behnaz.baghaei@hb.se, 0727-02 12 04