Verbetering van de lange duur weerstand tegen vocht van vlasvezelcomposieten door het gebruik van niet-droge vezels

Vlasvezels hebben goede mechanische eigenschappen waaronder een hoge specifieke modulus. Dit maakt de vezels goede kandidaat om gebruikt worden als versterking in composietmaterialen. Het sterk hydrofiele karakter van vlasvezels – wat leidt tot een hoge vochtopname en grote zwellingsdeformatie – wordt echter als beperking beschouwd in hun composietapplicaties. Ondanks hun ecologisch voordeel zijn het gebruik en de toepassingen van vlasvezels dus vaak gelimiteerd omwille van onzekerheden wat betreft hun duurzaamheid in vergelijking met glasvezelcomposieten. Zeker wanneer het gaat over buitentoepassingen in hoge vochtigheid.

Dit proefschrift heeft als doel de duurzaamheid van vlasvezelcomposieten te verbeteren door gebruik te maken van niet-gedroogde vezels en harsen met een lage vochtgevoeligheid, zodat geprofiteerd kan worden van het reeds aanwezige vocht in de vezel. De hypothese die getest wordt is dat, aangezien de vezel reeds vocht bevat – en dus voorgezwollen is –, het krimpen en zwellen van het composiet omwille van vochtopname beperkt kan worden. Hierdoor kan de degradatie vertraagd worden en de duurzaamheid verbeterd worden.

De vermindering in transversale buigsterkte en -stijfheid van composieten, respectievelijk variërend tussen 14%-48% en 6%-57%, of zelfs een verbetering van de buigeigenschappen na cyclische verouderingstesten, tonen de verschillende de effecten van de testen op vlasvezelcomposieten aan. Er werd nagenoeg geen verschil gevonden tussen de prestaties van het composiet onderworpen aan natuurlijke veroudering in de schaduw en aan natuurlijke veroudering in zonlicht. Daarbovenop toonde de vergelijking tussen verschillende verouderingstesten aan dat wateronderdompeling de lange-termijn-duurzaamheid van niet-gecoate vlasvezelcomposieten representatief kan weergeven. De analyse van de microstructuur van het composiet ondersteunt het onderzoek van de buigeigenschappen van het composiet na verschillende verouderingstesten, waarbij vlas/epoxy composieten superieure buigeigenschappen vertoonde in vergelijking met vlas/polyester composieten.

Tijdens het lange-termijn-vocht-cycleren, bleken alle composieteigenschappen zich te herstellen of zelfs significant te verbeteren tot aan het einde van de cyclische test in vergelijking met niet-verouderde composieten. De reden voor deze verbetering in buigeigenschappen tijdens de test is deels toe te schrijven aan het verstijven van zowel de polyester als epoxy harsen. De verbetering kan echter ook deels toe te schrijven zijn aan een verstijving en versterking van de vlasvezels op zich. In deze studie werd aangetoond dat de cyclering van vlasvezels in hoge en lage vochtigheid leidt tot een verhoging van trekeigenschappen van de vezels. Een mechanisme genaamd hornificatie zou deze verhoging in trekeigenschappen kunnen verklaren. Gelijkaardig aan de hornificatiebehandeling leidde cyclering, naast een verbetering van de stijfheid, ook tot een verlaging van de hygroscopiciteit van de vezels. De cyclering van vlasvezels afwisselend in hoge en lage vochtigheid onderstreept dat afwisselend hoge en lage vochtcycli geen negatief effect hebben op de vlasvezelcomposieten omwille van een verbetering van de mechanische vezeleigenschappen.

De verschillende vochtsduurzaamheidstesten toonde aan dat de composieten gemaakt van niet-gedroogde vezels betere eigenschappen hebben dan composieten gemaakt van gedroogde vezels. Composieten gemaakt van niet-gedroogde vezels vertoonden een lagere vochtopname en minder zwelling/krimping in vergelijking met composieten gemaakt van gedroogde vezels. De gemiddelde sterkte en modulus na veroudering van de composieten gemaakt van niet-gedroogde vezels zijn hoger dan voor composieten gemaakt van gedroogde vezels, zowel in de longitudinale als transversale vezelrichting. Bovendien hebben composieten gemaakt van niet-gedroogde vezels, zowel voor vlas/polyester en vlas/epoxy composieten, na veroudering aanzienlijk minder gebieden met schade dan composieten gemaakt van gedroogde vezels.

In het algemeen toonden de resultaten aan dat composieten gemaakt van niet-gedroogde vezels gebruikt kunnen worden om de vochtsduurzaamheid van composieten te verbeteren en om de productietijd en -kost te verlagen door de droogstap van de vezels over te slaan. Bovendien, geven de resultaten van deze studie aan dat vlasvezelcomposieten gebruikt kunnen worden in omgevingen met extreme variaties in vochtigheid, maar waarschijnlijk niet in toepassingen waarbij de composieten voor langere perioden in rechtstreeks contact staan met vloeibaar water als ze geen coating hebben.