固体颗粒侵蚀的棕榈叶纤维增强聚乙烯醇复合材料

文摘

固体颗粒侵蚀的行为短日期棕榈叶(DPL)纤维增强聚乙烯醇(PVA)综合研究了使用硅砂颗粒(200±50μm)作为腐蚀药在不同撞击角度(15 - 90°)和影响速度(48 - 109 m / s)。纤维含量的影响(DPL纤维wt %)侵蚀率的PVA / DPL复合也被调查。整洁的PVA显示最大侵蚀率在30°撞击角而PVA / DPL复合材料表现出最大侵蚀速率在45°撞击角无论纤维加载显示semiductile行为。PVA及其复合材料的侵蚀效率从16.289%至0.735不等的不同影响速度进行了研究。侵蚀表面的扫描电子显微镜(SEM)下观察了解侵蚀机制。

1。介绍

材料科学家们不断寻找新的非传统材料来代替传统的金属材料。这个努力的发展纤维增强聚合物(FRP)复合,增强与合成和天然纤维,发现其应用程序的地方,从家用电器到先进的空间和国防设备由于其优秀的特定属性。环保意识引发了全球范围的研究人员来取代传统的合成纤维和天然纤维,因为某些优势,如低价格,低密度,无限的和可持续的可用性和低磨损的加工机械1,2]。然而,他们有一定的缺点像高吸湿性、润湿性差,力学性能低,等等。尽管有这些缺点,兴趣自然纤维聚合物复合材料的摩擦学的快速增长和工业应用3]。

对摩擦学的应用程序中,天然纤维聚合物复合材料在实际情况下遇到不同类型的穿着。固体颗粒侵蚀是一个典型的磨损模式的特点是材料的损失结果重复小固体颗粒的影响。它发生在各种情况下像管道携带砂料浆在炼油,直升机旋翼叶片泵叶轮叶片、高速车辆和飞机在沙漠环境中操作,罩体,冲浪船,等等。在这种情况下组件遇到很多研磨剂的影响像灰尘,沙子,碎片的材料,浆的固体颗粒,等等,因此材料经历了侵蚀损耗(4]。到目前为止,大部分的研究工作一直致力于研究合成聚合物的固体颗粒侵蚀行为增强热固性或热塑性聚合物矩阵(5- - - - - -8]。作品对研究天然纤维增强聚合物复合材料的侵蚀损耗极少的文学。最近,Patel et al。9)调查jute-glass织物增强环氧树脂复合材料的腐蚀磨损行为和得出结论,黄麻的侵蚀财产/环氧复合可以明显改善组合合成玻璃纤维。Biswas和Satapathy10)观察到bamboo-epoxy赤泥填充复合材料的腐蚀磨损性能优于环氧树指玻璃复合材料。在另一个工作Satapathy et al。11)研究了鱼鳞增强环氧树脂复合材料的侵蚀,发现其侵蚀性能优于整洁的环氧树脂。一般认为,聚合物复合材料的耐蚀性较差比的聚合物(12- - - - - -14]。然而,钢筋可能改善或恶化耐侵蚀,取决于所使用的类型的纤维(15]。

日期棕榈树,棕榈树的家庭成员(凤凰dactylifera),通常是发现在中东,北非,加那利群岛,巴基斯坦,印度和美国(加州)。根据报道工作(16大约有6200万的日期棕榈树在中东和北非和1亿年全球。仅在沙特阿拉伯,年产量为15000吨的日期棕榈叶和浪费。日期棕榈树的叶子是用于制造绳索,篮子,垫在世界的许多地方。然而,大量的材料和废物丢弃。因此,有效利用的自然资源使天然纤维复合材料会对环境产生积极的影响,可以提高农村人口的经济标准。在这种背景下,一些作品17- - - - - -20.)已开展研究各种属性的枣椰树叶纤维增强聚合物复合材料。它也被报道,具体日期棕榈叶强度高于许多铝合金(21]。与这一背景下,这是值得理解的侵蚀损耗行为枣椰树叶增强聚合物复合材料。作者在他们的早期研究[22)研究了丙烯酸处理日期的机械性能棕榈叶纤维增强聚乙烯醇(PVA / DPL)复合材料,观察到28 wt % DPL纤维最佳力学性能。在目前的调查,侵蚀试验对PVA / DPL复合材料在不同纤维载荷如10、20、30、40 wt %包括最佳纤维(即加载。,28 wt %)为了研究固体颗粒侵蚀行为的摩擦学的复合应用程序。

2。实验

2.1。制造复合标本

枣椰树叶(DPL)纤维被撕裂的条准备日期棕榈叶长1.5厘米,宽1毫米和给定的表面改性和丙烯酸。复合标本被混合不同的重量百分比(即捏造。,10,20.,28,30.,和40 wt%) of acrylic acid modified DPL fiber with polyvinyl alcohol (PVA) matrix by injection molding method for solid particle erosion test.

2.2。冲蚀磨损试验

固体粒子侵蚀实验进行了按ASTM标准G76侵蚀试验装置如图1。钻井平台由一个空气压缩机,一个粒子支线,一个空气粒子混合,加速室。干燥和压缩空气混合硅砂(200±50μ米)这是美联储不断从传送带上加料器进入混合室。二氧化硅粒子被穿过加速碳化钨收敛喷管的4毫米直径的轰炸目标。复合标本举行选角(15°、30°、45°,60°、90°)对影响砂颗粒的流动和侵蚀。

粒子的进给速率控制通过监测粒子之间的距离喂料斗和皮带传动的粒子混合室。粒子的碰撞速度是不同的不同的压缩空气的压力。粒子侵蚀的速度决定使用转盘方法(23]。侵蚀的条件测试表中列出1。

样品在丙酮清洗,干燥,称重的精度0.1毫克使用电子天平,每个测试之前和之后。测试样品加载试验台被侵蚀后3分钟在给定撞击角然后再重来决定减肥()。侵蚀率(然后使用以下公式计算: 在哪里在通用和测试样品的质量损失粒子(即是侵蚀的质量。送,测试时间×粒子速度)。这个过程一直重复,直到侵蚀率达到一个恒定的稳态值。在目前的研究都在重复同样的过程(也就是5倍。,暴露时间是15分钟)。

2.3。侵蚀表面的表征

侵蚀表面的特征是使用乔尔(840年地产)扫描电子显微镜(SEM)。以SEM图像之前,样本黄金气急败坏的说为了减少充电的表面。

3所示。结果和讨论

3.1。累积碰撞粒子的重量对侵蚀的影响率

的典型变化增量侵蚀率的函数累积质量侵蚀的各种重量百分比的PVA / DPL复合材料图所示2。侵蚀数据属于不同的影响角度的冲击速度70米/秒。从图表描述,没有观察到孵化或诱导期。然而,加速、减速和稳定所表现出不同的PVA / DPL复合材料重量百分比。一个类似的观察也发表在文献[24]在研究腐蚀性polyetherimide及其复合材料的磨损行为。它还可以看到从图2PVA的侵蚀率及其复合材料达到接近稳态值的累积质量侵蚀的范围是40 - 70 g。进一步,它是观察到稳态PVA的侵蚀率及其复合材料冲击角增加而增加从15°、45°,然后在更高的影响角度(即降低。,60°、90°)。其他的类似的观察是影响速度,因此这里没有显示。

3.2。撞击角的影响(α)侵蚀率

在侵蚀的材料去除依赖于许多相关因素,包括目标的属性和结构材料,接触条件,和物理、化学侵蚀的粒子的特性。因此,侵蚀损耗聚合物/复合材料是一个更复杂的过程,没有一个属性/机制可以完全占材料的损失(24]。众所周知,撞击角是最重要的一个参数作为材料的侵蚀行为可以大致分为韧性和脆性根据冲蚀速率的变化与撞击角(25]。韧性行为特点是最大侵蚀速率在低冲击角,通常在15°30°之间。另一方面,如果最大侵蚀速率(即发生在正常的影响。在90°),材料是脆性的行为。增强复合材料被发现展览semiductile行为最大侵蚀速率是在中间的角度,通常在45°60°之间。研究撞击角的影响在PVA / DPL复合材料的磨损行为,稳态侵蚀率与撞击角已有不同的DPL纤维的重量百分比图3。

很明显从稳态侵蚀率是最大的数字为整洁的PVA(即30°撞击角。,0 wt%) whereas other weight percentages of PVA/DPL composites show peak erosion rate at 45° impingement angle at all impact velocities. Therefore, DPL fiber reinforced PVA composites exhibit semiductile behavior with maximum erosion rate at 45° impingement angle.

3.3。冲击速度的影响()侵蚀率

为了研究粒子速度的影响侵蚀速率,腐蚀测试是由不同的粒子速度从48到109 m / s为各种撞击角(15 - 90°)。侵蚀率的变化与不同的PVA纤维载荷及其复合材料在45°角影响的形式说明条形图(图4)。从图表中发现侵蚀率与DPL纤维的掺入增加速度的影响。这种趋势也观察到所有其他影响角度。

图5显示了典型的稳态PVA冲蚀速率的依赖关系及其复合材料在不同冲击速度两个撞击角度(45°、90°)。发现稳态PVA的侵蚀率及其复合材料在冲击速度增加而增加撞击角度进行测试。

已经观察到的早些时候(26]的速度侵蚀性的粒子有很强的侵蚀率的影响和侵蚀率之间的关系()和冲击速度()可以使用幂律方程表示: ,““是稳态侵蚀率”,“是粒子的冲击速度,”“速度指数,””是一个常数。最小二乘适合使用以上获得的数据点是幂律(图5)方程和拟合参数在不同撞击角度总结在表2。

从介绍数据可以看出速度指数在2.0 - -2.88的范围为合成复合材料在不同撞击角度。一般来说,几乎没有任何价值的变化””在不同撞击角度和更高的值”“与陡峭的撞击角度有关。材料的腐蚀行为大致分为基于冲击韧性和脆性角如前所述。然而,上述分类并不是绝对的侵蚀行为有很强的依赖侵蚀等条件的影响角度,影响速度,和侵蚀的特性,如形状、硬度和大小。已经观察到聚合物及其复合材料的腐蚀行为也表现为速度指数的价值,”“(15]。高分子材料韧性的方式行为的价值””是在2 - 3的范围为聚合物复合材料脆性的方式表现范围是3 - 5。在目前的研究中,由于速度指数在2.0 - -2.88的范围,因此,PVA / DPL复合材料表现出semiductile行为。

3.4。水土流失侵蚀率效率的影响

侵蚀效率()是一个重要的参数27)用于确定各种材料的脆性和韧性侵蚀反应固体粒子侵蚀。这是通过使用以下方程: ,““是侵蚀率(公斤/公斤)”,“是硬度侵蚀材料(Pa)”,”是侵蚀材料密度(公斤/米³)和“”是影响速度(米/秒)。侵蚀效率可以用来识别各种材料的侵蚀机理。例如,理想microploughing涉及材料从火山口的位移没有任何骨折(因此没有侵蚀)将零流失效率。另外,在理想的情况下microcutting,将统一。以防发生侵蚀形成的嘴唇和随后的骨折,侵蚀效率将在0 - 1的范围。相比之下,发生在脆性材料,如果侵蚀发生剥落和删除大量的互连材料横向或径向裂缝,然后侵蚀效率甚至预计将超过100%。

侵蚀的值效率PVA及其复合材料的计算使用(3)对不同冲击速度如图6。自稳态腐蚀率(PVA)及其复合材料冲击速度增加而增加””,这是成正比的,因此,侵蚀效率预计将增加增加””。计算结果体现在图(图6)不同重量百分比的DPL纤维增强PVA复合材料。从图形观察,侵蚀效率从16.289%至4.316为不同速度的影响进行了研究。因此,可以得出结论,侵蚀发生microploughing和microcutting。随着纤维含量的增加,蚀效率增加。40 wt % DPL纤维增强的PVA矩阵导致显著增加侵蚀效率从而降低耐腐蚀性。

3.5。表面侵蚀表面的形态

侵蚀表面的表面形态通常是研究为了确定磨损机制发生在固体颗粒侵蚀。正如前面观察到的工作(22),是DPL纤维的最佳重量百分比28% PVA / DPL复合材料获得最大的机械性能。因此,扫描电子显微镜(SEM)研究wt % PVA / 28日DPL复合材料30°,45°,60°、90°撞击角度恒定速度70米/秒(图的影响7)。

图7(一)显示了扫描电镜显微照片合成的低角度(30°)的影响。描绘在图中,有坑的形成由于干石英砂颗粒渗透到表面造成物质损失矩阵的政权。复合的材料去除大部分是由microploughing, microcutting和塑性变形。材料随后从表面进行塑性变形引起的microcutting导致在45°撞击角最大侵蚀。矩阵覆盖纤维似乎剥落和纤维通常暴露于腐蚀性环境。微裂隙的形成和埋置的碎片的沙子也明显的显微照片(图7 (b))。

4所示。结论

实验研究了固体粒子侵蚀枣椰树叶纤维增强聚乙烯醇(PVA / DPL)复合材料与硅砂侵蚀的。基于这些研究,以下的结论。(1)实验参数如累计重量的粒子撞击,撞击角度,冲击速度有很强的腐蚀性影响穿PVA及其复合材料的性能。(2)增量变化的侵蚀率与累积碰撞粒子的质量,可以看出初始质量增益和潜伏期对PVA及其复合材料中是找不到的。然而,加速,减速,稳定在各种实验条件下观察到的。(3)它是观察到,冲击速度()有一个巨大的影响稳态腐蚀率(PVA)及其复合材料与速度和显示一个幂律行为():,““从2.0到2.88不等。(4)撞击角的影响PVA / DPL复合材料的侵蚀损耗考虑展品semiductile行为与最大侵蚀在45°撞击角DPL纤维的重量百分比为所有在不同速度的影响进行了研究。进一步,它是观察到PVA及其复合材料的侵蚀效率从16.289%至0.735不等。这意味着microploughing和microcutting发生侵蚀。(5)磨损表面的SEM研究支持机制和表示microploughing microcutting,塑性变形、矩阵删除,暴露的纤维。(6)得出结论,如果DPL纤维增强PVA复合材料使用在侵蚀性的情况下,最好使用28 wt % DPL在PVA纤维矩阵还可以给最佳力学性能。

利益冲突

从合作者与适当的真实性,乔蒂·r·莫汉蒂宣称没有利益冲突。

引用

1. y . Li Y.-W。梅,l .你们“剑麻纤维及其复合材料:回顾最近的事态发展,“复合材料科学与技术,60卷,不。11日,第2055 - 2037页,2000年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. a . k . Bledzki和j . Gassan”与基于纤维素纤维复合材料加固,”高分子科学的进展,24卷,不。2、221 - 274年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. r . Kozłowski和m . Władyka-Przybylak可燃性和耐火性由天然纤维复合材料加固,“聚合物的先进技术,19卷,不。6,446 - 453年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. j . j . Rajesh j . Bijwe美国特瓦芮,和b . Venkataraman“各种聚酰胺、侵蚀损耗作用”穿,卷249,不。8,702 - 714年,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. a . p . Harsha和a . a . Thakre”调查固体颗粒侵蚀polyetherimide及其复合材料的行为,”穿,卷262,不。7 - 8,807 - 818年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 美国特瓦芮,a . p . Harsha a . m .海格和k·弗里德里希,“固体颗粒侵蚀的碳纤维和玻璃fibre-epoxy复合材料,”复合材料科学与技术,卷63,不。3 - 4、549 - 557年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. j . Bijwe j . Indumathi j·j·拉杰什·m·法西姆,“各穿polyetherimide复合材料的摩擦磨损行为模式,”穿,卷249,不。8,715 - 726年,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. j . Bijwe j . Indumathi, a . k . Ghosh”纤维强化的磨损行为polyetherimide复合材料,”穿,卷253,不。7 - 8,768 - 777年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 公元前Patel, s . k . Acharya, d . Mishra“叠层顺序对黄麻的腐蚀磨损行为和jute-glass织物增强环氧树脂复合材料,”国际期刊的工程,科学和技术,3卷,不。1,第219 - 213页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. Biswas和A . Satapathy”侵蚀特征的比较研究赤泥填充bamboo-epoxy和环氧树指玻璃复合材料”材料和设计没有,卷。31日。4、1752 - 1767年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. A . Satapathy A . Patnaik和m·k·普拉丹”处理,研究特征和侵蚀行为的鱼(Labeo-rohita)填充环氧树脂基复合材料,材料和设计,30卷,不。7,2359 - 2371年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. n .宫崎骏与台北市“固体颗粒侵蚀的纤维增强塑料,”复合材料学报,27卷,不。1,21-31,1993页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. n宫崎骏和t . Hamao固体颗粒侵蚀的热塑性树脂增强短纤维,”复合材料学报,28卷,不。9日,第883 - 871页,1994年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. a . p . Harsha美国特瓦芮,万卡特拉曼·莱马克里斯,“各种polyaryletherketone复合材料的固体颗粒侵蚀行为。”穿,卷254,不。7 - 8,693 - 712年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. k . v .池,c·k·h·Dharan Finnie,“复合材料的腐蚀性穿”,穿,卷107,不。1、1 - 12,1986页。视图:谷歌学术搜索
16. f . a . Al-Sulaiman”日期棕榈纤维增强复合材料作为一种新型绝缘材料”国际能源研究杂志》上,27卷,不。14日,第1297 - 1293页,2003年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. a . Sbiai a . Maazouz e .百合花纹的h . Sautereau和h . Kaddami”短日期棕榈树纤维/ polyepoxy复合材料准备使用RTM工艺:节奏介导的氧化纤维的影响,“生物资源,5卷,不。2、672 - 689年,2010页。视图:谷歌学术搜索
18. h . s . Mahdavi Kermanian, a . Varshoei”的机械性能比较日期棕榈纤维,聚乙烯复合”生物资源,5卷,不。4、2391 - 2403年,2010页。视图:谷歌学术搜索
19. k·m·m·拉奥和k·m·拉奥”提取和天然纤维的拉伸性能:vakka,日期和竹,“复合结构,卷77,不。3、288 - 295年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. a . Alawar a . m .哈米德,k . Al-Kaabi”描述的日期棕榈树纤维作为复合强化治疗,”复合材料B,40卷,不。7,601 - 606年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. f . Al-Sulaiman“力学性能日期棕榈叶,”增强塑料和复合材料杂志》上,19卷,不。17日,第1388 - 1379页,2000年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. j·r·莫汉蒂Das、h·c·达斯和s . k .情郎”的有效力学性能polyvinylalcohol biocomposites枣椰树叶纤维的强化,“聚合物复合材料,34卷,不。6,959 - 966年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. a·w·拉夫和l·k·艾夫斯”,固体粒子速度测量腐蚀性穿。”穿,35卷,不。1,第199 - 195页,1975。视图:谷歌学术搜索
24. a . p . Harsha和a . a . Thakre”调查固体颗粒侵蚀polyetherimide及其复合材料的行为,”穿,卷262,不。7 - 8,807 - 818年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. t·h·Tsiang,”沙侵蚀的纤维复合材料:测试和评估,”测试方法和设计允许纤维复合材料,c . c . Chamis Ed,卷。2STP 1003页,46-55 ASTM国际,费城,宾夕法尼亚州,美国,1989年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. g·p·蒂莉和w .圣人”,粒子之间的相互作用和物质侵蚀过程的行为,”穿,16卷,不。6,447 - 465年,1970页。视图:谷歌学术搜索
27. g . Sundararajan m·罗伊,b . Venkataraman”侵蚀效率占主导地位的侵蚀微观结构特征的新参数,“穿,卷140,不。2、369 - 381年,1990页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2014 r·莫汉蒂等。这是一个开放的访问分布在条知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。