文摘
天然纤维钢筋用于重要行业,如医疗、航空、汽车、和许多其他领域。很多文章报道,天然纤维有可能取代合成纤维。天然纤维钢筋作为制动摩擦材料给了好的结果。已经证明,石棉刹车导致肺癌和间皮瘤。许多人死于石棉的影响。根据世界卫生组织的趋势制动报告,这种材料会导致严重的健康问题。这个工作持续了这些材料的更换。桑皮纤维是一种独特的材料,PAN纤维结合桑皮纤维,用作刹车取代凯夫拉尔纤维强化材料。刹车片是捏造各种wt %的桑树纤维和PAN纤维(3 - 12%)与同等比例和芳族聚酰胺纤维(3 - 6%)液压后制动成型机。机械、化学、物理、摩擦磨损和热性能进行了评估。 MF-2 [6 wt%] mulberry-PAN-fibre-based brake pad composites have shown better results for ultimate shear strength and proof stress, tensile strength, compressive strength, and impact energy.
1。介绍
合成纤维取代有机纤维在许多功能。调查,有许多环境问题与趋势制动摩擦材料。天然纤维已经被人类多年来使用(1]。这些有机纤维通常用作地毯、绳索、衣服、内部应用程序,等。如今,这些有机纤维用于替代合成纤维(增强聚合物复合材料)2]。先前的报道,研究表明,石棉用于各种应用程序会导致很多人的死亡。石棉的使用开始通过保持其良好的制动性能的优势。然而,进一步的研究发现,它会导致各种癌症和造成严重肺部疾病(3]。经过几次与政府环保组织提出了这个问题,禁止石棉的使用。许多研究人员建议更换材料,这可能是一个更好的替代石棉(4]。芳纶是利用当今刹车片作为增强材料(5]。这种增强材料也有一定的局限性,如较低的回收率,高成本和环境毒性(6]。很多文章显示芳纶对人体健康的严重危害7]。天然纤维作为一种替代方法是轻和容易的形状,成本便宜,对环境环保,可降解。它还具有良好的抗拉强度和比强度高(8]。天然纤维的应用程序包括自行车头盔,汽车零部件,防弹材料(9]。除了有几个优点,它也有缺点像更高的水分吸收。但根据信息从不同的文章中,孔隙度等属性,紧张,润湿,表面的粘附强度可以修改通过执行不同的化学治疗(10]。基于传统过滤理论、过滤用纤维材料被分为五个机制捕获颗粒物:拦截、布朗扩散、惯性压紧,静电引力效应(11]。颗粒物接近纤维通常偏离气流流线的过滤。这个偏差影响的性能纤维材料作为过滤介质。通过以下五个机制发生偏差。的拦截点发生在范德瓦耳斯相互作用导致接触表面的纤维膜,假设点遵循一个流水线和不会发生偏差12]。点捕获粒子通过拦截机制通常发生大小为0.1比1μm。随着粒径减小,布朗运动是青睐。点的碰撞与纤维沉积的结果。从原来的流点偏离随机布朗运动期间,捕获这个偏差较大时足以影响纤维和PM (13]。布朗扩散通常表现出粒子直径小于0.1μm。高过滤效率和较低的压降是一种有效的基本性质实际上电纺膜nanofibrous滤液大气中的点(14]。较高的过滤效率,需要较小的纤维直径。纤维材料的小毛孔是有效的在完全移除粒子比他们由于筛分效果。因此,实际上电纺nanofibrous较小的孔隙大小的材料有效地消除超细粒子(15]。
热合已经成功地采用积极的硫电极的很多好处。这表明sulfur-impregnated无序碳纳米管通过蒸汽注入方法能够捕获多硫化合物的物种。cnf有形态学特征与碳纳米管相似,除了中央核心。此外,他们的高导电率和结构强度使其吸引力的选民在硫碳复合电极。他们还可以形成网络结构,可以抑制S /李的集聚2年代的电极(16]。复合电极的三维网络CNF集群显示抑制活性物质积累。高初始能力表现出硫CNF复合材料是由增强导电性和固定的活性硫CNF的多孔结构(17]。工程等级多孔碳等CMK-3提供高硫利用率由于完全局限在纳米尺度的毛孔内的氧化还原反应。这些碳原子有一个架构的微孔隙封装的活性物质。大孔隙作为优秀的电解质渗流路径。这样的层级结构多孔碳作为电子渠道和活性物质的仓库。过量使用化肥和农药在作物的化学污染的主要来源。未经处理的工业和国内废水也是水污染的重要来源(18]。地下水污染的废水从农药行业带来了巨大的健康问题。重金属离子进入人体通过习惯喜欢喝和吃东西。近年来政府做出了严格的法律安全排放的有毒金属离子(19]。
桑皮纤维在喜马拉雅的辞职,主要在印度北部区。这是一个非常快速增长的植物,它的茎是用于收集的纤维。桑皮纤维的力学性能好一些文章(20.]。PAN纤维用于高温气体过滤系统、混凝土钢筋,毛衣,袜子制造、和其他应用程序由于其良好的机械性能21]。一些天然纤维作为增强材料,尽管锅具有良好的摩擦性能。小说的研究工作是开发小说bio-mulberry-reinforced聚丙烯腈(PAN) /芳纶有机纤维使用液压制动摩擦复合材料后制动成型机。制造有机复合的机械、化学、物理、摩擦磨损和热性能进行了评估。
2。材料和方法
2.1。材料和复合制造
桑树纤维收集使用传统的方法。桑树茎从树上得到桑,和树叶被淘汰22]。然后,桑树茎被投入4周的水,在那之后,清蒸的纤维提取。提取的纤维是然后用去离子水清洗,把在阳光下了两天。收集到的纤维是用氢氧化钠(氢氧化钠)通过浸泡24小时,消除任何可能的杂质。提取的纤维是切成1-5-mm块(23]。图1显示了PAN纤维,(b)桑皮纤维的原料,C)发达的mulberry-PAN纤维刹车片。PAN纤维和其他制动材料可用在日本结盟,加济阿巴德(24]。然后,这些小块混合与其他材料(氧化铝、酚醛树脂、硫酸钡(贝索4),钛酸钾、石墨和蛭石)用于刹车片的发展25]。过程和组成如表所示1和2。
(一)
(b)
(c)
2.2。描述的物理力学和热性能
汽车用于这个测试样本下降了两天测量孔隙度(26]。Glun数码口袋规模是用于测量密度。仪器用于查找未硫化的树脂被称为“丙酮萃取”[27]。常见的方式来确定新样品的吸水放进水中一天astmd570 - 98标准。机械性能被发现与万能试验机(28]。影响测试的帮助下进行了摆锤式冲击试验机。弯曲测试的帮助下进行自动弯曲试验机(29日]。新的混合试样加热到700°C的比例确定灰(30.]。样本大小是60×20×10毫米机械性能和摩擦测试;大小是40×40×10毫米(31日]。
2.3。Thermo-Gravimetric分析
TGA评估在TA-60WS[耗热率= 10°C /分钟,温度= 40 - 800°C,样本大小= 10毫克)在氮气气氛(氮气的流量(N2]= 45毫升/分钟)。实验是在联合日本,加济阿巴德。氧化指数(OI)计算是基于碳质char (CR)的重量32]。
2.4。测试Tri-Biological开发复合材料的特征
追逐机是用于调查的摩擦学性能生产新的样品33]。这个测试已经调查了褪色周期复苏周期,褪色的百分比,穿,稳定、复苏的百分比,和可变性34]。第一时尚和恢复周期开始抛光的样品在350 rpm。起始条件是维护(L(负载)= 400 N,T(温度)= 95°Ct[时间]= 25)。rim和样品之间的接触是注意到在90%。第一和第二周期,速度和负载保持在400转和700 N,分别。监管机构保持温度(95 - 300°C)。阅读是第一消失在不同温度(245°C, 195°C, 145°C,和95°C)。其他条件保持第二褪色周期(295°C, 245°C, 195°C, 145°C),和摩擦特性记录后50°C。评估结束时的各种参数的测试。(一)消退:褪色被称为制动表面之间的摩擦所产生的热量(35]。刹车效率更高价值的减少褪色。经常是不受欢迎的断裂或间歇(停和走城市开车条件。(B)后释放刹车,制动衬片变得很酷,和的值µ达到原来的(摩擦)水平,这叫做复苏。(C) %消失=µp -µF /µ%恢复= p×100 D)µR /µP×100;考虑好的刹车片摩擦复合材料100 - 120%。(E)稳定系数(Sμ)=µP/µ马克思;它应该尽可能高。(F)变异系数(Vμ)=µ最小/µ马克思;它应该尽可能最少(36]。(G)穿= W1-W2;W1的起始重量复合样品(之前测试)和W2结束复合样品的重量(测试后)。(H)性能系数(µP):见过,在高温(超过100°C)的价值µP一直循环平均咖啡(复苏和褪色)。追逐机的图片用于摩擦学测试如图2。
3所示。结果与讨论
3.1。特征的化学、物理、机械和Tri-Biological潘桑皮纤维和纤维/芳纶纤维复合材料
抗压强度被发现的最高MF-2 = 176.7 MPa和KV-2 MF-4 = 140.6 = 167.5 MPa和最低,KV-1 = 162.3 MPa。观察是潘桑皮纤维和纤维6%,壁纤维成分产生统一的矩阵(37]。最大剪切强度值MF-2 = 2520 kgf KV-1 = 1890 kgf。一个可能的原因可能是桑(3 - 6%)比例的增加纤维和PAN纤维,它必须表现为粘结剂,但在增加更多的(9 - 12%),纤维复合显示一个无知的矩阵。破坏应变被发现MF-1和KV-1最低(1.48和1.20)和最高MF-4和KV-2(1.69和1.24)。试验应力明显高于对复合材料MF-2和KV-1(3.6%和3.4%)和低MF-1和KV-2(2.75%和2.90%)。如表所示3MF-1和KV-1复合材料抗弯强度值和弯曲模量最高(38]。聚合物复合材料的孔隙度增加的百分比桑树fibre-PAN纤维和芳纶纤维增加[桑树fibre-PAN纤维和芳纶= 3.25 = 3.4 -4.05%和-3.32%)的聚合物矩阵。由于不当,发生混合组分的聚合物基质(39]。它注意到灰分降低了桑皮纤维的重量百分比的增加(PAN纤维和芳纶纤维)(40]。
在新的下放复合材料,灰分含量的最高价值是观察3 wt。%的比例(PAN纤维= 74.75%桑皮纤维,芳纶= 75.30%)。的吸水能力提高单体的聚合物提高桑树fibre-PAN纤维和芳纶内容(桑fibre-PAN纤维和芳纶= 2.70 = 2.95 -3.90%和-2.81%)。低吸水率被发现(桑fibres-PAN纤维和芳纶= = 1.77%和1.70%]MF-1和KV-1和聚合物的吸水能力矩阵被发现最大(桑fibre-PAN纤维和芳纶= = 3.90%和3.30%]MF-4和KV-2。观察压缩性较低[桑树fibre-PAN纤维和芳纶= = 1.40%和1.25%]MF-1和KV-1价值更高的孔隙率,压缩被发现的最高(桑皮纤维= 1.76%和芳纶= 1.37%)MF-4和KV-2。热肿胀增加而增加比例的桑树fibre-PAN纤维在复合材料41]。在低(250°C)温度、有机纤维产生一些热气体。3%的聚合物复合材料显示最小值的热肿胀(1.45%)和KV-1 [1.3%]。密度降低(桑fibres-PAN纤维= 2.38 - -2.14克/厘米3和芳纶= 2.45 - -2.40克/厘米3),因为他们的百分比增加成分(42]。它可能导致桑fibre-PAN纤维,芳纶(光在wt。)已经取代了硫酸钡在wt。][密集的矩阵。观察细微差别,丙酮提取的值(桑fibre-PAN纤维和芳纶= 0.53 = 0.59 -0.71%和-0.57%)。它正常显示发达摩擦材料混合和治愈43]。
发现增加的硬度(嗯)减少桑树fibre-PAN纤维和芳纶复合材料(桑fibres-PAN 116.6 - -113.22 = 112.8 - -103.98和芳纶纤维)。被观察到的最大抗拉强度(桑fibres-PAN = 16.8 MPa和芳纶纤维= 17.45 MPa) MF-2和KV-1复合材料,最低(桑fibres-PAN = 15.4 MPa和芳纶纤维= 17.34 MPa) MF-4和KV-2。拉伸模量的最高价值[桑树fibres-PAN纤维= 4050 MPa和芳纶= 4213 MPa)获得MF-1 KV-1,和最低的价值(桑fibres-PAN纤维= 3657 MPa和芳纶= 4118 MPa)得到MF-4和KV-2。它表示,增加的百分比桑树fibres-PAN纤维在复合导致统一的矩阵44]。冲击能量显示其改进价值[mulberry-fibres-PAN J和芳纶纤维= 0.326 = 0.289 J] MF-2和KV-1和最小值(桑fibres-PAN = 0.206纤维和芳纶= 0.276)观察MF-4和KV-2 [45]。
3.2。Tri-Biological繁华的标本
的tri-biological繁华的标本将在以下小节中描述。
3.2.1之上。摩擦在褪色周期的反应和恢复周期
表4显示了属性用于tri-biological性能。在第一个消失,人们已经发现,Kevlar-based和3%桑fibre-PAN fibre-based复合材料显示的值µ慢慢地减少达到220°C的温度后,而另一个新开发的复合材料显示的值µ瀑布后迅速达到150°C的温度(46]。在第二个褪色循环,的价值µKevlar-based和3% - -6%的桑树fibres-PAN fibre-based复合材料降低非常缓慢地达到275°C的温度后,同时的价值µMF-3——MF-4-based复合材料降低很快达到235°C的温度后(47]。在第一个复苏周期,Kevlar-based和3% - -6%桑fibre-PAN fibre-based复合材料显示的值µ增加到230°C。之后,慢慢地摩擦系数值减小,而MF-3 -和MF-4-based复合材料减少很快达到160°C的温度后(48]。在第二个复苏周期,Kevlar-based和3%桑fibre-PAN fibre-based复合材料µ值下降很慢在达到260°C的温度。相比之下,其他新开发的复合材料后迅速达到200°C的温度。图3显示了开发样品的褪色和恢复周期(49]。
3.2.2。摩擦稳定性(Sμ)和可变性(Vμ)系数的行为
稳定系数的值Sμ)被发现与增加的百分比减少桑树fibre-PAN和凯夫拉尔聚合物复合(MF-1 = 0.93, MF-2 = 0.88, MF-3 = 0.84, MF-4 = 0.80, KV-1 = 0.97,和KV-2 = 0.92)。变异系数的值(Vμ)被发现增加的比例增加桑树fibre-PAN和凯夫拉尔聚合物复合材料[MF-1 = 0.58, MF-2 = 0.60, 0.63 MF-3, MF-4 = 0.65, KV-1 = 0.55和KV-2 = 0.59)。3%的桑树fibre-PAN显示变化的最小值和最高的稳定值。图4显示的摩擦行为μ稳定系数和Vμ(变异系数)的先进复合材料。聚丙烯腈是一种半晶状的有机线性聚合物。它有高热量和机械稳定性和易于生物降解。虽然它是热塑性的,它不会融化在正常情况下(50]。高偶极矩和笨重的CN集团很容易形成氢键的共聚物(51]。
3.2.3。褪色和恢复性能分析
褪色和恢复周期期间,它已经发现褪色被发现增加的百分比(MF-1 = 32.3, MF-2 = 33.4, MF-3 = 34.3, MF-4 = 36.5, KV-1 = 30.4和KV-2 = 32.7)和恢复也注意到增加(MF-1 = 110.6%, MF-2 = 111.9%, MF-3 = 113.8%, MF-4 = 115.4, KV-1 = 116.8, KV-2 = 116.3)桑fibre-PAN比例的增加和凯夫拉尔在聚合物复合材料52]。
增加褪色和磨损的原因比例增加的百分比桑树fibre-PAN有机纤维的聚合物复合材料发展异构矩阵和剪刀容易,像第三体粒子。图5显示了褪色的摩擦行为%F和%R先进复合材料(53]。
3.2.4。μP,μF,μR,和Δμ复合材料的行为
在摩擦磨损和摩擦测试,咖啡的行为是观察到的波动增加[MF-1 = 0.220, MF-2 = 0.223, MF = 0.227, = 0.231,曼氏金融KV-1 = 0.230, KV-2 = 0.232)和恢复系数也观察到增加[MF-1 =。534年,MF-3 MF-2 = 0.558 = 0.576, MF-4 = 0.587, KV-1 =。612年,KV-2 = 0.6),如图6,咖啡的性能下降[MF-1 = 0.35, MF-2 = 0.32, MF = 0.28, = 0.26,曼氏金融KV-1 = 0.36,和KV-2 = 0.34),和咖啡的消失(MF-1 = 0.548, MF-2 = 0.552, MF = 0.560, = 0.566,曼氏金融KV-1 = 0.568,和KV-2 = 0.569)增加与提高桑树fibre-PAN聚合物复合材料中纤维含量(54]。烫发的能动性也减少由于过量的铬。急性肾小管和肾小球损伤导致更高水平的铬暴露。DNA的缺陷也增加由于铬中毒。
3.2.5。磨损性能
桑fibre-PAN复合材料的磨损范围是1.0和1.20 g和0.95 - -1.05 g之间aramid-based聚合物复合材料,如图7。在磨损试验,发现磨损率是提高百分比增加桑树fibre-PAN和芳纶复合材料。MF-1复合显示穿的最小值,而MF-4显示最大磨损值。KV-1 KV-2表现良好的结果。一些金属过程如融化、烘焙和拔牙是铬的主要捐助者。铬还进入环境通过木材防腐剂的日常使用铬酸铜砷酸(CCA)。桑fibre-PAN比例的增加和芳族聚酰胺纤维发达样本不妥善的其他成分混合聚合物复合,增加磨损率(55]。
3.3。TGA的桑树Fibre-PAN-Based样品和Kevlar-Based样本
TGA的执行是两个不同的环境条件下氮气和氧气。它已经注意到退化发生在三个阶段mulberry-PAN-fibre-based和aramid-based复合材料。减肥的第一步已经很低,不到13%。在第二阶段,陡峭或沉重的退化是注意到56]。记录损失73%以上。第三个退化显示了最小重量损失。如图8,第一、第二和第三退化重新排序的温度范围0 - 240°C, 240 - 600°C,分别和600 - 900°C。观察在氮气环境中,降解的温度范围0 - 290°C, 290 - 600°C, 600 - 900°C,如图8。重大损失超过76%的第一和第三个退化观察温度从290到600°C,以最小的损失小于6% (57]。第一个退化发生由于含水率在桑树fibres-PAN和芳纶。第二个退化可能是因为降低氢键的芳纶复合材料和半纤维素和释放的气体从桑树fibre-PAN复合材料(58]。第三退化发生由于酰胺基的损失和损失的木质素和纤维素芳族聚酰胺和桑fibre-PAN。本研究调查增加了桑皮纤维,芳纶复合材料的百分比(3 - 12%)增加了热稳定性59]。热稳定性是MF-4的最高记录。在aramid-based复合材料的情况下,KV-2显示更高的热稳定性(60]。
介绍的亲水离子液体表面粗糙度和提高聚丙烯腈纳米纤维的亲水性。关联nanofibrous nanofibrous膜的结构和表面化学负责纳米纤维的高亲和力PM2.5和PM2.5捕捉增加聚丙烯腈/二乙基磷酸二氢铵nanofibre相比,聚丙烯腈nanofibrous膜(61年,62年]。
4所示。结论
以下结果评估结束后所有的物理化学,机械摩擦学的,和热测试:(我)经济复苏被注意到的最高百分比(MF-4 = 115.4和KV-2 = 116.3) mulberry-PAN-fibre-based复合材料12%。褪色的百分比被注意到最低(MF-1 = 32.3和KV-1 = 30.4) mulberry-PAN-fibre-based复合材料3%。(2)在所有新开发的样品,3% mulberry-PAN-fibre-based复合材料显示最高的稳定系数和最小变异系数(稳定MF-1 = 0.93 KV-1 = 0.97和可变性= MF-1 = 0.58 KV-1 = 0.55)。磨损被发现至少3% mulberry-PAN-fibre-based复合材料(MF = 1.0和KV-1 = 0.95)。(3)MF-2 [6 wt %] mulberry-PAN-fibre-based刹车片复合材料表现出更好的结果极限剪切强度和耐力,抗拉强度、抗压强度、冲击能量。mulberry-PAN-fibre-based 3%复合材料吸水率,孔隙度,压缩系数最小。3% mulberry-PAN-fibre-based复合材料的硬度最高。(iv)在比较研究中,aramid-based刹车片标本表现略好%褪色,摩擦系数、磨损性能和热稳定性比mulberry-PAN fibre-based复合材料。摩擦系数的性能结果显示3% mulberry-PAN-fibre-based复合材料。(v)热稳定性表明12 wt的最高价值。% mulberry-PAN纤维。弯曲强度、弯曲模量和拉伸模量显示3%的最佳性能在所有mulberry-PAN纤维复合材料刹车片复合材料。(vi)研究表明,热MF-1复合材料显示更好的结果,tri-biological,机械的礼节。
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。进一步可获得数据或信息从相应的作者。
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
作者感谢Saveetha工程学院SIMATS,钦奈,技术援助。作者欣赏读经台大学的支持,埃塞俄比亚。