Optimalisatie van de extractie voor en hygroscopisch gedrag van vlasvezels in composiettoepassingen

Vlasvezels (Linum Usitatissimum) combineren uitstekende mechanische eigenschappen met een zeer lage dichtheid. In termen van specifieke stijfheid kunnen ze concurreren met E-glasvezels. Daarom worden ze momenteel gebruikt in lichtgewichttoepassingen zoals composieten. Er zijn echter twee belangrijke factoren die hun doorbraak in deze markt belemmeren:

1. De kosten van vlasvezels in vergelijking met glasvezels blijven hoog vanwege het energie- en arbeidsintensieve productieproces van de vezels en de beperkte vezelopbrengst.

2. Vlasvezels zijn gevoelig voor vochtopname. Hierdoor zijn producenten van composieten op hun hoede om deze vezels in hun toepassingen te gebruiken, omdat zij zich zorgen maken over de implicatie van deze absorptie voor de composieteigenschappen op korte en lange termijn. Dit stelt de duurzaamheid van deze materialen in vraag, vooral in omstandigheden waarin cyclische variaties van relatieve vochtigheid worden verwacht.

Deze dissertatie heeft daarom tot doel de kritische parameters en vezelkarakteristiek te identificeren die nodig zijn om vezels te verkrijgen die in composieten kunnen worden gebruikt. Daarnaast zullen de effecten van vocht tijdens statische en dynamische hygroscopische belasting worden onthuld.

Vezelfijnheid heeft een grote invloed heeft op de transversale composieteigenschappen. In het huidige productieproces wordt deze parameter gedeeltelijk beheerst door rotingsgraad van de stengels, maar grotendeels door zwingelen en hekelen. Voor ruwe vezels volstaat zelfs een milde kambewerking om de transversale eigenschappen van de composieten drastisch te verhogen. De rotingsgraad beïnvloedt de longitudinale trekrespons van de composieten. Een hogere rotingsgraad verlaagt de modulus van de vezels, behalve in het initiële elastische responsgebied. De vezelvariëteit noch de zuiverheid hebben een direct effect op de mechanische prestaties van de vezels.

In het tweede deel van dit proefschrift werden kinetische en evenwichtsparameters van het vochtabsorptie- en desorptieproces verzameld en verbonden met de microstructuur van de vezel en composieten. Er werd vastgesteld dat het diffusiegedrag van vlasvezels zowel in- als ex- composiet Fickiaans was. Tijdens desorptie werden afwijkingen van dit gedrag gevonden bij het equilibreren tot extreem lage relatieve vochtigheid. De diffusiecoëfficiënten blijken afhankelijk te zijn van de vochtconcentratie in de vezels. Bovendien nemen de longitudinale en transversale mechanische eigenschappen van vlasvezelcomposieten af naarmate hun vochtgehalte toeneemt. Een uitzondering hierop is de treksterkte in de lengterichting die toeneemt, vanwege het weekmakend effect van water. Om deze waarnemingen te koppelen aan de microstructuur, werden de vezels chemisch gemodificeerd met het doel hun vochtgedrag te veranderen. Hieruit wordt een theorie voorgesteld die het diffusieproces in technische vlasvezels beschrijft.

Ten slotte werd het effect van hygroscopische vermoeiing van de composieten onderzocht. Na weinig cycli vertonen vlasvezelcomposieten reeds een uitgebreide vezel-matrixonthechting en splitsing van de technische vezels. Deze schademodi hebben een grote invloed op de transversale performantie van de composieten.