Biofiber Tech Sweden AB producerar FibraQ™. FibraQ™ består av ytmodifierade träfiber som är mer ”plastlika” och fungerar som ett partiellt polymersubstitut. Råvaran för produktionen av FibraQ™ kommer från nordiskt producerat trä. Ytmodifieringen medför att en större andel träfiber kan tillsättas i polymermatrisen utan att kompromissa flytbarhet eller processförmåga. Detta möjliggör att formuleringarna kan specialanpassas för att framställa högpresterande träpolymerkompositer. Genom att ersätta en del av polymermatrisen med naturliga fiber som t.ex. FibraQ™ kan man avsevärt minska en slutprodukts CO¬¬¬2 avtryck.

Att introducera nya material och/eller kompositer på marknaden kan vara utmanande eftersom alla förväntar sig olika materialegenskaper som inte alltid är lätta att uppnå. Olika materialegenskaper ändras även när sammansättningen ändras.

Detta projekt bestod av två mål där det första målet fokuserade på inflytandet av Biofibertechs FibraQ™ på den mekaniska och termiska prestandan av träpolymerkompositer. Det andra målet fokuserade på att öka prestandan genom tillsatsen av olika additiv (naturliga fibrer och absorbenter).

Det första steget var att få en bättre insikt i hur materialet beter sig vid olika FibraQ™-koncentrationer i en polypropenmatris. Flera olika koncentrationer testades, varierande från 0 till 50 viktprocent. De mekaniska egenskaperna visade en linjär ökning som en funktion av FibraQ™-koncentration i såväl dragspänning och E-modul. Brottöjningen minskade på ett uppenbart polynomiskt sätt med ökad FibraQ™-koncentration. 

Termisk analys med differential scanning calorimetry (DSC), de olika proverna visade mycket uppenbara men oförutsedda effekter av FibraQ™-tillsats i både smälttemperatur, kristallisationstemperatur och kristallinitetsgrad hos polypropen (PP)-baserade träpolymerkompositer. Smälttemperaturen ökade något mellan 0 och 10 viktprocent (<1%), varefter en signifikant minskning (>2%) observerades (mellan 10 och 30 viktprocent FibraQ™ ) en signifikant ökning igen över 30 viktprocent (>1,2%). Kristallinitetsgraden för dessa förändringar var en ökning med >2,5%, en minskning med >34% samt en ökning med >49% (mellan 30 och 50 vikt%).

Olika additiv tillsattes i träpolymerkompositerna för undersöka förmågan att förbättra specifika egenskaper som efterfrågas i industriella applikationer. Olika naturliga fibrer (upp till 10 vikt%) tillsattes i PP/FibraQ™ kompositer för att öka E-modulen. Resultaten visar E-modulen ökade nästan 50% vilket indikerar att denna metod potentiellt kan fungera för att ersätta andra icke-naturliga fibrer. Resultaterna kompleterades med hjälp av optisk/elektronmikroskopi för att dra slutsatser från bilderna på både optiska/elektronmikroskopin såväl som dragprovningen.

Även olika absorbenter, såsom zeoliter tillsattes i träpolymerkompositerna. Detta gjordes för att minska utsläppet av volatile organic compounds (VOCs) eftersom den karakteristiska trälukten skapas från träpolymerkompositerna. Frisläppningen av VOC från träpolymerkompositer kan vara problematiskt på grund av regleringar inom till exempel bilindustrin. Resultaten visade att tillsats av zeoliter i träpolymerkompositer kan minska frisläppningen av VOCs, vilket begränsar lukten.

BiofiberTech Sweden AB produces FibraQ™. FibraQ™ is a surface-modified wood fibres to make the wood more ‘’plastic’’ alike. FibraQ™ acts as a partial polymer substitute. The raw material for the FibraQ™ production is Nordic-produced wood. The surface modification allows for higher concentrations of wood share into a polymer matrix without compromising the flowability and therefore the processability compared to regular, non-treated wood fibres. This benefit (over non-treated wood fibres) is that it allows for customizable formulations and therefore the preparation of high-performing wood polymer composites (WPCs). Adding natural fibres like FibraQ™ could reduce the CO2 footprint of the final product significantly by partly substituting the polymer matrix. 

The introduction of new materials and or composites to the market could be challenging, everyone expects different material properties which are not always easily achieved. Various material properties change when the composition is changed. 

This project consisted of two aims where the first aim focused on the influence of BiofiberTech’s FibraQ™ on the mechanical and thermal performance of WPCs. The second aim focussed on increasing the performance by the addition of different additives (including natural fibres and anti-smelling agents). 

The initial step was to gain more insight into how the product behaves at different FibraQ™ concentrations in a polypropylene matrix. Different concentrations were tested, varying from 0 to 50 wt%. The tensile strength as well as the Young’s modulus showed a linear increase as a function of FibraQ™ concentration. The elongation at break decreases in an apparent polynomial manner concerning the FibraQ™ concentration.

Thermal analysis using differential scanning calorimetry (DSC) of the different samples showed very apparent but unforeseen effects of FibraQ™ addition in both the melting temperature, the crystallisation temperature and the degree of crystallinity of polypropylene (PP)-based WPCs. The melting temperature increased slightly at first between 0 and 10 wt% (<1%), whereafter a significant drop (>2%) was observed (between 10 and 30 wt% FibraQ™), though at wood shares over >30% the melting temperature showed a significant increase again (>1,2%) for the crystallinity degree these changes were an increase of >2,5% followed by a decrease of >34% and an increase of >49% (between 30 and 50 wt%).

In addition, different additives were incorporated into the WPC to increase the performance of specific properties for industrial applications. To illustrate, different natural fibres were incorporated (up to 10 wt%) into PP/FibraQ™ composites (30 wt% FibraQ™ ) to increase the tensile modulus. The results show that an increase of almost 50% in tensile modulus could be attained through this approach, potentially acting as a replacement for other non-natural fibres. These results have been complemented using optical/electron microscopy to conclude the images from the optical/ electron microscopy as well as the tensile data.

Likewise, absorbents, such as zeolites, have been incorporated into the FibraQ™-based WPCs as well. This incorporation was done to reduce the volatile organic compounds (VOC) released from the WPCs which are responsible for the traditional wood smell. The release of VOCs from WPCs could be problematic due to regulations in for instance the automotive industry. The results demonstrated that the incorporation of zeolites in the WPC can decrease the release of VOCs, therefore limiting the smell.