دراسة تحسين الأداء المتعدد لمركبات الإيبوكسي المقواة بألياف الموز وقطن اللحاء باستخدام تحليل الارتباط الرمادي لتطبيقات داخلية في السيارات

مواد أكثر خضرة بداخل سيارتك

تتعرض شركات تصنيع السيارات لضغوط لجعل المركبات أخف وزناً وأكثر أمناً واستدامة. أحد المسارات الواعدة هو استبدال البلاستيك واللدائن المعتمدة على البترول وألياف الزجاج بمواد نباتية يمكن أن تخفض الوزن والبصمة الكربونية. تستكشف هذه الدراسة توليفة غير معتادة—ألياف من نبات الموز وقطن اللحاء الأوغندي التقليدي—مختلطة براتين جيبُوكسي وإضافة مُعامل مانع للاحتراق لإنتاج ألواح داخلية قوية ومقاومة للحريق وأقل عرضة لامتصاص الماء.

من نفايات المزارع إلى الألواح الداخلية

ركّز الباحثون على ما يسمى مركبات الألياف الطبيعية، التي تمزج ألياف النبات مع مادة لاصقة بلاستيكية لتشكل صفائح صلبة وخفيفة الوزن. ألياف الموز، المأخوذة من ساق الموز المرمية، معروفة بقوتها الجيدة. أما قطن اللحاء، المقشور والمُطرّى من اللحاء الداخلي لأشجار التين، فهو ذو طبقات طبيعية ومسامية ومقاومة للنيران إلى حد ما ولكنه أقل بحثاً في الهندسة. في هذا العمل، جُمعت كلتا الأليافتين مع راتنج إيبوكسي مستخدم عادة في الأجزاء الهيكلية، بالإضافة إلى كمية صغيرة ثابتة من هيدروكسيد الألومنيوم المائي (ألومينات الألومنيوم الثلاثي)، وهو مسحوق مانع للاشتعال خالٍ من الهالوجينات يبرد ويخفف اللهب عبر إطلاق بخار الماء عند التسخين.

كيف بُنيت قطع الاختبار وقيّمت

لصنع الصفائح المركبة، نظف الفريق ألياف الموز وجففها وعالجها بغسيل قلوي خفيف لتخشين سطوحها ومساعدتها على الالتصاق بالراتينج. أما شرائح قطن اللحاء فتم تنظيفها مع الاحتفاظ بتركيبها الكيميائي الطبيعي للحفاظ على خصائصها المقاومة للنار وامتصاص الصوت. وُضعت الألياف يدوياً في قالب خشبي ضحل بنمط تكديس ونسب وزن مختلفة، من الغالب عليه اللحاء إلى عينات الموز فقط. أمزج الراتنج مع مسحوق مانع الاحتراق وُفرد على كل طبقة، ثم ضُغطت المكدسات وُعولجت لتصبح صفائح لامينات بسمك 3 مم. ثم خضعت العينات لاختبارات معيارية للسحب والانحناء والاصطدام والاحتراق والنقع لمحاكاة المتطلبات التي تواجهها ألواح الأبواب ومسندات المقاعد عبر الزمن.

البحث عن التوازن الأمثل في الأداء

أظهرت كل تركيبة توازناً مختلفاً من الخواص. حملت العينات الغنية بألياف الموز أحمالاً أعلى في اختبارات الشد والانحناء، بفضل الألياف الصلبة والمتماسكة التي تعمل كهيكل رئيسي للمادة. أما العينات الغنية باللقاح، لبنيتها المفتوحة والمموجة، فكانت أفضل في امتصاص الصدمات وتميل إلى إبطاء انتشار اللهب، لكنها ضحت ببعض الصلابة والقوة. كشفت اختبارات الرطوبة عن جانب سلبي للاحتواء العالي لألياف الموز: كلما زادت نسبة الموز زاد امتصاص الماء، مما قد يضعف المركب ببطء. ولوزن كل هذه المقايضات في وقت واحد، استخدم المؤلفون طريقة ترتيب تسمى تحليل الارتباط الرمادي، التي تحول نتائج الاختبارات المتعددة إلى درجة واحدة حتى لا تهيمن خاصية واحدة على القرار.

الخليط الفائز ومظهره الداخلي

كان أفضل أداء إجمالياً خليطاً هجينا موسوماً C7، يحتوي على 40 بالمئة ألياف موز و5 بالمئة قطن للّحاء بالوزن، والباقي من الإيبوكسي ومادة مقاومة للحريق. قدّم هذا المزيج أعلى مقاومة شد وانحناء، ومقاومة صدمات قوية، ومعدل احتراق مقبول، إلى جانب امتصاص ماء متوسط. تحت المجهر، أظهرت C7 ألياف موز مشبعة جيداً ومقيدة بإحكام داخل الراتينج، بينما شكلت ألياف قطن اللحاء شبكة أكثر تشابكاً ساعدت على تخفيف التشققات وتوزيع طاقة الاصطدام. وأكدت الفحوصات الكيميائية والعنصرية أن معالجة السطح والراتنج وجسيمات مانع الاحتراق دمجت جيداً عبر المادة.

ماذا يعني هذا لمستقبل داخل السيارات

بالنسبة للقارئ غير المتخصص، الخلاصة الأساسية هي أن الألياف النباتية المحضّرة بعناية يمكن ضبطها لتمنح داخل السيارات مزيجاً مفيداً من القوة وسلامة الحريق والمتانة بالاعتماد على موارد محلية منخفضة التكلفة. لن تحل مركبات الموز وقطن اللحاء محل كل المواد الصناعية، لكن بالتركيبة المناسبة تقدّم بديلاً أخف وأقل ضرراً للبيئة للألواح التي لا تتحمل أحمالاً شديدة. مع عمل إضافي على الشيخوخة طويلة الأمد والإنتاج على نطاق واسع، يمكن لهذا النوع من الهجائن أن يساعد في تحويل المركبات اليومية نحو مواد أكثر أماناً للركاب وصديقة للبيئة.

الاستشهاد: Turyahabwe, A., Dennison, M.S. & George, O.S. Investigation of multi-performance optimization of banana/bark cloth reinforced epoxy composites using grey relational analysis for automotive interior applications. Sci Rep 16, 14615 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45783-9

الكلمات المفتاحية: مركبات الألياف الطبيعية, ألياف الموز, قطن اللحاء, مداخل السيارات, مواد مقاومة للاحتراق