Vlaams erfgoed herleeft, vlas als sleutel tot duurzame materialen

Vincent
Jacobs

Vlaanderen kent een rijke geschiedenis in de vlasindustrie, met een gewas dat ooit het kloppende hart van de textielproductie vormde. Vandaag herleeft deze traditie, maar in een compleet nieuwe context, die van duurzame composieten. Composieten zijn materialen waarbij kunststoffen worden gecombineerd met vezels om de sterkte van het materiaal te verhogen. Dit kun je vergelijken met gewapend beton: het beton biedt stevigheid, maar het zijn de ijzeren staven erin die het extra sterk maken. Tot op heden worden vaak milieubelastende vezels zoals koolstof- of glasvezels gebruikt om materialen te verstevigen. Deze kunnen in de toekomst vervangen worden door meer duurzame materialen zoals vlas. Maar wat maakt ons vlas zo bijzonder en hoe kan dit lokale gewas ingezet worden bij het maken van groene composieten?

Antwerpen, 2024

 

Een groen alternatief voor synthetische vezels

Tijdens de productie van vlasvezels is er minder energie nodig in vergelijking met koolstof- en glasvezels. Dat zorgt al vanaf de eerste stap voor een kleinere ecologische voetafdruk. Voor de productie van glas- en carbonvezel is er heel wat warmte nodig, wat resulteert in een hoog energieverbruik en ook kostprijs. Vlasvezels zijn bijzonder energiezuinig omdat het productieproces slechts enkele stappen omvat die weinig energie vereisen. In het totaal is dit proces bijna 48 keer energiezuiniger dan de vervuilende koolstofvezel. Daarnaast is vlas een natuurlijk en hernieuwbaar materiaal, terwijl koolstof- en glasvezels uit niet-hernieuwbare grondstoffen worden gemaakt. Tot slot zijn vlasvezels biologisch afbreekbaar, in tegenstelling tot synthetische vezels, die vaak moeilijk af te breken zijn en bijdragen aan milieuvervuiling.

 

De kracht van vlas, variëren met weefpatronen

Vlasvezels bieden talloze mogelijkheden als onderdeel van composietmaterialen. Elke vlasvezel bestaat uit dunne draden die in elkaar worden getorseerd. Torsen, of het draaien en weven van deze draden, beïnvloedt de sterkte en stijfheid van het eindproduct. Er zijn verschillende weefpatronen die elk hun eigen specifieke eigenschappen en toepassingen hebben.Afbeelding met gras, buitenshuis, teken</p>
<p>Automatisch gegenereerde beschrijving Onderzoek heeft aangetoond dat een patroon waarin de vezels allemaal in dezelfde richting liggen, het sterkste materiaal oplevert. Dit maakt het geschikt voor situaties waar maximale sterkte vereist is. Zo heeft elk patroon zijn eigen voordelen, waardoor vlas in verschillende vormen kan worden ingezet. Een vaak voorkomend patroon, het tweelingpatroon, waarbij de vezels in paren worden geweven, is ideaal voor het bedekken van ronde oppervlakken. Tot slot is er ook nog het zogenaamde TEX patroon van vlasvezels, waarbij de draden losser zijn gewoven en minder torsie bevatten. Dit zorgt voor een ruwere structuur, maar biedt tegelijkertijd een hogere sterkte en grotere rekbaarheid, wat het geschikt maakt voor toepassingen waar flexibiliteit en robuustheid nodig zijn. Door deze diversiteit in weefpatronen kan vlas ingezet worden in verschillende industrieën. 

 

Duurzaamheid boven sterkte

Het weefpatroon van vlasvezels speelt een cruciale rol in de eigenschappen van het uiteindelijke composietmateriaal. Recent onderzoek heeft zich gericht op verschillende weefpatronen, de opbouw van vezellagen en het gewicht van de vezels. Dit onderzoek had als doel om een gedetailleerd beeld te krijgen van de sterktes van vlasvezels in diverse configuraties. De resultaten zijn veelbelovend: vlasvezels blijken vergelijkbare sterktes te kunnen bereiken als anderen niet-duurzame materialen.

Hoewel vlasvezels nog niet volledig kunnen concurreren met bijvoorbeeld koolstofvezels in termen van sterkte bij gelijk gewicht, heeft het materiaal toch veel voordelen. In het onderzoek is te zien dat sommige configuraties zelfs grotere krachten opvangen dan bepaalde composieten gemaakt uit koolstofvezel. 

Wanneer alle parameters zorgvuldig in beschouwing worden genomen – zoals de dikte, het gewicht en de hoeveelheid vezellagen – blijkt dat vlasvezels in bepaalde toepassingen uitstekend presteren. 

Afbeelding met tekst, lijn, Perceel, nummer</p>
<p>Automatisch gegenereerde beschrijving

Als we een plaat maken uit koolstofvezels met 3 lagen en een plaat uit vlasvezels met 6 lagen, zien we dat vlasvezels hogere krachten kunnen opvangen. Als we de dikte van de plaat verband brengen met de kracht, verkrijgen we spanning. Hieruit kunnen we vaststellen dat vlas een 3 keer kleiner spanning heeft dan koolstofvezels. Dit maakt vlasvezels minder geschikt voor gewichtskritische toepassingen zoals lucht- en ruimtevaart, maar biedt het juist ideale oplossingen voor toepassingen waar gewicht minder van belang is. 

 

Vlasvezels, de toekomst van composieten

Afbeelding met solair, Zonne-energie, zonnepaneel, zonne-energie</p>
<p>Automatisch gegenereerde beschrijving

Afgelopen jaar zijn deze natuurlijke vezels ingezet en gebruikt in de Solar Boat van de Universiteit Antwerpen. Hierbij zijn vlasvezels gebruikt bij de bouw van dekken, cockpit en andere onderdelen van deze zonneboot. Dit toont aan dat vlas niet alleen een ecologisch verantwoorde keuze is, maar ook een technisch haalbare oplossing biedt voor vele toepassingen. 

De mogelijkheden voor vlasvezels gaan echter veel verder dan de toepassingen in de Solar Boat. Zo kan vlas in de toekomst ook een grote rol spelen in de automotivesector, waar duurzaamheid en milieuvriendelijkheid steeds belangrijker worden. De voortdurende ontwikkeling van vlasvezeltechnologie kan waarschijnlijk leiden tot nog meer innovatieve toepassingen. Hierdoor kan ons vlas, geteeld in Vlaanderen, een steeds belangrijker onderdeel worden van duurzame composieten.

 

De toekomst van vlasvezels in composietmaterialen ziet er dus veelbelovend uit, vooral na succesvolle tests in de praktijk. Hoewel de spanning van vlasvezels nu nog lager ligt dan bij synthetische vezels, blijven de ecologische voordelen van vlas echter doorslaggevend. Het is een natuurlijk en hernieuwbaar materiaal, met een veel lager energieverbruik tijdens de productie dan synthetische vezels zoals koolstof of glas. Door verder onderzoek en ontwikkeling kan vlas in de toekomst mogelijk nog beter presteren, wat voor meer toepassingen kan zorgen.

 

 

 

Bibliografie

Bibliography

[1]  J. Arne and van Rhienen Thibault, “Gewichtsreductie en materiaaloptimalisatie van de zonneboot,” 2023. 1, 6

[2]  A. Jacob, “The popularity of carbon fibre,” Reinforced Plastics, vol. 50, pp. 22–24, 03 2006. 1

[3]  M. Beecham, “Racing to find a sustainable alternative to carbon fibre,” 2021, accessed: 2024-05-26. [Online]. Available: https://www.just-auto.com/interview/ racing-to-find-a-sustainable-alternative-to-carbon-fibre/ 1

[4]  “Are natural fiber composites environmentally superior to glass fiber reinforced compos- ites?” vol. 35, 4 2004, pp. 371–376. 1, 6

[5]  R. D. Leener, “Duo uit kortrijk vaart leie af met zelfgemaakte kano uit vlas: goed voor tocht van 131 kilometer,” 6 2023. 1

[6]  K. Andrews, “Be.e electric scooter by waarmakers,” 7 2013. 1

[7]  S. K. Ramamoorthy, M. Skrifvars, and A. Persson, “A review of natural fibers used in biocomposites: Plant, animal and regenerated cellulose fibers,” pp. 107–162, 1 2015. 2, 37

[8]  Alliance for European Flax-Linen and Hemp, “Everything you need to know about european flax,” 2023, accessed: 2024-05-26. [Online]. Available: https: //allianceflaxlinenhemp.eu/en/all-about-european-linen 2

[9]  A. Amiri and C. Ulven, “Hybridized carbon and flax fiber composites for tailored performance in automotive components,” Materials & Design, vol. 89, pp. 9–20, 2016. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0264127516304579 2

[10]  T. E. of Encyclopædia Britannica, “Flax,” url: https://www.britannica.com/plant/flax, 10 2023. 2

[11]  T. B. Times, “Hidden belgium: The crop that made flanders rich,” 2022, accessed: 2024-05-21. [Online]. Available: https://www.brusselstimes.com/210450/ hidden-belgium-the-crop-that-made-flanders-rich 2, 37

[12]  C. Flipts, private communication, 2024. 2, 3, 4

[13]P. Osterkamp. (2022) Warp and weft: Another spelling situation. Ac- cessed: 2024-05-26. [Online]. Available: https://peggyosterkamp.com/2022/12/ warp-and-weft-another-spelling-situation/ 3

[14]  F. House. (2022) Woven fabrics. Accessed: 2024-05-26. [Online]. Available: https: //www.fabrichouse.com/int/information/woven-fabrics/ 3

[15]  Shapers, “Flax fibre cloth 3.5oz,” 2024, accessed: 2024-05-21. [Online]. Available: https://shapers.com.au/flax-fibre-cloth-3-5oz-25/ 3, 37

[16]  A. Lefeuvre, A. Duigou, A. Bourmaud, A. Kervoelen, C. Morvan, and C. Baley, “Analysis of the role of the main constitutive polysaccharides in the flax fibre mechanical behaviour,” Industrial Crops and Products, vol. 76, pp. 1039–1048, 12 2015. 3

[17] A. Melelli, A. Bourmaud et al., “Microfibril angle of elementary flax fibres investigated with polarised second harmonic generation microscopy,” Industrial Crops and Products, vol. 156, p. 112847, 2020. 3, 4, 37

[18] D. Živanić and N. Ilanković, “Fundamentals of conveyor belts ”savremeni trendovi i inovacije u tekstilnoj industriji” savez inženjera i tehničara tekstilaca srbije fundamentals of conveyor belts osnove transportnih traka,” 2022. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/363690291 5, 37

[19] J. C. Materials, “Types of weave patterns,” https://jpscm.com/blog/ types-of-weave-patterns/, 2024, accessed: 2024-05-25. 5

[20] CottonWorks, “Twill weaves,” https://cottonworks.com/en/topics/ sourcing-manufacturing/weaving/twill-weaves/, 2024, accessed: 2024-05-25. 5

[21] Q. Dai, J. Kelly, J. Sullivan, and A. Elgowainy, “Life-cycle analysis update of glass and glass fiber for the greet tm model,” 2015. 6

[22] H. Khayyam, M. Naebe, A. S. Milani, S. M. Fakhrhoseini, A. Date, B. Shabani, S. Atkiss, S. Ramakrishna, B. Fox, and R. N. Jazar, “Improving energy efficiency of carbon fiber manufacturing through waste heat recovery: A circular economy approach with machine learning,” Energy, vol. 225, p. 120113, 6 2021. 6

[23] T. Ghosh, H. Kim, D. Kleine, T. J. Wallington, and B. Bakshi, “Life cycle energy and greenhouse gas emissions implications of using carbon fiber reinforced polymers in auto- motive components: front subframe case study,” Sustainable Materials and Technologies, vol. 28, July 2021. 6

[24] A. Lotfi, H. Li, D. V. Dao, and G. Prusty, “Natural fiber–reinforced composites: A review on material, manufacturing, and machinability,” pp. 238–284, 2 2019. 6, 36

[25] T. S. Lemmi, M. Barburski, and B. T. Samuel, “Analysis of mechanical properties of unidirectional flax roving and sateen weave woven fabric-reinforced composites,” Autex Research Journal, vol. 21, 6 2021. 6

 [26] J. Andersons and R. Joffe, “Estimation of the tensile strength of an oriented flax fiber- reinforced polymer composite,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 42, pp. 1229–1235, 9 2011. 6

[27] “Enhancement of mechanical properties of flax-epoxy composite with carbon fibre hybridi- sation for lightweight applications,” Materials, vol. 13, 1 2020. 6

[28] S. IVKOV, “A study on accelerated ageing of flax fiber reinforced composites with hy- grothermal cycling sava ivkov,” 2022. 7

 [29] E. Muñoz and J. A. García-Manrique, “Water absorption behaviour and its effect on the mechanical properties of flax fibre reinforced bioepoxy composites,” International Journal of Polymer Science, vol. 2015, 2015. 7

 [30] A. Moudood, A. Rahman, H. M. Khanlou, W. Hall, A. �Ochsner, and G. Francucci, “Environmental effects on the durability and the mechanical performance of flax fiber/bio-epoxy composites,” Composites Part B, vol. 171, pp. 284–293, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.05.032 7

 

[31]  A. Oun, A. Manalo, O. Alajarmeh, R. Abousnina, and A. Gerdes, “Long-term water ab- sorption of hybrid flax fibre-reinforced epoxy composites with graphene and its influence on mechanical properties,” Polymers, vol. 14, 9 2022. 7

[32]  X. Liu, X. Yi, and J. Zhu, “Bio-based epoxies and composites as environmentally friendly alternative materials,” Thermosets: Structure, Properties, and Applications: Second Edi- tion, pp. 621–637, 2018. 7

[33]  P. Ortiz, M. Wiekamp, R. Vendamme, and W. Eevers, “Bio-based epoxy resins from biore- finery by-products.” 7

[34]  P. Agbo, A. Mali, D. Deng, and L. Zhang, “Bio-oil-based epoxy resins from thermochemical processing of sustainable resources: A short review,” 9 2023. 7

[35]  X. Yi and S. Chen, “Research progress on natural fiber-reinforced composites,” Materials Today: Proceedings, vol. 5, pp. 23 329–23 334, Jun. 2018. [Online]. Available: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2018MsT..........6Y/abstract 7

[36]  H. Sreehari, A. S. Sethulekshmi, and A. Saritha, “Bio epoxy coatings: An emergent green anticorrosive coating for the future,” Macromolecular Materials and Engineering, vol. 307, p. 2200004, 8 2022. [Online]. Available: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ mame.202200004https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/mame.202200004https: //onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mame.202200004 7

[37]  L. Yue, A. Maiorana, A. Patel, R. Gross, and I. Manas-Zloczower, “A sustainable alternative to current epoxy resin matrices for vacuum infusion molding,” 2017. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2017.05.024 7

[38]  R. RIM, “What are composites?” 2023. 8, 37

[39]  T. Olsen, “Model 300st electromechanical universal tester,” https://www.tiniusolsen.com/ product/model-300st/, accessed: 2024-05-25. 10

[40]T. Ltd, “Lloyd lrx plus tensile test machine,” https://www.tts-ltd.co.uk/ lloyd-lrx-plus-tensile-test-mach, accessed: 2024-05-25. 10

[41]  WAZER, “The first desktop waterjet cutter,” https://wazer.com/, accessed: 2024-05-25. 10

[42]  B. Lasers, “Lasermachines voor graveren & snijden,” https://www.brmlasers.be/, accessed: 2024-05-25. 10

[43]  InternationalOrganizationforStandardization,“ISO527-4:2021-plastics—determination of tensile properties — part 4: Test conditions for isotropic and orthotropic fibre-reinforced plastic composites,” https://www.iso.org/standard/80369.html, 2021, accessed: 2024-05- 21. 10, 37

[44]  Sysadm, “Is epoxy resin plastic?” 9 2020. 10

[45]  N. Saba, M. Jawaid, and M. T. Sultan, An overview of mechanical and physical testing of

composite materials. Elsevier, 1 2018, pp. 1–12. 10

[46]  “Vacuum infusion - an overview | sciencedirect topics.” [Online]. Available: https:

//www.sciencedirect.com/topics/materials-science/vacuum-infusion 10