文摘
清洁技术的天然纤维复合材料制造的这篇文章的主要目的是研究。天然纤维高取代金属使用和汽车行业,海洋,医学应用等等。大量的天然纤维在各领域都是免费。在这个研究中,工作nanofiller材料如纳米形式浪费椰壳纤维收集从汽车座椅使用。10 wt. % nanofiller材料添加到自然纳米复合材料的制备(苎麻和马尼拉麻纤维)。混合复合材料制造与不同工艺参数的影响,即纤维的重量百分比(20 wt. % 30 wt. % 40 wt. %,和50 wt. %),氢氧化钠作用%(4%,6%,8%,10%),压缩压力(9 MPa, 12 MPa, 15 MPa, 18 MPa),和温度(100°C, 120°C, 140°C,和160°C)。此外,该混合的力量综合分析了进行弯曲,影响,肖氏硬度测试。这些测试提供了选择参数的影响及其对实验结果的影响。在弯曲分析,6%的氢氧化钠行动提供了最大的标本的抗弯强度。相应的冲击试验,30 wt. %的纤维产生更高的冲击强度。 Finally, applying 15 Mpa of compression pressure records the maximum shore hardness.
1。介绍
如今,环保复合发明是最不可或缺的。鼓励废物的利用清洁技术。本研究的重点是使用(浪费)椰壳纤维纳米形式作为制造天然纤维复合材料的填料。许多行业喜欢用天然纤维的生产部件和鼓励研究性分析利用天然纤维。复合加工是一种新奇的工作在工程领域和应用科学项目。聚合物基复合材料和金属基复合材料相比,重量轻和使用在不同的汽车,飞机,和海洋应用程序。最近,海洋船只已由纤维融合,确保船的轻量级结构(1]。guaruman纤维与合成纤维相比,是一个最便宜的纤维和极其在所有应用程序使用。这种纤维是高度适用于生物医学应用程序;它具有强度高、生物降解性和易于再生2]。亚麻纤维的质量,通过拉伸试验分析了它的力量。抗拉强度是高度提高,最大抗拉强度被发现(865 MPa)通过使用亚麻纤维与环氧树脂(3]。天然纤维取代玻璃纤维在几个应用程序中基于物理力学等性能。这种天然纤维环保,低成本和可降解。粉煤灰是最好的纯天然纤维填充材料,尤其是香蕉纤维增强聚酯。不同比例的粉煤灰改善机械强度的影响,即拉伸、弯曲和影响。添加粉煤灰填充材料是减少水分吸收天然纤维复合材料的电阻。这个结果被发现通过使用扫描电子显微镜(4]。不同的天然纤维,即桦木、棕榈树、和桉树纤维,产生混合复合材料用环氧树脂的帮助。复合材料是由使用树脂传递成型和模压纤维制造实践融合。高拉应力已经注册(45.28 MPa)通过使用eucalyptus增强环氧复合材料。类似地,在弯曲应力,79.92 MPa的最大弯曲应力已经观察到(5]。基于工业应用和高需求,实业家都转向使用天然纤维代替合成聚合物。大部分的汽车和木材行业关注天然纤维,即黄麻、大麻、剑麻、洋麻、竹、棉花、亚麻、马尼拉麻,椰壳等等。现在,研究了天然纤维的强度分析与合成纤维(6]。化学处理的纤维增强机械性能;很少有调查集中在化学处理的纤维。自然的黄麻纤维、剑麻和洋麻被认为是准备混合使用环氧树脂复合材料。复合材料是由手糊方法的实现。在混合复合材料制备、辞职和纤维的混合范围分别为30%和70%,分别。总是机械的ASTM标准的测试已经进行了考虑。在每一个机械测试,进行了断裂力学分析通过扫描电子显微镜(SEM) (7]。氢氧化钠(氢氧化钠)治疗很好提高香蕉纤维的力学性能。不同的百分比等被认为是1%,3%,5%,7%,和9%的氢氧化钠。化学处理和未经处理的香蕉纤维已经测试通过应用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对纤维的化学成分进行分类。形态调查进行了利用扫描电子显微镜(8]。Biocomposites banana-pineapple叶的制造使用环氧树脂。banana-pineapple纤维已经被使用在不同的重量百分比等30 wt. % 40 wt. %, 50 wt. %。他们分析了复合材料的强度通过三点弯曲试验。从这个试验,结果得出结论40 wt. %的纤维提供了最大的复合材料的抗弯强度。增加压实压力和包装介绍了纤维复合材料的失败。分析了复合材料的热稳定性,运用热重分析(TGA)和动态力学分析(DMA)测试(9]。本研究工作计划和执行分析纳米级的机械强度waste-coir-fiber-filled天然纤维聚合物基质复合材料。两个天然纤维,即苎麻和马尼拉麻,用于复合材料的制备。环氧树脂是准备占复合材料具有不同的参数。这一研究工作的结果集中在弯曲强度、冲击强度、硬度。
2。材料和方法
的两个天然纤维采购调查,即苎麻和马尼拉麻;两者都是高强度和高刚度纤维(10- - - - - -12]。苎麻纤维从纤维地区购买,钦奈,马尼拉麻纤维从Vruksha复合材料购买,钦奈。在公斤纤维都是采购;图1说明了苎麻的天然纤维和马尼拉麻。浪费椰壳纤维收集了从使用沙发,床,和汽车座椅为例,他们在洗澡的饱和溴水溴化。然后他们使用氯化亚锡溶液治疗所显示(13]。处理废物椰壳纤维干得很好。处理过的废椰壳纤维接地不到30 nm大小。球磨机已用于混合废物椰壳纳米纤维与树脂获得nanofillers的均匀分布。
天然纤维清洁好,使用压缩成型,生产混合复合材料用不同工艺参数的影响14- - - - - -16]。田口的路线是实现找到优越的力学性能,即弯曲强度、冲击强度和复合材料的肖氏硬度。大多数情况下,使用聚合物基质产生的复合材料。这个矩阵通常用于生产复合材料树脂的协助下解决方案。使用树脂基体,复合材料的属性列出了诸如高强度、小数量的收缩,改善粘附特性,良好的电性质,耐化学性和低毒性。
2.1。实验的程序
在初始阶段,纤维是用自来水的帮助彻底清洁;此外,纤维通过化学处理处理。这项工作被认为是化学处理与氢氧化钠溶液的影响。化学作用进行了不同比例的使用氢氧化钠溶液(4%,6%,8%,10%。使用蒸馏水的烧杯,混合不同重量百分比的氢氧化钠溶液,如4 wt.百分比,6 wt.百分比,8 wt.百分比,10 wt.百分比。这个过程被用来消除浪费物质;蜡部分半纤维素在场的和一些纤维改善的水晶属性基复合材料(17- - - - - -19]。化学处理是保持在室温下2小时的浸泡时间完成清洗的纤维。化学处理后,纤维洗和被允许干条件;此外,纤维在烤箱加热。进行了加热过程温度为80°C和一段4 h [20.]。化学处理增加了纤维的化学成分,40.3%的纤维素,纤维素32.5%,前20.0%的总木质素化学治疗。化学处理后,纤维的化学成分改变,如纤维素的82.4%,5.2%的半纤维素和木质素总量的8.4%。在进行化学处理,纤维的密度是1.17克/厘米3;化学处理后,纤维的密度是1.29克/厘米3。所有的纤维都砍10毫米的长度一致;苎麻和马尼拉麻混合不同的重量百分比(20 wt. % 30 wt. % 40 wt. %,和50 wt. %)被放置在模具。模具是钢铁材料制成的;原始的模具样品制备的维度下250 mm×250 mm×5毫米21- - - - - -24]。环氧树脂作为基质材料流入了混纺纤维在钢模所需的重量百分比。压缩过程进行了不同压力范围等9 MPa, 12 MPa, 15 MPa, 18 MPa。在压缩过程中温度保持如100°C, 120°C, 140°C, 160°C。制造的纤维集中不同的参数与田口方法的问题分析;表1提出了制造混合复合材料的工艺参数。准备复合的密度是1.218克/厘米3;同样,观察到空隙率(0.612%)。
弯曲测试是通过三点加载程序安排的万能试验机(UTM)与ASTM标准(ASTM D790)如图2。UTM(统一控制公司,萨勒姆)5 KN容量和负载单元安排(25]。弯曲测试的操作速度是2毫米/分钟的聚合物复合材料。一个弯曲试样制备的维度下150毫米×15毫米×5毫米26- - - - - -28]。
冲击试验是由使用与夏比冲击试验机的模式;ASTM D 256标准程序申请冲击试验(29日]。冲击试验的尺寸准备等50 mm×10毫米×5毫米;测试机ASR-XJJ-11模型的影响。钟摆能量范围是2.75 J, 5.5 J和11 J,测试角为150°。图3说明了冲击试验样本的图像(30.]。
硬度是一种力学性能,确保抗压痕;通常,间的硬度是衡量罗克韦尔或布氏硬度计31日]。这次调查认为岸边维硬度计测量混合复合材料(线性工具,钦奈)。海岸D硬度是应用复合材料的硬度阅读多个数字和最后平均(见图4)。
3所示。结果与讨论
3.1。弯曲测试
表2提出了挠曲强度的轮廓参数的影响;最高的挠曲强度被发现(78.29 MPa)。最大挠曲强度达到了涉及一组不同的参数,比如50 wt. %的纤维,6%的氢氧化钠溶液的化学作用,15 MPa的压缩压力,温度和100°C。
表3和4代表的响应表手段和信噪比的挠曲强度分析。排序得出结论是最高的影响因素抗弯强度测试。化学处理如氢氧化钠行为参数非常影响,继续通过压缩温度、纤维的重量百分比,和压缩压力。从弯曲测试,获得最优参数如50 wt. %的纤维,6%的氢氧化钠行动,压缩9 MPa的压力,温度和130°C的压缩。
数据5和6说明两个主要影响阴谋手段和信噪比的挠曲强度,分别。纤维的重量百分比,重量百分比增加挠曲强度的增加趋势;最初,20 wt. %的纤维提供低抗弯强度。获得的最大挠曲强度是影响50 wt. %的纤维。从化学治疗,6%的氢氧化钠行动产生的最大挠曲强度;比例不断增加氢氧化钠可以减少弯曲强度。
低压缩压力(9 MPa)提供优秀的挠曲强度;越来越多的压缩可以减少挠曲强度的压力。提供的低温过程的低挠曲强度;最高温度水平如130°C记录极限抗弯强度。
图7显示的间隔阴谋挠曲强度分析;这情节高度照亮所有参数的影响在一个手。从这个情节,获得了最大挠曲强度(78.29 MPa) 50 wt. %的纤维的影响,6%的氢氧化钠行动,15 MPa的压缩压力,和100°C的温度。
数据8- - - - - -11演示挠曲强度分析的曲面图。图8提出了纤维的重量百分比之间的关系和氢氧化钠的行动;在这个关系中,50 wt. %的纤维和6%的氢氧化钠行动被注册为挠曲强度最高。图9为压缩压力之间的关系和氢氧化钠的行动;得出最大挠曲强度达到了9的MPa的压缩压力和6%的氢氧化钠行动。图10说明了温度和压缩压力之间的联系;这个通知高挠曲强度记录by100°C的温度和压缩15 MPa的压力。图11显示纤维重量百分率和温度之间的关系;这种相关性证明30 wt. %的纤维和130°C的温度提供了优秀的挠曲强度。
3.2。冲击强度
表5说明了总结的冲击强度参数的影响;记录的最大冲击强度(26.58 kJ / m2)。高冲击强度是通过的有关参数,即50 wt. %的纤维,4%的氢氧化钠溶液的化学作用,18 MPa的压缩压力,和110°C的温度。
表6和7现在的响应表手段和信噪比的影响强度的调查。在所有这些分析,排序是通知的操纵因素的冲击强度测试。在所有四个参数中,纤维的重量百分比高度影响,其次是压缩压力、氢氧化钠作用,温度和压缩。在冲击试验,完成最优参数,如30 wt. %的纤维,6%的氢氧化钠行动,15 MPa的压缩压力,温度和130°C的压缩。
图12为手段,说明了主要影响情节和人物13显示了主要影响情节的S / N比冲击强度。有关纤维的重量百分比,最大冲击强度记录30 wt. %的纤维的影响;通过进一步增加纤维的重量百分比,冲击强度降低。考虑到氢氧化钠作用参数,6%的氢氧化钠提供最大冲击强度不断增加氢氧化钠行动;强度降低。压缩压力15 MPa提供最大冲击强度;低压缩压力产生最小的力量。在压缩过程中,130°C的温度提供了最大的冲击强度。
图14说明了间隔块冲击强度;这情节非常了解每个参数的影响在相同的情节,容易理解。从这个情节,很明显,冲击强度最高注册为26.58 kJ / m2。最大冲击强度的影响达到了50 wt. %的纤维,4%的氢氧化钠行动,18 MPa的压缩压力、温度的110°C。
数据15- - - - - -18冲击强度调查揭示了3 d轨迹图。图15说明了纤维的重量百分比和氢氧化钠的行动之间的联系;对于这个关系,50 wt. %的纤维和4%的氢氧化钠行动记录的最大的冲击强度。图16说明了压缩压力之间的关系和氢氧化钠的行动;造成最大的冲击强度,获得通过15 MPa的压缩压力和6%的氢氧化钠行动。图17显示温度和压缩压力之间的联系;这份报告卓越的冲击强度是注册110°C的温度和压缩18 MPa的压力。图18显示了纤维的重量百分比和温度之间的关系;这种联系证实了50 wt. %的纤维和110°C的温度,提供卓越的冲击强度。
3.3。海岸D硬度
表8介绍了海岸D硬度参数的影响;在这个调查中,岸上D最高硬度是72高清。这是实现从L16 OA十二实验运行。大海岸D硬度顺便地完成了有关参数特别是40 wt. %的纤维,10%的氢氧化钠溶液的化学作用,12 MPa的压缩压力和温度的100°C。
表9和10说明响应表手段和信噪比的岸边D硬度试验检查。所有这些研究的等级次序被告知绝大多数岸边D硬度试验的影响因素。在所有四个参数,压缩压力非常与其他因素的影响,其次是纤维的重量百分比,压缩压力、压缩温度和氢氧化钠的行动。从岸上D硬度试验,得到了最优参数如40 wt. %的纤维,10%的氢氧化钠行动,15 MPa的压缩压力,温度和100°C的压缩。
图19介绍了主要影响阴谋手段,和图20.展示了主要影响情节的S / N比岸上D硬度。连接到纤维的重量百分比,最高的海岸40 D硬度是影响注册的wt. %的纤维;通过进一步增加纤维的重量百分比,岸边D硬度降低。对氢氧化钠的操作参数,10%氢氧化钠生成优秀的硬度值。增加压缩压力等9 MPa to15 MPa提供最大硬度值;9 MPa的低压缩压力降低了硬度值。压缩的时候,最低级别的100°C的温度提供了复合材料的硬度(32- - - - - -39]。
图21代表的间隔阴谋海岸D硬度检验;这个情节异常通知每个参数的影响在相同的情节简单的理解。从这个情节,很明显,最大的海岸D硬度(72 HD)被发现。这个最大的海岸D硬度的影响得到了40 wt. %的纤维,10%的氢氧化钠行动,12 MPa的压缩压力和温度的100°C。
数据22- - - - - -25显示的等高线图维硬度分析。图22显示纤维的重量百分比之间的相关性和氢氧化钠行动;这种交互,30 wt. %的纤维和10%的氢氧化钠作用产生的最大硬度值。图23演示了压缩压力之间的关系和氢氧化钠的行动;通知,最大的海岸12 D硬度得到顺便MPa的压缩压力和10%的氢氧化钠行动。图24代表之间的连接温度和压缩pressurea 100°C和一个压缩温度12 MPa的压力导致更高的硬度。图25演示了纤维的重量百分比和温度的相关性;这种相关性证实的40重量百分比纤维和100°C的温度呈现优良的硬度值。
图26说明了2 d和3 d profilometric弯曲试样的图像。SEM图像转换成profilometric形象;环氧树脂与纤维的均匀混合是在粉红色的颜色。在图27,环氧树脂均匀混合成纤维;它可以反映在青黄色的颜色冲击试验样品。图片都得出的混合纤维和环氧树脂以统一的方式。
4所示。结论
环保清洁技术的天然纤维复合材料制造这一块的研究重点。廉价的和最好的天然纤维和nanofillers从废物利用椰壳制作压缩成型。压缩成型参数如温度和压缩压力在四个不同的水平。通过氢氧化钠处理纤维质量以及数量的纤维含量也在四个不同的水平。纳米级处理废物棕填料是利用固定重量百分比。广泛和廉价的天然纤维如苎麻和马尼拉麻被用来准备天然纤维复合材料有效矩阵的环氧树脂。复合样本制作根据田口实验设计L16。样本检测力学特性如抗弯强度、冲击强度、肖氏硬度;这次调查的结果总结如下:(我)从弯曲分析,最高的挠曲强度被发现(78.29 MPa)。最大挠曲强度达到了有关不同的参数,比如50 wt. %的纤维,6%的氢氧化钠溶液的化学作用,15 MPa的压缩压力、温度的100°C。在弯曲测试中,发现最优参数如50 wt. %的纤维,6%的氢氧化钠行动,压缩9 MPa的压力,温度和130°C的压缩。(2)在冲击强度分析中,最大冲击强度注册(26.58 kJ / m2)。上级相关冲击强度是通过不同的参数,即50 wt. %的纤维,4%的氢氧化钠溶液的化学作用,18 MPa的压缩压力、温度的110°C。冲击试验得出最佳参数得到30 wt. %等纤维,6%的氢氧化钠行动,15 MPa的压缩压力,温度和130°C的压缩。(3)肖氏硬度的分析,最大的海岸D硬度(72 HD)被发现。增强海岸D硬度得到顺便说一句涉及的参数,特别是40 wt. %的纤维,10%的氢氧化钠溶液的化学作用,12 MPa的压缩压力和温度的100°C。在岸上D硬度测试中,发现最优参数如40 wt. %的纤维,10%的氢氧化钠行动,15 MPa的压缩压力,温度和100°C的压缩。
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。应进一步数据或信息是必需的,它们可以获得相应的作者。
信息披露
本研究作为就业的一部分执行亚明奇大学,埃塞俄比亚。
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Bharath高等教育研究所、钦奈,印度;公司KPR工程技术研究所,哥印拜陀,印度;Saveetha工程学院,钦奈,印度;博士和韦尔科技Rangarajan周二Sakunthala研发科技研究所、金奈、提供设施和支持来完成这个研究工作。作者还欣赏Dankook大学的支持,119年,Dandae-ro,天安号,韩国,和明奇理工学院(AMIT),亚明奇大学,埃塞俄比亚。这个项目是由研究人员支持项目数量(RSP-2021/332)沙特国王大学,利雅得,沙特阿拉伯。