文摘

由于他们的低重量、高强度系数,和较低的环境影响,剑麻fibre-polypropylene复合材料已经得到普及。然而,该材料具有低模量和防潮性差,其他的缺点。本研究调查了亚麻纤维杂交如何影响剑麻fibre-polypropylene复合材料的物理参数。我们使用马来anhydride-grafted聚丙烯改善纤维与聚丙烯之间的兼容性。polypropylene-silica添加亚麻纤维复合材料导致抗拉强度增加,灵活性,和冲击强度,根据研究人员。通过添加亚麻纤维耐水进一步加强。polypropylene-sisal纤维复合材料的抗拉强度值满了0、5、10、15、20 wt %的亚麻纤维分别为29.46,30.56,31.57,33.12,和34.64 MPa,分别。

1。介绍

近年来,研究人员将他们的注意力转移到发展无污染的绿色复合材料可以替代高分子材料在商业应用程序。发展的天然复合材料、环境资源已作为加固材料(1]。有机纤维复合材料用于汽车和家具行业。目前,椰壳、黄麻、亚麻是三个最重要的有机纤维。他们也可降解[2]。生物降解性和提高天然纤维使他们有效的强化材料复合材料(3]。由于biocomposites的可用性,使用跨多种行业一路飙升。由于合成和传统材料的短缺,大多数材料科学研究侧重于生物材料。Biocomposites已经研究了很多院士。这些粒子表现出优越的硬度与环氧树脂混合矩阵和香蕉纤维复合材料(4]。由于减少了与疏水性聚合物的兼容性矩阵,亲水性是天然纤维的缺点[5- - - - - -9]。与木质纤维素的纤维和聚合物基体复合材料,如聚丙烯(PP)、低水平的色散和粘附发生10]。使用酸化合物、有机硅烷或碱治疗,可以改变纤维表面相互遵守。它已经证明了马来anhydride-polypropylene共聚物是一种非常有效的木质纤维素的纤维/ PP复合增容剂(11- - - - - -15]。在温带和亚热带气候,亚麻纤维中形成的内部树皮。亚麻纤维是纤维素,多细胞韧皮纤维组成的天然材料如木材和纤维素。亚麻纤维的范围从10到100厘米长。他们有一个35 - 90米直径范围。因为他们的聚合物几乎是垂直于纤维轴,亚麻比棉更耐用。亚麻是一种古老的纺织材料。亚麻是亚麻织物的名字,用于生产的工厂。几项研究已经比较了天然纤维/有机基复合材料的力学性能相似的治疗后(16- - - - - -19]。纤维增强复合材料由天然纤维的模量和强度较低比由玻璃纤维和不耐水分。两个或两个以上的纤维类型在一个矩阵可以提高复合材料的力学性能(13,15,20.]。混合复合材料提供了一个广泛的材料特性。因此,一种类型的纤维可以弥补对方的缺点21- - - - - -25]。使用玻璃和天然纤维的结合,我们创建混合复合材料提供优越的力学性能和环境效益。一个有效的材料设计可以实现性能和环境效益之间的平衡(26]。作为偶联剂,马来anhydride-polypropylene共聚物提高亚麻fibre-PP复合材料的力学性能27]。flax-sisal纤维/聚丙烯复合材料是其机械性能检查。这些复合材料的机械和吸水性能比较与亚麻fibre-added复合材料(28- - - - - -30.]。除冲击强度,我们比较剑麻/亚麻混合强度、杨氏模量,弯曲强度和弹性模量。亚麻纤维/聚丙烯基复合材料和混合复合材料同时进行了对其吸水能力。图1所面临的挑战和技术问题揭示了在天然纤维复合材料的制造。

2。实验安排

2.1。材料

发光聚合物及交易提供聚丙烯。晶体纤维产品提供剑麻纤维。印度提供天然纤维亚麻纤维粗纱的形状。剑麻和亚麻纤维密度的1.39和2.41克/厘米³,分别。超级化学交易商提供聚丙烯接枝马来酸酐,作为增容剂。

2.2。剑麻纤维

1.45克每立方厘米的密度和表观密度为每立方厘米1.20克曾被观察到在这个材料。在65%相对湿度,回潮率能力为11%,在100% RH,回潮率是32%的能力。纤维有一个温和的晶体结构。在纤维轴,螺旋角是20 - 25°。发现弹性应变9.7%剑麻纤维直径21.5103厘米。这些纤维的横向压缩是高于纵向压缩。剑麻纤维中木质素使他们迅速消退当暴露于阳光下。这些纤维水分的重吸收值是影响他们的肿胀。尽管他们低孔隙度、植物纤维具有高吸湿膨胀不显示多孔隙度的变化。这表明在间接干纤维组织分子排列。 The chemical, physical, and mechanical composition of sisal fibres is shown in Table1。

2.3。亚麻纤维

他们从25到150毫米的长度和直径12至16“微米。短丝束纤维用于粗纤维,而不再行纤维用于精制面料。的灵活性和质地的布料是由亚麻纤维的增强”节点。“亚麻纤维有不规则多边形截面,造成织物的磨料表面。亚麻纤维的化学成分表2。

2.4。纤维的制备

剑麻和亚麻纤维的五毫米。总共有三个小时的烹饪在甲醇/苯混合物被要求把蜡和低分子量的物种从之前的纤维进一步处理。半纤维素被撤的纤维浸泡在3%的氢氧化钠溶液洗涤前三个小时。在接下来的日子里,我们冲洗和干纤维在90°C的24小时。

2.5。复合材料制备

在真空烤箱设定在150°C 14个小时,干之前混合纤维。化学治疗和复合过程被用来确定亚麻的机械性能和剑麻纤维混合而成的。成分混合在一个密炼机和双螺杆挤出机挤压使用来创建最终的产品。在密炼机,他们都是混合15分钟60 rpm和190°C后加载。60 rpm的速度设置为双螺杆挤出机运行(rpm)。第一个区被设定为170°C,第二在180°C, 185°C的第三,第四个在190°C(死)。图2描述了双螺杆挤出过程示意图的形式。

12小时的真空干燥箱在120°C用于混合过程。使用注射成型机,颗粒在干燥的形式注入。塑料颗粒被直接注入注塑成型机的比较。如图3,注射模塑过程遵循一个流程图。ASTM D5943、ASTM D638 ASTM月和ASTM D570标准之后成型的样品。真正的纤维复合材料的内容确定使用二甲苯。在烤箱,恢复纤维干重矩阵被溶解后,删除。表3显示了不同的复合成分及其描述。

2.6。特征

2.6.1。纤维长度的测量

的复合材料在火炉中加热4小时在500°C,消除短玻璃纤维。纤维的长度决定使用反射光学显微镜对200个样本。

2.6.2。力学性能评价

万能试验机的速度是每秒5毫米在测试。ASTM D256-compliant影响测试进行悬臂梁式切口。锤子用来测试复合重25公斤的影响特征。十字头的速度在ASTM D5943-compliant万能试验机是5毫米/秒。图4揭示了影响试样的位置。

2.7。吸水性能

根据ASTM D570, PP和吸水纤维复合材料进行了测试。在这个实验中,五个样品浸泡在蒸馏水(2天)。吸水率公式给出如下: 在西南₁=标本重量在测试前(克)和西南₂=测试后样品重量(克)。

3所示。结果与讨论

3.1。机械性能

3.1.1。极限抗拉强度和杨氏模量

复合材料,如图5,有很高的抗拉强度和屈服应力。剑麻纤维添加到聚丙烯时,杨氏模量增加。后亚麻纤维被添加到聚丙烯/剑麻纤维复合材料,抗拉强度和杨氏模量增加。sisal-flax纤维和聚丙烯基体的附着力增加复合材料的拉伸性能改善的结果。与polypropylene-sisal纤维复合材料相比,亚麻纤维增强复合材料最终抗拉强度为34.64 MPa有最好的结合和承载力。此外,0 wt %亚麻纤维增强复合材料有最小抗拉强度为29.46 MPa。polypropylene-sisal纤维复合材料的抗拉强度值满了0、5、10、15、20 wt %的亚麻纤维分别为29.46,30.56,31.57,33.12,和34.64 MPa,分别。图6说明了亚麻纤维含量影响纯和混合复合材料的杨氏模量。

利用剑麻纤维和聚丙烯为基础,与玻璃纤维复合材料30 wt %的内容进行调查来测试玻璃纤维对复合材料的影响。22.84卷百分比对剑麻纤维和14.23卷%玻璃纤维用于制造复合材料。玻璃纤维添加到剑麻fibre-polypropylene复合略有增加其强度。亚麻纤维,另一方面,没有影响polypropylene-silica纤维复合材料的杨氏模量和弯曲模量。polypropylene-sisal纤维复合材料的杨氏模量和弯曲模量没有显著不同的亚麻纤维在补充道。亚麻纤维含量0、5、10、15、20 wt %对应3.89,5.42,6.44,9.97,和10.62卷%,分别。剑麻fibre-polypropylene复合材料有很少或没有协同效应在亚麻纤维补充说,根据这项研究。

3.1.2。弯曲强度和弯曲模量

弯曲复合标本在三个方向的结果在一个高度的灵活性(见图7)。由于尽可能高的亚麻纤维内容呈现在复合材料、复合标本钢筋与20 wt %亚麻纤维有一个更好的挠曲强度为71.38 MPa。整个缺乏亚麻纤维粒子在复合标本导致最小弯曲强度为67.01 MPa,也就是说,在0 wt %亚麻fibre-polypropylene复合材料。抗弯强度范围从66.51 MPa到71.38 MPa时聚丙烯matrix-sisal纤维增强复合材料混合亚麻纤维在0、5、10、15、20 wt %。发现提高亚麻纤维含量没有显著影响混合复合材料的抗弯性能在混合过程中,亚麻纤维充分混合,如图8。

弯曲模的纯和混合复合材料影响亚麻纤维的内容,如图8。在polypropylene-sisal复合材料纤维增强0 wt % 20 wt %的亚麻纤维,三点弯曲试验的最大值和最小值模被发现是1.32和4.82的绩点,分别。复合材料增强与5、10、15、20 wt %。纤维的弯曲模量的值1.89,3.97,4.36,和4.38的绩点,分别。亚麻纤维被添加到环氧聚丙烯matrix-sisal纤维增强复合材料弯曲模量提高。

3.1.3。冲击强度

增加自然fibre-polypropylene亚麻纤维复合材料,另一方面,发现根据许多研究人员提高机械性能。聚丙烯的冲击强度应力集中器时降低了剑麻纤维被添加。sisal-polypropylene复合材料的冲击强度提高通过添加亚麻纤维。复合试样的冲击强度在悬臂梁式冲击试验如图9。亚麻纤维复合材料包含0、5、10、15日,亚麻纤维的优势影响14.78和20%,15.23,16.86,19.48,和21.52 kJ / m²。令人惊讶的是,亚麻纤维的重量百分比polypropylene-sisal分散的纤维增强复合材料的增加,试样的冲击强度提高。最高的20 w %亚麻纤维增强复合材料的冲击强度为21.52 kJ / m²,最低0 wt %亚麻纤维增强复合材料的冲击强度为14.78 kJ / m²。

3.1.4。水吸收行为

水的吸收行为sisal-flax fibre-polypropylene组合如图10。在剑麻fibre-polypropylene吸水复合材料被发现降低亚麻纤维。在聚丙烯矩阵含有亚麻和剑麻纤维,研究人员发现,吸水率下降。

4所示。结论

与剑麻纤维增强聚丙烯矩阵受到亚麻纤维添加实验来确定复合材料的力学性能。除了改善复合拉伸、弯曲和冲击性能,增容剂改善了界面附着力。发现亚麻纤维的融合并没有显著提高复合材料的力学性能。相比其他重量百分比的亚麻纤维,复合材料包括20 wt %亚麻纤维,它被添加到聚丙烯matrix-sisal纤维增强biocomposites,表现出优越的拉伸和弯曲行为。sisal-PP复合材料的吸水率降低杂交时,亚麻纤维。亚麻纤维复合材料(0、5、10、15、20 wt %显示影响优势的14.78,15.23,16.86,19.48,和21.52 kJ / m²。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。进一步的数据或信息可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

确认

作者欣赏Hawassa大学支持埃塞俄比亚。作者感谢罗耀拉理工学院,钦奈,Arjun技术学院,哥印拜陀,这项目是由研究人员支持项目数量(RSP-2021/315),沙特国王大学,利雅得,沙特阿拉伯。