Grafen hjälper linfibrer att stå emot vatten

Grafenoxid kan förändra egenskaperna hos linfiberkompositer och exempelvis göra dem mer motståndskraftiga mot vatten. Det visar en studie från Linköpings universitet.

– Linfiber har låg densitet och mekaniska egenskaper som lämpar sig för vissa tillämpningar. Att producera naturfibrer kräver betydligt mindre energi än att producera material som glasfiber, säger Mohamed Loukil, biträdande professor och forskningsledare.

Grafenoxid är ett material i nanoskala med kemiska egenskaper som kan förbättra bindningen mellan linfibrerna och epoxin i kompositmaterialet. Grafen är ett starkt material som kan appliceras i extremt tunna skikt på en yta, ända ned till atomär skala. Samtidigt kan detta ge mycket goda mekaniska egenskaper och barriäregenskaper. En grafenbaserad beläggning kan därför förbättra naturfibrernas egenskaper och skydda dem från omgivningen, exempelvis mot vatten och syre.

Linköpings universitet tog initiativ till projektet Going Green with Graphene (G3) i samarbete med Research Institutes of Sweden (RISE), Grafren, Trifilon, elbåtstillverkaren X Shore och Innovative Materials Arena (IMA). Projektet inleddes 2023 och fortsatte som G3 Demo, där demonstratorer byggdes. Projektet avslutades i juni 2026.

– Vi är glada över att studien har resulterat i två publikationer och att forskningen också har presenterats vid internationella konferenser, bland annat ECCM 22 i Oslo i Norge och ICCM i Baltimore i USA. Vår forskning om grafen och fiberkompositer fortsätter, säger Mohamed Loukil.

Khurshid Malik, postdoktor, har arbetat med att mäta vattenhalten i linfiberkompositer efter att de varit nedsänkta i vatten under olika lång tid. Genom att jämföra och testa olika material och koncentrationer har han visat att det går att minska vattenupptaget.

– Men det är fortfarande stor skillnad. Glasfiberkompositer absorberar väldigt lite vatten. Det är därför den här forskningen är intressant. Vi kan undersöka hur långt vi kan komma med naturfiberkompositer, säger Khurshid Malik.

Forskarna testade att belägga fibrerna med tre olika koncentrationer av grafenoxid i förhållande till linvävens vikt. De behandlade fibrerna användes sedan för att tillverka kompositlaminat med en biobaserad epoxi.

Ett av de tydligaste resultaten gällde den interlaminära skjuvhållfastheten, ett mått på hur väl skikten i kompositmaterialet tål krafter som får dem att glida i förhållande till varandra.
Skjuvhållfastheten ökade från 16,2 MPa i den obehandlade kompositen till 20,2 MPa med 1,5 procent grafenoxid, en förbättring på omkring 25 procent.

– Mikroskopbilder visade också bättre kontakt mellan fibrerna och epoxin och färre små hålrum i materialet, säger Khurshid Malik.

Forskarna gick också vidare från små laboratorieprover till en komponent i full skala för marin användning. Två luckor tillverkades, en med obehandlade linfibrer och en med linfibrer belagda med 1,5 procent grafenoxid.

– Efter 30 dagar i en treprocentig saltlösning hade den obehandlade luckan tagit upp omkring 4,8 viktprocent vatten. Luckan med grafenoxidbelagda fibrer hade tagit upp omkring 2,9 procent. Det motsvarar en minskning med nästan 40 procent, säger Khurshid Malik.

Men det är viktigt att hitta rätt balans. Mer grafenoxid gav inte genomgående bättre resultat. Böjhållfastheten ökade vid den lägsta koncentrationen och minskade vid högre koncentrationer. Även draghållfastheten minskade när mängden grafenoxid ökade. Forskarna förklarar detta delvis med lokala defekter som uppstår till följd av ojämn beläggning och ansamlingar av grafenoxid.

– Forskargruppen vill bygga vidare på arbetet genom att utveckla mer hållbara och automatiserade tillverkningsmetoder där belagda eller obelagda naturfibrer används beroende på tillämpning, säger Marie Jonsson, biträdande professor vid LiU och en av de centrala forskarna i projektet.