文摘
在土木工程中使用天然纤维是许多工业和学术领域的目的来克服合成纤维对环境的影响。天然纤维复合材料的潜在应用之一是在绝缘组件实现。基于天然纤维的聚合物复合材料的热行为最近正在进行的研究。在这篇文章中,剑麻纤维增强环氧树脂复合材料的热特性是评估考虑不同处理和未经处理的纤维体积分数为0 - 30%。结果显示,纤维体积分数的增加提高了复合材料的绝缘性能处理和未经处理的纤维。隔热率达到200%以上,对剑麻纤维的体积分数为20%。未经处理的纤维显示约400%隔热率;但是,不建议使用未经处理的纤维从机械的角度。结果表明,有可能使用开发的复合材料用于绝缘。
1。介绍
如今,发达国家的政府工程行业中实现生态系统产品的需求,寻找可持续发展的材料(1,2]。材料科学家和研究人员正在探索潜在的使用天然纤维作为复合材料的强化。天然纤维可用性的优点,易于生产,和制造工具那么咄咄逼人,可持续和可降解合成纤维相比3- - - - - -5]。有很多作品已经完成评估机械(5)、物理(6),和摩擦学的7)行为基于天然纤维的聚合物复合材料。在[8,9),全面审查了亚麻纤维和使用天然纤维在各种工程应用的潜力已经解决。最近的应用程序之一,天然纤维聚合物复合材料能量吸收应用程序(10]。在土木工程的应用程序中,天然纤维已经被使用在不同的结构显示出可喜的成果11]。
复合特征的主要担忧是增援和矩阵之间的成键(12]。关于天然纤维,有可怜的原始天然纤维和语法之间的粘附性能树脂(13]。这是由于存在的蜡质层表面的纤维和不良物质。为了克服这个问题,有几个化学治疗,一直试图改善纤维的界面粘附与矩阵。硅烷和氢氧化钠被发现是好的化学解决方案最优浓度纤维表面的附着力显著增强导致高的矩阵(14]。6%氢氧化钠溶液移除等天然纤维的蜡质层棕(15,16],洋麻纤维[17),和黄麻18]。此外,在这个浓度的百分比,没有破坏纤维的结构。然而,在更高百分比的氢氧化钠,严重破坏了纤维结构恶化,纤维的强度(16]。
高分子复合材料的热特征是一个关键的组件在材料选择,尤其在民用建筑。基于天然纤维聚合物的热行为还没有全面理解和更少的工作报告。降解纤维聚合物复合材料的广阔性研究。然而,复合材料的绝缘行为不是完全报道和理解。因此,有必要研究纤维聚合物复合材料的绝缘性能。在最近的工作19],大麻纤维用作聚酯复合材料自然增援。大麻纤维的工作表明,添加20%导致显著改善聚酯复合材料的绝缘性能。在另一个工作(20.],马尼拉麻纤维复合材料的热导率的函数内腔和细胞壁结构进行了研究。这项工作表明,马尼拉麻纤维也提高了绝缘墙的行为自墙的电导率下降马尼拉麻纤维纳入墙体材料。
在上面的光,这工作是动力好了解地和实验了解天然纤维对聚合物复合材料的热特性的影响。在最近的研究中,剑麻纤维增强环氧树脂复合材料被开发的两种形式是未经处理的剑麻纤维和治疗。开发了复合材料的热导率不同纤维体积分数的决心。确定最佳体积分数从机械和热的观点。
2。方法
2.1。材料选择和准备
剑麻纤维得到来自印度的原始形式。纤维与水清洗和梳理。一些纤维用于制造未经处理的样品和一些纤维处理6%氢氧化钠浓度。在治疗中,纤维浸入溶液中24小时,然后用水洗。纤维被干在烤箱温度为24小时50°C。纤维被切成15毫米长。样本准备使用一个开放的模具技术。模具尺寸100毫米的长度和直径45毫米是用于制造。模具的内表面涂有蜡质层(镜子釉),以缓解后的样品测试。环氧树脂(超白金)被用作树脂硬度的混合率为50%。 Different volume percent of fibres in the composites was considered as 0%–30%.
2.2。样品制备
在制造过程中,纤维的混合物混合树脂和硬化剂,然后注入模具。真空法应用于去除空气样本。样本保存在24小时的模具自凝过程。之后,样品从模具中取出,放在烤箱的温度为24小时80°C。样本和编号。样本从表面到中心钻复合酒吧。有四个孔钻在样例和孔之间的距离是固定的20毫米,人物1。M-Flex绝缘管用于隔离的样本。酒吧里的样品是使用自动钻床钻孔精确从表面到中心的样本。漏洞是在绝缘子插入热电偶达到样品的中心。K型热电偶(镍铬合金/康铜)是用于实验。六个热电偶被附加到一个读者捕获每个洞样品的温度。
2.3。实验装置和程序
使用对流的实验方法,ASTM D5930-17。在图所示的设置1。基本上,有热顺滑的一端样本。热供应商被固定为1千瓦。样本在开始实验之前,绝缘和热电偶固定在每个孔与免费的样品。结束后将面临的加热器和第二端将免费通过大气冷却。在实验过程中,开启加热器,温度的值被抓获的每一分钟。六个温度的值每次捕获和记录时间。捕获的六个温度点见图1。温差计算,温度下降的百分比计算。这是对加热的最高温度测量样本。样本之间的温差决定加热结束,第一个洞。减少百分比是由分裂的温差和原点温度加热结束。评价的目的是获得最大的热量减少,考虑材料的性能。
3所示。结果与讨论
实验工作的结果提出了两种形式的温度差异在两个距离和减少百分比代表样品的绝缘性能。分为两个部分未经处理和复合材料。
3.1。未经处理的剑麻纤维/环氧复合材料的热特征
温度分布的样本10%未经处理的剑麻纤维增强环氧树脂复合材料,减少温度传输给数据2(一个)和2 (b),分别。在图2(一个)看来,温度随时间的所有五个读数热电偶。然而,在20分钟的加热过程,温度似乎是稳定的部分样品代表了稳态传热条件。T1代表样品的加热结束和T6的自由端暴露加热器或空气样本,分别。温度T1是最高的价值,因为它直接暴露在加热器和T6是最低的,因为它是暴露在寒冷的样本。
(一)10%未经处理的纤维
(b)减少10%未经处理的纤维
可以看到,从加热结束10毫米的距离,有真从T1到T2温度下降,也就是说,从100°C到40°C。在进一步的距离,气温下降进一步达到25°C非常接近大气温度在50毫米的距离。进一步增加在远处没有显示温度急剧下降。换句话说,在50毫米的厚度,可以实现高绝缘性能的复合材料,可以考虑绝缘组件的最佳厚度。图2 (b)显示了样品在温度降低百分比代表保温率在每个距离对加热结束。最高的隔热率时,可以看到大厚度的示例是使用100毫米。非常小的10毫米的距离,降低温度约为150%。这是一个非常有前途的结果等复合材料。
对纤维的影响在示例中,山图3代表了环氧树脂的热结果样品含有20%的未经处理的剑麻纤维。温度分布趋势的内部纤维类似于20%的样本的样本含有纤维的10%。然而,在价值方面,有轻微的差异由于温度略有下降20%的纤维相比,一个用于纤维的10%。展示的影响纤维含量对复合材料的热行为,结果30%的纤维可以在以下部分表现出明显差异。
(一)20%未经处理的纤维
(b)减少20%未经处理的纤维
30%的剑麻纤维/环氧复合材料,绝缘性能显示在图中4。在样本的温度分布是省略了自趋势非常相似的提出了剑麻/环氧复合材料的10%和20%。图中显示,年底隔热率可达400%的样本。在相同的距离,10%纤维的复合材料与内容显示只有200%的隔热率如图2。换句话说,高含量的纤维绝缘材料的复合率增加。这是归因于这样一个事实:天然纤维有孔隙结构尤其是未经处理的纤维(21,22]。空洞的存在随着空气材料增加报道的隔热率(23,24]。在治疗纤维,外层移除由于化学处理和空白的数量预计将下降以来在固化树脂的内部结构将进入火灾。从机械的角度来看这是非常有利,因为它增加了联锁的大部分的纤维材料(5]。
3.2。对剑麻纤维/环氧复合材料的热特性
的结果处理剑麻纤维增强环氧树脂与纤维(20%和30%)的不同内容呈现在图5。的温度分布在类似的趋势对未经处理的纤维。然而,温度略高的值自保温率略低。的隔热率对纤维环氧复合材料显示在图中5显示的值约300%和275% 20%纤维和30%的纤维,分别。在前一节。的最大保温率表现出未经处理的复合材料纤维的内容30%时保温率约400%。相比治疗纤维相同的内容,可以看出,的治疗纤维隔热率从400%下降到275%。正如前面所解释的那样可以预期。治疗纤维树脂可以进入束纤维使纤维非常均匀的复合材料和空气的数量将下降。少数量的空气复合材料的主要原因是绝缘的复合率的下降。然而,文献推荐使用治疗纤维因为他们有更好的支持,复合材料的力学性能(6,25]。
(一)治疗纤维减少20%
(b)治疗纤维减少30%
4所示。形态学的断裂的样品
进行实验后,样本的断裂和小块样品在10毫米大小3被涂上一层薄层金使用桌面乔尔SEM进行扫描电镜观察。复合材料的显微图呈现在图6治疗和处理剑麻纤维增强环氧树脂复合材料。显微图和处理和未经处理的复合材料,一个清晰的存在空洞的证据。然而,有明确的退出的未经处理的纤维恶化的荷载传递矩阵的纤维在拉伸或压缩加载条件。的情况下处理纤维,纤维似乎也坚持树脂和没有撤出或脱落。这证实了认为应该考虑治疗纤维在复合材料设计尽管thermoresults表明,未经处理的纤维表现出高绝缘性能相比治疗纤维。
5。结论
当前的研究的实验数据的处理和未经处理的纤维体积分数的影响提出了环氧复合材料的热特性。工作的主要发现如下:(我)剑麻纤维显著提高环氧复合材料的绝缘性能自天然纤维复合材料内部的孔隙生成,是良好的绝缘体。隔热率达到400%以上时,未经处理的纤维。(2)未经处理的纤维有更好的隔热率以来治疗相比,环氧树脂合成纤维复合材料内的未经处理的纤维生成更多的空气相比,治疗。然而,这是不可取的,因为未经处理的纤维导致附着力差的纤维矩阵。这是借助SEM观察确认。(3)增加了剑麻纤维的体积分数增加环氧复合材料的隔热率是由于空气量的增加复合材料。(iv)处理过的纤维复合材料制造的建议。然而,需要进一步的研究来确定最优的剑麻纤维体积分数机械的观点。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。