文摘

目前工作的目标是开发新颖的混合复合材料用槟榔,洋麻纤维,蛇草纤维强化和环氧矩阵。槟榔、洋麻和蛇草纤维提取儿茶林奈,木槿cannabinus,虎尾兰Ehrenbergii植物,分别和5%氢氧化钠处理以提高亲水性和疏水性纤维之间的界面粘附矩阵。混合复合材料是由压缩成型技术,制定基于纤维的重量分数。拉伸、弯曲、冲击强度和硬度样本按ASTM准备D3039年,ASTMD790年,ASTMD256年,ASTMD2240年,分别。碱性的影响治疗混合复合材料研究开发的。发达混合复合材料wt.蛇草20%和10% wt.槟榔纤维存在有趣的力学性能与58 MPa的拉伸强度,弯曲强度124 MPa,冲击强度5.24 kJ / m²,88年的硬度。结果表明,最大机械性能均获得alkaline-treated纤维复合材料有20% wt.蛇草纤维比未经处理的纤维复合材料由于更好的治疗纤维和基质之间的附着力。碱性的影响治疗由傅里叶变换红外分析。测试样品的断裂表面被扫描电子显微镜分析。

1。介绍

天然纤维的角色一直在增加在这个世界由于其出色的特性,如重量轻、低能耗、提高,全球可用性、生物降解能力,成本效益。不管他们的属性,天然纤维有一定的局限性,如水分含量高,热稳定性低,和不相容矩阵。强化天然纤维与聚合物基质已经出现在这个世界由于其扩展应用程序和更高的特定属性(1]。天然纤维是用于汽车结构由于其温和的抗拉强度,刚度更好,和高阻尼能力。当天然纤维增强复合材料在汽车上的使用,预计不仅组件的重量会减少,也会制造噪音和振动会减少。除此之外,复合材料有很高的抗疲劳和腐蚀2]。天然纤维的性质取决于年龄,自然土壤和环境条件(3]。红麻纤维(木槿cannabinus)已经选择了这个工作,因为它能在不同气候条件下生长。它显示低密度等特性,nonabrasiveness处理期间,和高特定机械性能(4]。李报道,抗拉强度和模量洋麻纤维和jute-reinforced聚丙烯复合材料强化纤维较高的加载,达到最大强度的39 MPa和1300 MPa,分别在40%纤维重量分数下降在更高纤维重量分数(5]。辛格表示,红麻纤维协助提高聚氨酯热塑性复合材料的磨损和摩擦性能约59岁和90% (6]。槟榔(儿茶林奈)和蛇纤维(虎尾兰Ehrenbergii)随着红麻纤维已为这个实验工作由于其自然吸引。槟榔纤维是廉价的,它是用于医药、油漆、巧克力等。7]。槟榔的常青树线性增长,达到10米的高度为20米,和它的茎很直,纤细,直径小于15厘米。树叶是1.5到2米长,有大量的羽状形状的叶子,与通常上部显示9到12的叶子。然而,土壤条件对这些树木的生长有很大的影响(8]。大腹皮约占60 - 80%的总重量和体积的新鲜水果。皮纤维是由纤维素与不同数量的半纤维素,35 - 64.8%,木质素14.0 -26.0%,果胶(9]。蛇grass-reinforced聚合物复合材料可能取代萨尔木等木材品种和拯救树木,这有助于在减少环境破坏10]。除了他们的范围之外,还有一些局限性加强天然纤维与聚合物基质中,就像处理温度低、高水的摄入量,不当压力转移。纤维素纤维吸收更多的水分,因为他们的亲水的本性。这种性质的纤维素纤维导致突出。当这被纤维增强疏水矩阵,它导致不当焊接和糟糕的界面剪切强度(11,12]。如果不治疗,如果他们是纤维嵌在聚合物基体,它导致产生不稳定的接口和,因此,应力应用于纤维/聚合物复合不是有效的转移矩阵的纤维。这些问题可以通过各种治疗过程减弱,从而增加天然纤维增强复合材料的力学性能。碱处理是一种适当的方法来提高天然纤维的机械性能(13,14]。这种治疗将修改表面去除半纤维素、木质素、果胶、蜡,从而增加了长宽比。更高浓度的氢氧化钠导致损伤纤维,因此降低了力学性能。所以,最佳治疗比例起着至关重要的作用在纤维表面的改性15,16]。

Karsli和Aytac et al。17]研究了亚麻fibers-reinforced解放军聚碳酸酯复合材料的拉伸性能的函数5%氢氧化钠碱治疗20分钟。作者观察到,5% NaOH-treated亚麻fibers-reinforced解放军聚碳酸酯复合材料弯曲强度和弯曲模量增加9.1%和62.5%,分别比未经处理的纤维复合材料。最大拉伸强度、弯曲强度和模量的碎蛇草纤维增强聚酯复合实现在25%体积分数为30毫米的纤维长度。结果表明,总体来看,25%的纤维分数显示更好的机械性能(18]。Mazuki [19)进行了一项研究对红麻纤维和强调了其潜在的应用,如在真理中使用面板的门、座椅、扶手和仪表板。使用kenaf-reinforced复合材料作为声屏障的潜力和声学吸收器也表示。拉伸、弯曲、冲击和层间剪切强度(测试)的5% NaOH-treated洋麻纤维和茶叶fibers-reinforced复合材料提高了33.32%,25%,20.48%,和35.16%,分别与未经处理的复合材料相比由于去除半纤维素、木质素、果胶、蜡质元素导致更好的亲水性纤维之间的相互作用和疏水矩阵(20.]。对纤维表面变得粗糙,从而提高界面粘结和机械性能21]。随机分布的蛇草纤维增强复合材料的抗拉强度是低于纵向方向面向复合材料的抗拉强度22]。Satyanarayana et al。23)调查了天然纤维的化学和物理特性。Jayabal et al。24]研究了面向随机的椰壳纤维增强聚酯复合材料制造的手上篮技术对不同纤维长度为20,100和150毫米。聚酯复合材料的机械强度变化取决于纤维的重量和长度。研究结果表明,纤维含量对力学特性有相当大的影响比纤维长度(25]。通常,纤维含量提高了拉伸性能的重量,这是依赖于使用的矩阵类型(26]。漫长的文学审查导致最佳碱处理的选择过程。实验工作强调的重要性,碱处理的机械性能蛇草,槟榔,红麻纤维增强环氧杂化复合材料。没有文献报道数据洋麻纤维,蛇草和areca-reinforced杂化环氧复合材料。这杂交组合选择和论文的主要目标如下:(i)洋麻碱治疗效果,蛇草,和槟榔纤维,(ii)效应的重量分数蛇草纤维混合复合材料的力学性能。

2。实验工作

2.1。材料

槟榔、洋麻和蛇草纤维收集从KCT Tifac核心,印度哥印拜陀。制备的复合材料,广泛使用环氧树脂(556光年)和一个amine-based硬化剂,三亚乙基四胺(951)为什么,。硬化剂用于增强纤维和基质之间的结合。他们使用的混合比10:1作为推荐的供应商。环氧树脂和固化剂是购自Covai Seenu和公司,哥印拜陀,泰米尔纳德邦。环氧树脂(LY556)突出优势热塑性和热固性树脂,如最低收缩率,水分和化学性能优异,和更好的破坏公差(27]。环氧树脂的性质(LY556)展示在表1。硬化剂(HY951)是由聚胺单体,如三亚乙基四胺。当这些化合物结合,胺组与环氧化物反应组形成共价连接。胺与环氧树脂和硬化剂反应导致最终性能的环氧树脂处理系统。

2.2。碱处理的过程

碱性的治疗方法也称为碱化。这导致颤动,从而导致纤维束分解成更小的。纤维表面变得粗糙,纤维的直径减少,增加长宽比和机械性能28]。它打破了氢键在纤维素纤维和反应网站的数量增加,促进更好的界面剪切强度和应力转移。碱化删除noncellulosic内容如半纤维素,木质素和蜡的表面纤维和增强复合材料的性质29日]。半纤维素在植物纤维更亲水部分,所以碱处理降低了水分吸收的水。治疗期间发生的反应如下:

纤维的亲水性自然减少,抵抗水分增加。半纤维素、果胶、木质素和蜡将被删除取决于治疗的浓度(16,30.,31日]。中各种化学处理、碱处理被认为是最好的和最有效的去除纤维表面的杂质。减少纤维的亲水特性进行了这项工作的化学治疗表面使用氢氧化钠。槟榔的纤维、洋麻和蛇草浸泡在10升蒸馏水24小时清除灰尘层然后挂干燥24小时。3小时,无尘纤维浸在5%的氢氧化钠溶液浓度(50毫升氢氧化钠10升水)。纤维被移除,在蒸馏水洗几次删除多余的积累氢氧化钠溶液表面的纤维。纤维被风干24小时。

2.3。制造的混合复合材料

最初,治疗纤维切成28厘米长度按模具需求的帮助下刀。准备环氧矩阵,环氧树脂和环氧固化剂(LY 556和951)为什么涨跌互现借助一根棍子的比率10:1。基质材料的制备和加固后,使用压缩成型的复合材料制造技术(供应商:现代塑料Pvt Ltd .,哥印拜陀,印度)。在制造过程中,300年300毫米铝板。铝板和框架第一次清洗,然后白色油脂应用于铝盘子来减少它们之间的摩擦。环氧树脂是涌上铝合金板、板双向纤维排列,与槟榔纤维放在底部表面,层压板的中间层是被红麻纤维,顶层是被蛇草纤维。每一层之间的环氧矩阵是将纤维以达到均匀分散(32]。五个样本准备使用不同的纤维含量相同的顺序。然后完成复合材料是现代压缩成型机和放置在温度和压力保持在120°C和35条45分钟和分层治愈45分钟。凝固后,复合材料的成品尺寸是280毫米×280毫米x5毫米,从模具型腔获得。钻石刀是用来切机械特性测试的样品按ASTM标准。表2介绍了混合复合材料的名称。图1显示了复合加工过程的图形程序。

2.4。机械和形态分析

它是最简单、最常用的机械测试。样本测试电脑万能试验机(UTM)(供应商:Aimil有限公司、印度)与十字头2毫米/分钟的速度。依照ASTM测试进行D3039标准样本大小为250×25×5毫米(33]。每个组合测试五个标本,和他们的价值观是指出。图2显示了拉伸夹具和测试样本。挠曲测试通常用来确定材料的弯曲模量和弯曲。样本测试使用电脑上的三点弯曲试验UTM十字头2毫米/分钟的速度。依照ASTM测试进行D790标准样本大小为125×12.7×6.5毫米(33]。每个组合测试五个标本,和他们的价值观是指出。这个测试用于确定材料的抗冲击性。在这个实验中,一个混合的组合检查以吸收能量而不破坏的能力。样本测试数字化悬臂梁式冲击试验机。

依照ASTM测试进行D256标准的试样尺寸65×12.7×6.5毫米(33]。每个组合测试五个标本,和他们的价值观是指出。硬度是由多少变形提供本地化的机械或研磨压力下。沙滩上的样品进行测试D硬度计。依照ASTM测试进行D2240标准的试样尺寸20×20×6.5毫米。五个样品进行了测试,六阅读不同的点。的平均值确定标本。扫描电子显微镜是用来检查修改后的纤维的形态使用(SEM JEOL地产- 6510 - la)。加工后,用扫描电镜研究了复合材料的表面特征。扫描电子显微图清楚地表明矩阵和纤维之间的界面粘附。加速电压的SEM运营25 kV。

3所示。结果与讨论

3.1。机械特性

纤维含量和强度是影响参数在确定复合材料的性质。标本D给了一个更高的抗拉强度的58 MPa,其次是标本E(44 MPa),标本C (37 MPa)、B (21 MPa)标本,标本(21 MPa)。图3(一个)显示了处理和未经处理的复合材料的抗拉强度。在混合复合材料中,标本D有20% wt.蛇草纤维显示增强的抗拉强度,进一步增加蛇草纤维导致抗拉强度突然减少。从结果可以推断,碱处理增加了弹性行为,使其能够承受失败。在较低的应变速率,应力线性增加,形成弹性区域,在这区,标本展览塑性变形。这种行为是由于树脂在该地区的原因开始变形可塑性,它会导致轻微裂缝的形成树脂(33]。当纤维传播通过这些裂缝,它会导致抗拉强度下降。试样的抗拉强度远低于标本d .这是由于的原因20% wt.蛇草纤维试样的保税强烈环氧矩阵,从而提高拉伸性能和界面剪切强度,而样本有25% wt.槟榔纤维不正确与矩阵相比其他复合材料。根据Maslinda et al。34),混合复合材料的抗拉强度非常弱,他们的研究结果表明,混合复合材料的力学性能受到重量分数的纤维素纤维。随着纤维素纤维的增加超过40% wt.在复合材料中,亲水性纤维和疏水矩阵之间的附着力恶化导致贫穷的力量。不当的结合是由于半纤维素的比例越高,负责含水率。槟榔碱处理5%不够高效去除noncellulosic内容更好的程度。所有未经处理的纤维复合材料的抗拉强度较低相比alkaline-treated纤维复合材料。这表明5%氢氧化钠试剂增加纤维的粗糙度和减少纤维直径,从而导致更大的拉伸性能。

挠曲强度决定了材料抵抗弯曲力。标本D显示了较高的抗弯价值124 MPa相比其他标本。试样的抗弯强度高的原因D声明如下:(i) 20% wt.蛇草纤维是正确和矩阵,这意味着5%的氢氧化钠已经有效地删除了亲水性纤维的性质。(2)纤维的直径减小裂纹一代不会发生。(3)因此,纤维之间的界面结合和矩阵变得强大和纤维撤军不会生成的表面上。(iv)增强界面结合导致适当的应力分布。标本E最高的挠曲强度96 MPa,其次是标本C (91 MPa), B (78 MPa)标本,标本(62 MPa)。图3 (b)显示了处理和未经处理的复合材料的弯曲强度。挠曲强度的降低是由于孔隙表面的存在(33]。样品表面有更多的漏洞。这就是为什么挠曲强度不大相比其他标本。分层的标本发生速度相比其他标本。较弱的纤维/基体附着力无法提供足够的交通压力;因此,混合复合材料的抗弯强度明显降低(35]。Alkaline-treated纤维增强复合材料显示挠曲强度最高,而未经处理的纤维复合材料显示出边际损失挠曲强度由于纤维和基体之间的附着力差。

冲击强度决定了能源的材料可以承受负荷时。标本D冲击强度最高的5.24 kJ / m²由于其较低的脆性。这是因为每个板之间的应力分布是平均分配。理由陈述如下:(i)适当的碱处理降低了直径,使表面粗糙。(2)除此之外,所有的noncellulosic组件转移到一个最佳的程度。(3)因此,材料的延性脆性转变不会很快发生(36]。其他所有标本的脆性行为将很快发生。图3 (c)显示了处理和未经处理的复合材料的冲击强度。从结果,可以得出的结论是,相比其他标本不会吸收太多能源标本d在更高的丝瓜cylindrica纤维体积分数、吸积矩阵复合材料的强化会导致贫困地区间附着力不足导致丝瓜cylindrica纤维和环氧矩阵和导致减少冲击强度(37]。

标本的低能量吸收是由于纤维表面的突出,从而导致出现脆性行为(36]。冲击试验的结果,它可以表明,5%氢氧化钠溶液最佳增强复合材料的冲击强度比未经处理的纤维复合材料由于最小化空洞,形成毛孔,去除水分,半纤维素,木质素和蜡。

硬度试验是通过使用岸边D硬度计。材料抵抗变形的能力称为硬度。在这五个标本,标本D最高硬度值为88。这是由于纤维和基质之间的层间强度强(33]。因此,复合变得更好和更有能力抵抗作用力,所以标本获得最高的价值D,紧随其后的是样品E硬度值为76,标本与硬度值68 C,和试样B硬度值为61。标本中最低硬度值5个样本,这是由于不当fiber-matrix附着力(图3 (d))。因为25%的wt.槟榔纤维没有更有效地消除noncellulose化合物,fiber-matrix附着力很差,导致较低的硬度值。当有更少的纤维在该地区,硬度值较低。当有更多的纤维主要集中在一个特定的位置,然后硬度值高。硬度值的影响强烈fiber-matrix键。alkaline-treated复合材料的硬度明显表明更好的纤维和基体之间的相互作用,抗压痕或穿透比未经处理的纤维复合材料(20.]。

3.2。扫描电镜分析

在各种混合复合标本,标本Dwt. wt.蛇草纤维20%,10%红麻纤维,10% wt.槟榔纤维,60% wt.树脂显示改善fiber-matrix附着力。样品的表面D没有纤维撤军,从这就可以得出结论,标本D与环氧矩阵和保税适当复合产生的表面粗糙的性质(图4(一))。的本质是由于半纤维素,负责含水率。因此,没有代微裂隙,这导致适当的应力分布进行有效负载(36]。在图4 (b),标本E显示一些微裂隙在纤维的表面,这是由于25% wt.蛇草纤维正常没有债券与环氧矩阵。数据5(一个)和5 (b)展示标本A和B的SEM图像描绘更多的纤维断裂,纤维撤军和纤维的分布矩阵不足导致复合最小负荷下的失败。

4所示。结论

本文调查和报道在杂化槟榔碱处理的影响,洋麻纤维,蛇草纤维增强环氧树脂复合材料。纤维5%氢氧化钠处理以提高纤维之间的界面粘附和环氧矩阵。压缩成型技术用于制备杂化纤维增强环氧树脂复合材料是通过保持红麻纤维含量稳定的维持在10%左右的重量百分数wt.改变槟榔的重量百分数和蛇草纤维25 a-5sg 20 a-10sg 15 a-15sg a-25sg 10 a-20sg, 5。5%氢氧化钠对槟榔的机械性能,洋麻纤维,蛇草fibers-reinforced复合材料不同纤维含量进行了测试。测试的结果导致随后的结论:(我)包含10%的复合wt.槟榔,10% wt.洋麻,和20% wt.蛇草纤维强度最高,弯曲,影响,硬度值。这是由于这样的事实,20%的alkaline-treated SG更有效地去除半纤维素纤维,改善fiber-matrix附着力比未经处理的纤维复合材料。(2)5%氢氧化钠碱性纤维治疗减少了亲水性质,改善fiber-matrix粘连,导致力学性能好。(3)的扫描电子显微镜照相术(wt。10% ~ 10% wt。k ~ 20% wt。SG纤维)显然没有纤维撤军,表明纤维和矩阵结合的非常好。(iv)力学性能的基础上,得出结论:槟榔,洋麻,和蛇草纤维替代增援部队发展的混合复合材料生产的重量产品应用于飞机、汽车、建筑和结构、运动和家用电器等。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章。

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

作者衷心感谢实验中心设施呈现的加工和材料测试,公司KPR工程技术研究所,哥印拜陀,泰米尔纳德邦,印度。Alagar Karthick欣然承认集团fqm科尔多瓦大学- 383年,西班牙,提供荣誉访问研究的位置。这个项目是由研究人员支持项目没有。RSP-2021/405,沙特国王大学,利雅得,沙特阿拉伯。