文摘

这项工作地址进行试验研究的结果的力学和形态学特性平原洋麻纤维编织纤维增强聚乙烯醇缩丁醛薄膜是由热压机技术。各种纤维的复合材料准备内容:0%,10%,20%,30%,40%,50%,和60%(按重量),工艺参数165°C, 20分钟,8 MPa的压力应用于材料。拉伸、弯曲和夏比冲击性能研究以及断裂面形态的性质的影响。与洋麻纤维的增加纤维含量高达40%,聚乙烯醇缩丁醛复合材料显示低抗拉和抗弯强度伴随着减少复合材料的极限应变。结果表明,冲击性能影响显著不同的方式使用各种洋麻纤维内容与红麻纤维含量的增加,减少了40%;然而,高冲击强度观察甚至红麻纤维含量为40%。此外,影响样品扫描电镜是利用演示不同的失败为各种红麻纤维断裂表面内容。

1。介绍

提出了天然纤维复合材料取代合成材料在许多工程应用等优势提高,减少研磨设备、生物降解性、低重量和成本(1]。红麻纤维被发现是一个重要的来源的纤维复合材料由于其良好的性能和对环境可持续性和环保产品2,3]。

在一些研究中,El-Shekeil et al。4- - - - - -6)集中他们的努力在研究天然纤维含量对复合材料的行为的影响。得出结论,是纤维含量强烈影响复合材料的整体性能;30%纤维加载显示最好的抗拉强度、拉伸模量、热稳定性、硬度和抗弯强度纤维含量的增加而增加,但应变下降。在其他的研究中,约瑟夫et al。7)和Ku et al。8)描述了一种显著增加聚合物复合材料力学行为的自然纤维含量增加。

同样,Ochi [9)和Nishino et al。10)表明,单向洋麻纤维在纤维/聚乳酸复合加载具有较高的抗拉和抗弯强度的70%。得出结论,拉伸强度的下降和杨氏模量的增加纤维增加装载70 vol. %以上。这意味着纤维可能不是完全饱和,因为填充的聚合物量不足。同样,李et al。11)调查了洋麻纤维/聚丙烯复合材料用不同纤维制作的内容,从10%变化到70%重量分数增量的10%。结果表明,洋麻纤维/聚丙烯复合材料的拉伸强度和模量红麻纤维含量的增加而增加,达到一个最大值为40%,然后下降。

然而,Hargitai et al。12]表明,大麻/ PP复合材料的力学行为提高大麻纤维含量增加时,高达50%,逐渐减少为70%。柴田et al。13]研究了红麻纤维增强生物降解树脂复合材料的弯曲行为,发现弯曲模量增加而增加,洋麻纤维加载无论纤维取向。这是刘同意的结果14]谁发现了类似的趋势对油棕纤维/聚酯复合材料和得出结论,40%的纤维含量的存在是最好的。Rao et al。15]研究实验的影响香蕉纤维加载和其他天然纤维增强聚酯复合材料复合材料的力学行为。

最近,已经做了一些努力来研究处理方法和聚合物类型的影响相对于复合材料的物理力学性质根据Sharba红麻纤维等。16,17]。从结果,得出的结论是,红麻纤维可以作为一个潜在的增强材料,以减少使用合成纤维,利用自然资源。

然而,实验结果不同是由于纤维的性质和矩阵的粘度;因此,纤维载荷对复合材料的力学行为的影响是一个重要的许多研究人员的利益。尽管许多研究文献中探讨纤维加载对机械特性的影响,引入新的树脂在天然纤维复合材料领域给予更多的选择一组广泛的属性。洋麻纤维增强聚乙烯醇缩丁醛薄膜复合材料将打开一个新途径用于结构应用由于其非凡的特性,例如,在汽车和航空工业。本研究的目的是研究纤维含量的影响纯织洋麻纤维增强聚乙烯醇缩丁醛复合材料的力学性能。

2。材料和方法

阐明纤维载荷对复合材料的力学行为的影响,普通编织洋麻纤维和聚乙烯醇缩丁醛薄膜被利用来制造复合材料具有不同红麻纤维加载。普通编织洋麻纤维是由ZKK Sdn。有限公司,Malaysia, with the properties as reported in Table1,如图1。聚乙烯醇缩丁醛薄膜(聚乙烯醇缩丁醛树脂)现在使用广泛的工业流程和新行业将确定一个光明的未来。聚乙烯醇缩丁醛抗拉强度≥20 MPa,断裂伸长≥200%(厂家数据表)。

2.1。制造复合样品

综合样本用10%,20%,30%,40%,50%,和60%红麻纤维重量的内容通过使用热液压机技术加强聚乙烯醇缩丁醛薄膜。一个详细的流程图解释在图处理方法2。六板尺寸300毫米,300毫米是捏造的,然后使用一个轮子削减看到机器,根据ASTM标准的测试。为每一个面板中,洋麻纤维编织成的五层和六层聚乙烯醇缩丁醛膜为中心两个不锈钢模具和热板的压缩成型机。热压机板被加热到165°C和压缩压力增加到8 MPa, 15分钟保持不变。然后,滚筒温度降至室温(25°C), 8 MPa的压力下,直到温度达到25°C。面板是压缩成型的框架,允许完成内心的治愈。

2.2。复合材料的力学性能

纤维含量的影响在洋麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛编织复合材料的拉伸和弯曲性能研究在机械部门的综合实验室,马来西亚Putra大学,根据ASTM D3039 / D3039M-10 [19]和ASTM D790-10 [20.]。复合材料的分类根据其纤维质量分数(10%、20%、30%、40%和50%)。测试进行了确定最大抗拉强度、最大拉伸应变、拉伸模量、应力-应变图,十字头1毫米/分钟的速度。拉伸标本被削减到250毫米×25毫米×实际厚度对于每个复合,矩形截面面积平坦地带(计170毫米的长度)。四个选项卡板的尺寸40×25毫米被附加到双方的两端标本的粘结剂。

弯曲试验研究了使用与矩形三点弯曲试样三点弯曲夹具,127毫米×12.7毫米×实际厚度为每个组合。支持(跨度)之间的距离计算按照标准,比例为16:1。为每个复合十字头运动计算,根据 在哪里十字头运动速度(毫米/分钟),支持跨(毫米),是复合的深度(毫米),等于0.01。

弯曲模量和弯曲模量计算,画一个最大的切线初始应力-应变曲线的直线部分和使用 在哪里是弯曲的弹性模量(MPa),是初始切线的斜率直线部分的载荷挠度曲线,偏转(N /毫米),然后呢样品测试的宽度(毫米)。

八为每个复合样品测试和五个样本结果的平均值被报道通过使用万能试验机英斯特朗3365)(100 KN的能力(包括测试)。

样品的冲击强度是衡量使用夏比冲击试验机器,根据ASTM D6110 [21]。夏比冲击试验是由使用万能试验机,INSTRON, MECOMB, Bio-Composites技术在实验室,热带林业和林产品研究所(INTROP),马来西亚Putra大学。通过使用一个轮看到机器,标本切很仔细,完成准确的尺寸,127毫米×12.7毫米×实际厚度不同的重量分数和引人注目的锤能量(0.5,2.7,5.4,和21.6焦耳)。所有影响测试样本与曲率半径0.25由电动Notchvis毫米到2.54毫米在中间。八个标本为每个组合和能量水平测试和五个样品的平均值报告结果。

2.3。形态学观察

红麻纤维含量的影响后的复合材料断裂表面的夏比冲击试验是使用扫描电子显微镜(SEM)观察仪器模型日立5.00 kV,之后涂上一层薄薄的黄金避免电子电荷积累。

3所示。结果和讨论

3.1。拉伸试验结果

图3表明,洋麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛薄膜的应力-应变曲线具有不同纤维含量是线性和遵循胡克定律。可以看到它的抗拉强度增加线性拉伸应变和纤维含量的增加,达到最大值为50%。然而,当它达到一定的压力值,非线性行为是注意到,特别是纤维含量为10%和50%。平均抗拉强度为11.28 MPa, 13.23 MPa, 16.19 MPa, 19.19 MPa,和6.27 MPa为10%,20%,30%,40%22),和50%的纤维含量,分别。结果表明,故障发生在更低的应变速率红麻纤维含量为30%和40%。与此同时,最高拉伸强度是提高红麻纤维含量为40%。结果表明,机械联锁足以转移负载从聚乙烯醇缩丁醛薄膜红麻纤维和红麻纤维的增强效果的红麻纤维含量较低时,纤维量少造成纤维之间的荷载传递能力低,导致累积的压力发生在矩阵导致复合材料的快速失败。低应力率为50%纤维含量是由于两个原因。第一个原因是聚乙烯醇缩丁醛膜的拉伸性能低,第二个是红麻纤维之间的间隔变得如此之小,红麻纤维和聚乙烯醇缩丁醛树脂之间的应力传递变得效率低下。因此,过早失效发生由于剪应力的增加在所有飞机平行于坐标轴的纤维导致分层。它是由金et al。(表示23),大多数高度聚合的材料往往依赖于应力变化率。记录,复合材料的强度受几个因素的影响如纤维含量、纤维/基体界面粘结和纤维强度和矩阵(24]。然而,纤维是负载运营商的矩阵,和高拉伸强度取决于有效和统一的应力分布。一些研究得出结论,有实际最大纤维含量高于复合特征恶化[25,26和/或孔隙度增加高度27]。类似的结果也观察到骨et al。8)报道,增加纤维的加载极限强度的降低40%以上原因。

3.2。弯曲试验结果

弯曲特征代表材料的灵活性和良好的挠曲强度表明,材料脆性性能和硬度高(4]。图4显示了不同纤维含量的影响洋麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛复合材料的弯曲性能。挠曲强度抗拉强度行为表现得类似的趋势;40%红麻纤维含量最高压力弯曲条件下抵抗变形。由于红麻纤维和聚乙烯醇缩丁醛膜之间的界面粘结好,纤维有效地参与转移的压力。拉伸、压缩和剪切应力引起的弯曲破坏发生在双方的弯曲样品28]。挠曲强度平均为8.4 MPa, 9.8 MPa, 10.8 MPa, 11.8 MPa,和6.98 MPa为10%,20%,30%,40%,和50%的纤维含量,分别。特征逐步减少弯曲应力与增加了最大弯曲应力应变和40%红麻纤维含量。因此,失败的抗弯测试洋麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛薄膜是由个人的失败而不是任何可观察到的层间。它可以得出结论,40%红麻纤维含量表现出相对较高的抗弯强度;好红麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛键比其他复合材料提供了一个优势。相对较低的弯曲模量的50%红麻纤维含量是由于使用低比例的聚乙烯醇缩丁醛膜,这可能会导致低效的荷载传递从纤维到矩阵(弱纤维附着力)。报道在以前的研究中,弯曲强度增加40%的纤维含量(13,29日),硬和更高的抵抗任何变形。

数据5(一个),5 (b),5 (c)显示纤维含量的影响平均抗拉和抗弯强度、模量、应变的红麻纤维增强聚乙烯醇缩丁醛复合材料,分别。在图5(一个),发现抗拉和抗弯强度与纤维含量的增加逐渐增加,洋麻纤维含量高达40%,然后降低。同样,德阿尔伯克基et al。30.报道同样的趋势在黄麻增强聚酯复合材料。图5 (b)表明,纤维的模量增加而增加,达到最大值40%洋麻纤维内容,然后降低。正如前面所讨论的,一个较低的值为拉伸和弯曲模量主要是洋麻纤维含量为50%复合材料由于剪应力的增加在所有飞机平行于坐标轴的纤维。拉伸模量为363.5 MPa, 475.5 MPa, 699.4 MPa, 889.2 MPa,和215.3 MPa为10%,20%,30%,40%,和50%的纤维含量,分别在弯曲模量为61.497 MPa, 91.4 MPa, 105.5 MPa, 144.9 MPa,和54.98 MPa为10%,20%,30%,40%,和50%的纤维含量,分别。拉伸和弯曲应变强度和模量成反比关系。如图5 (c)红麻纤维含量增加到30%时,故障发生在应变率最低。它可以表明,应变随纤维含量的增加,纤维含量30%。拉伸应变为3.13%,2.82%,2.32%,2.26%,2.84%,10%,20%,30%,40%,和50%的纤维含量,分别。最大拉伸应变的价值小幅下降40%;然而,弯曲应变不断增加为50% (12.7%)。在10%红麻纤维含量复合材料、纤维不足与大型聚乙烯醇缩丁醛混合矩阵;因此,延伸率将会很高,因为它是在聚乙烯醇缩丁醛矩阵。30%红麻纤维含量复合,红麻纤维有可能转移压力沿着它们正确,导致更少的伸长。这可以防止产生裂纹扩展速率,从而导致复合打破在更高的破坏应变。个性纤维含量和特征增强纤维的主要因素影响了复合材料的弹性模量和破坏应变的变化。

3.3。影响测试结果

图6比较了能量吸收能力的不同红麻纤维含量在不同冲击能量下,0.5 J, 2.7 J, 5.4 J,分别和21.6 J。显示变化的能量吸收的测试样本在不同能量水平。然而,夏比冲击能量不同的洋麻纤维内容显示时几乎相同的行为测试在同样的能量水平。它可以观察到有一个增加总能量吸收的标本观察然后减少40%。最大冲击能量达到40%洋麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛复合是最高价值在不同的能级。在低能量水平,0.5 J,没有被吸收的能量的显著差异,可以观察到各种红麻纤维内容。然而,当能量水平增加,高吸收能量的增量可以看到洋麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛复合红麻纤维含量高达40%,如图7。然后,吸收的能量却降低了红麻纤维含量为50%和60%,在不同的能级。由于树脂的比例越低,intralayer失败和分层影响总吸收能量的值在这些红麻纤维内容,这是发现改变复合材料的破坏机理31日]。然而,破坏机制的类型和数量取决于能级和纤维力学性能的影响和矩阵(32]。

类似的发现也观察到在洋麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛的平均冲击强度与不同的洋麻纤维复合材料内容和能量水平,如图8。很明显,复合标本红麻纤维含量为40%,高冲击强度的值记录与其他复合材料相比,在不同的能级。这是归因于这样一个事实:纤维含量高于40%的增加导致缺乏能量吸光度。可能是由于增加的刚度增强热塑性塑料复合纤维含量的增加,据Joffe和安德森家33]。一般来说,可以看出,影响能量强烈取决于纤维含量的百分比,尤其是当结合天然纤维与热塑性塑料(34,35),如图9。进一步,天然纤维之间的界面剪切应力低,聚合物树脂复合强度的增加。木质纤维素的纤维的结合提供了一个初始裂纹的传播的障碍在试样切口,然后导致其他裂缝疲软的纤维/基体界面传播纵向试样长度方向后的界面。同样的,有威望et al。36)报道,高吸收冲击能量导致相应更高强度的甘蔗增强PVC热塑性。

同样,夏比冲击韧性似乎有相同的冲击能量和冲击强度行为在不同的能量水平,用数字表示10和11。清楚地看到,40%红麻纤维含量的复合材料的冲击韧性值,在不同能量水平,而其他复合材料显示的平均冲击韧性测试时几乎相同的行为在低能量水平(0.5 J)。研究报告(28,37),纤维含量和聚合物的属性都是负责决定复合材料的冲击韧性。这意味着两层间划定的影响和纤维与基体之间界面强度高度决定冲击性能,特别是在编织模式如上所述的情况下被别人(38]。

3.4。形态属性

扫描电镜照片的所有影响标本(10%,20%,30%,40%,50%,和60%红麻纤维含量)在图所示12。断裂的影响表面21.6 J能量被选为代表性的解释程度的界面粘附。很明显,附着力的差异导致了不同的断裂机理,基体开裂和红麻纤维、聚乙烯醇缩丁醛薄膜以及差距红麻纤维断裂。这些失败的机制很好地同意观察到的损害影响汗et al。39]对黄麻纤维强化聚丙烯复合和Dhakal et al。40]非织造大麻纤维增强不饱和聚酯复合材料。

富裕地区和矩阵失败被发现在10%和20%红麻纤维的扫描电镜图像的内容,如图12(一个)和12 (b),因为红麻纤维含量越低,归因于贫困红麻纤维分布,因此导致可怜的能量耗散。在红麻纤维含量30%和40%,冲击强度呈上升趋势。结果界面,强大的债券的影响造成的伤害不传播到附近的点的影响。这是扫描电镜显微照片显示的数字12 (c)和12 (d)显示红麻纤维和聚乙烯醇缩丁醛膜之间的界面结合是最好的在所有样本中,达到最高的冲击强度。然而,当红麻纤维重量达到超出阈值,浸渍的聚乙烯醇缩丁醛薄膜界面面积减少,导致聚乙烯醇缩丁醛薄膜之间弱键和红麻纤维。由于红麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛薄膜附着力差,复合材料无法承受负荷进一步影响,注意到在红麻纤维含量50%和60%的复合材料。图12 (e)显示两个纠缠的红麻纤维的脱胶红麻纤维和聚乙烯醇缩丁醛膜之间,仍然没有出现在最大程度上,如图12 (f)。因此,更多的剪切作用在界面区导致分层技术矩阵的骨折(分层)和证实了观察到的冲击强度下降。此外,可怜的红麻纤维表面的润湿和红麻纤维之间的凝聚力与红麻纤维含量的增加可能会减少。

4所示。结论

一种新型的复合利用红麻纤维增强聚乙烯醇缩丁醛膜是用不同的纤维含量,制作及其力学行为进行了研究。六种叠层复合材料是捏造的,而在拉伸和弯曲和四个水平的影响条件。这是得出的结论是,洋麻纤维/聚乙烯醇缩丁醛复合材料的力学特性受到不同程度的影响红麻纤维加载。40%洋麻纤维含量综合优化的机械性能,其次是洋麻纤维含量30%,而10%和60%洋麻纤维含量复合材料显示最弱的表现。扫描电镜检查的标本显示,红麻纤维含量的影响中扮演了一个重要的角色在红麻纤维和聚乙烯醇缩丁醛膜之间的界面结合,从而影响复合材料的力学性能。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由芬欧蓝GP-IPS / 2014/9438714和GP-IPB格兰特,9415402。作者想表达自己的感激之情,真诚的感谢机械和制造工程部门和航空航天制造马来西亚Putra大学的研究中心。他们的赞赏和感谢也扩展到中国高等教育和科学研究的伊拉克和材料工程部门,Al-Mustansiriya大学工程学院科学援助和金融支持。