文摘
近年来,biocomposites高度利用在生物医学的应用,由于出色的强度重量比。大量的天然纤维,即亚麻、大麻、黄麻、红麻、廉价和剑麻在巨大的数量。一个新颖的方法,本研究的目的是执行建设生物医学整形部分通过使用天然纤维的混合物。这项工作处理biocomposites如亚麻纤维(外汇),鸡毛纤维(CF)、红麻纤维(KF)和稻壳纤维(RH)有效。从所有这些复合材料,四组混合纤维强化的聚乳酸聚合物用于创建整形部分。hand-lay-based方法是制备混合biocomposites承担。在这项研究中涉及的主要技术参数是纤维类型(KF + RH, RH +外汇,外汇+ CF和CF + KF),层数(2、4、6和8)加密密度(30%,60%,90%,120%),和光栅角(0/60,30/120,50/140,70/160)。找到的工作是尺寸精度,挠曲强度,肖氏硬度进行了分析通过L16正交数组。方差分析统计分析是提高和启示的结果biocomposites的抗弯强度和硬度来源。在四个参数中,纤维类型参数极其贡献40.50%等弯曲分析。 Similarly, laminate count parameter highly contributes such as 31.01% in the shore hardness analysis.
1。介绍
最近的趋势,复合材料的生物医学应用程序实现biocomposites尤其如此。天然纤维生产钢筋的biocomposites聚合物。天然纤维具有低重量和高强度;因此,它已用于工业应用尤其是在医疗器械。它最适合于制备复合材料由于没有对人类环境的影响。Biocomposites准备biofibers的混合,即黄麻、大麻、洋麻,麻。Biocomposites雇佣大量的生物医学应用程序。一些biocomposites应用程序组织工程,整形外科,牙科,骨板,复合针,螺丝,夹在脊柱融合术。研究化学处理的天然纤维在复合材料制备至关重要的作用。亚麻纤维被认为是化学处理80小时在室温下1]。使用棉纤维素和nanohydroxyapatite是优秀的在骨组织工程中使用。形态的研究实际上电纺和热分析是组织工程的主要作用2]。在生物工程中,骨骼进行了研究,这两个细胞系指定有关细胞和细胞比例的可行性研究通过PVP样本(3]。混合的聚乳酸和聚已酸内酯聚合物羟磷灰石(nHA)形状记忆性能。形态学研究的应用进行场发射扫描电子显微镜(4,5]。一个强大的文献综述了天然纤维形成的杂化复合材料。分析了复合材料准备、参数的影响进行了研究,合成和天然纤维特性简要调查。作者正在努力检查产生的混合复合材料的性质,即机械、热、水吸收、摩擦学行为,和形态(6]。人类健康的骨骼,问题是纠正biocomposites材料的使用,和骨折的骨头被新准备biocomposites纠正。生物可降解聚酯高度影响的工程产品,即植入和手术油管(7]。Biocomposite材料是由人造的生活努力,纤维取代人体组织。人体功能恢复利用biocomposite设备命名为生物传感器、心脏起搏器、人工心(8]。这个调查的计划集中在骨科的应用程序通过使用天然纤维如亚麻纤维,鸡毛纤维、红麻纤维,和稻壳纤维。的强化与天然纤维聚合物如聚乳酸提高抗弯强度和biocomposites的肖氏硬度。田口方法统计分析是进行这个实验工作改善的力量biocomposites [9]。新奇的工作是结合不同的天然纤维。不同组合的纤维提供了良好的抗弯强度和肖氏硬度比先前的研究结果。新奇的实现体现在结果如一双天然纤维增强复合强度(10]。
2。材料和方法
本研究的目的是制备混合biocomposites整形应用程序使用不同的天然纤维。即纤维亚麻纤维(外汇),鸡毛纤维(CF)、红麻纤维(KF)和稻壳纤维(RH)。所有的纤维从Vruksha复合材料采购和服务,钦奈。PLA-polylactic酸聚合物是选择这项工作加强到天然纤维(11]。解放军是高度增强的挠曲强度和硬度biocomposites准备。这个组合大大用于生物医学应用程序(如骨科部分12]。所需数量的聚乳酸聚合物从自然界获得Tec印度私人有限。复合材料是由搓方法与有效利用解放军聚合物。钢模和手辊利用工具准备手上篮的复合材料的方法。使用P ratham 5.0 3 d打印机(使:布拉罕、印度),它可以由Repetier,切片机软件包。布拉罕5.0提供的熔料喷嘴尺寸为0.4毫米。
3所示。实验的程序
有多个阶段涉及清洗纤维,它可以详细讨论的方式。最初,清洗过程进行彻底清洁纤维的帮助下次氯酸钠(NaOCl)。采取30升蒸馏水混合的300毫升35%的解决方案,也就是说,次氯酸钠,在船13,14]。搅拌操作是维持在15赫兹的频率水平的时间45分钟。这对实现清洗过程进行了三次健康的纤维(15]。纤维的进一步继续洗涤过程是由使用过氧化氢(H2O2)。这个过程的使用,解决H 150毫升的20%2O2是在30升蒸馏水混合;10赫兹的均匀混合是通过保持45分钟。最后,完成化学处理的纤维干了20小时,600°C的帮助下干热灭菌器(16,17]。在这个实验工作,纤维在纤维放置机制是实现自动计数以及统一放置的纤维18]。这个实验工作的选择不同的天然纤维,如图1。
(一)
(b)
(c)
(d)
复合试样准备按照ASTM D790标准进行弯曲测试标本的强度。使用固体工作软件包的3 d模型标本要创建如图2。创建三维模型导出到FDM机有限元布局,这种格式是用于简单的访问在印刷19]。搓的应用技术,与解放军聚合物纤维插入到标本通过手动增援。插入层的纤维、层数、填充密度,和光栅角是预定的帮助下巨大的文学研究[20.- - - - - -22]。的工艺参数和值biocomposites展示在表1。
田口L16 OA被选中的估计参数的影响以及通过田口方法的结果统计工具。
3.1。维的正确度
维复合结构的正确度分析是通过使用数字游标卡尺在0.01毫米的最小数::航空。维的正确度是基于复合结构的厚度在这个工作;插入的纤维有较高的影响强度的复合材料23- - - - - -25]。维正确度估计的区别是标本的尺寸设计阶段和生产阶段。
3.2。Shore-D硬度
肖氏硬度测量的准备biocomposites肖氏硬度计(金奈:线性工具),避免了人类和环境错误的读数在硬度测试的每个标本最后考虑三次平均值(26]。
3.3。弯曲测试
使用万能试验机进行弯曲测试,UTM:通用控制公司,萨勒姆。这台机器有一个5 kN负载细胞一般测试速度对聚合物复合材料由基于ASTM标准[3毫米/分钟27]。UTM的底部机是用于进行弯曲测试,和标本水平地放置在夹具(28- - - - - -30.]。三点弯曲测试实施调查,如图3。
的负载是作用于中心部分span-to-depth比建议的标本是18:1。弯曲的读数显示数字计算机控制的帮助下配件(31日- - - - - -33]。
4所示。结果与讨论
4.1。抗弯强度
表2介绍了总结调查的抗弯强度和信噪比。获得了最大挠曲强度为24.89 MPa的影响结合鸡毛纤维和红麻纤维,6层数,填实密度为60%,和光栅角的70/160。
表3和4现在的响应表手段和信噪比的挠曲强度34]。基于等级次序,纤维的类型是高度的影响,其次是光栅角,加密密度和层数。最优参数得到的混合物鸡毛纤维和红麻纤维、6项分层,加密密度的60%,70/120的光栅角(35]。
数据4和5目前主要影响情节的手段和挠曲强度的信噪比。基于类型的纤维,鸡毛纤维和红麻纤维的混合提供优秀的挠曲强度比其他纤维的混合物。红麻纤维和稻壳的混合物提供最低挠曲强度(36]。
的层数4层压制品的数量提供良好的挠曲强度,进一步增加层数的力量必须逐渐减少(37]。加密密度最大挠曲强度提供了60%,加密密度不断增加,少量的挠曲强度却降低了。光栅角的一个重要因素决定挠曲强度;在这里,最大挠曲强度高角的影响提供的70/160。
图6显示所有参数间隔块弯曲强度和效果在一个阴谋。这图显示的最大挠曲强度大约25 MPa的挠曲强度被发现。参数影响结论鸡毛纤维和红麻纤维的混合物,6项分层,加密密度的60%,70/120的光栅角。
数据7- - - - - -10说明了3 d图两个参数之间的关系;图7介绍了最大挠曲强度由鸡毛纤维和红麻纤维关系到6项分层(38]。图8说明了6项分层和加密密度注册为优秀的挠曲强度的60%。图9介绍了加密密度的60%,和光栅角度记录更多的挠曲强度的70/120。图10表明,70/120的光栅角和鸡毛纤维和红麻纤维组合注册为更高的抗弯强度(39]。
表5提出了有效抗弯强度的方差分析,在所有四个参数中,纤维类型参数高影响,例如40.50%,紧随其后的是光栅角(22.850%)、加密密度(11.67%),和层数(8.54%)。
4.2。肖氏硬度
表6介绍了肖氏硬度的总结和S / N比率的调查。肖氏硬度最高78.25高清被发现通过影响亚麻纤维和鸡毛纤维混合,最低层数等2、加密密度的90%,最大光栅角(70/160)。
表7和8现在的响应表手段和信噪比的肖氏硬度复合材料。在四个参数中,层数是肖氏硬度的主要因素影响分析。通过排序参数影响进行了分析;在第二排,光栅角度造成的;第三,排名纤维类型的影响;最后,加密密度有关第四等级的分析。肖氏硬度分析,最优参数被发现是作为稻壳纤维和亚麻纤维的混合物,层数是4,加密密度为120%。和光栅角是0/45。
数据11和12说明主要影响情节的肖氏硬度的手段和信噪比。这些情节显然证明了所有四个因素和响应值的影响。从分析、类型的纤维,亚麻纤维的混合物,和鸡毛纤维注册特殊肖氏硬度对比剩下的纤维的混合物。层压板的考虑计算参数,最低2提供更好的肖氏硬度等计数。增加层数的减少肖氏硬度值。参数高度加密密度的影响,并增加加密密度提高了肖氏硬度值。最大硬度得到加密使用的12.5的密度。最低光栅角参数如0/60记录了最大程度上的肖氏硬度,并增加光栅角的肖氏硬度值降低。
图13提出了区间的肖氏硬度影响的参数在一个阴谋。从这个情节,肖氏硬度最高的是明确指出,最大的价值达到80 HD肖氏硬度值。所有参数都是极其影响,混合的效果得出结论鸡毛纤维和红麻纤维,8项分层,加密密度的30%,50/140提供硬度的极值。
数据14- - - - - -17展示3 d图与两个参数之间的关系,和图14说明参与的最大肖氏硬度鸡毛纤维和红麻纤维链接8项分层。图15介绍了相关性的8项分层和30%的加密密度发现,优秀的肖氏硬度图16代表了30%的填充密度,和光栅角提供了更多的肖氏硬度的50/140。图17表明,50/140的光栅角和鸡毛纤维和红麻纤维融合记录优越的肖氏硬度。
表9介绍了方差分析的肖氏硬度有效;之间在所有四个参数,层数等参数非常影响31.01%,所追求的光栅角(27.35%),纤维类型(25.85%),和加密密度(9.71%)。
5。结论
生物医学应用,如整形部分由使用biocomposites,也就是说,亚麻纤维,鸡毛纤维、红麻纤维,和稻壳纤维。PLA聚乳酸聚合物,是用作钢筋到选定的天然纤维,以提高抗弯强度和biocomposites的肖氏硬度。田口方法优化了最大化这一调查的结果和估计的最优参数。这次调查的结果总结如下:(我)在弯曲分析,最大挠曲强度记录为24.89 MPa。获得最优参数组合的鸡毛纤维和红麻纤维、6项分层加密密度的60%,70/120的光栅角。鸡毛纤维和红麻纤维的混合物提供非凡的挠曲强度比其他纤维的混合物。在四个参数中,纤维类型参数异常影响,如40.50%,紧随其后的是光栅角(22.850%)、加密密度(11.67%),和层数(8.54%)(2)从肖氏硬度分析,发现最高的肖氏硬度为78.25高清。最优参数注册为稻壳纤维和亚麻纤维的混合物,层压板数量4,加密密度为120%,和光栅角是0/45。亚麻纤维的混合物和鸡毛纤维提供优秀的肖氏硬度与其他纤维的混合物。在四个参数,层压板计数参数异常的影响,如31.01%,紧随其后的是光栅角(27.35%),纤维类型(25.85%),和加密密度(9.71%)(3)在弯曲分析,60%的加密密度和光栅角度记录更多的挠曲强度的70/120。同样,70/120的光栅角和鸡毛纤维和红麻纤维组合注册为更高的抗弯强度(iv)肖氏硬度分析,8项分层和30%的加密密度记录为优秀的肖氏硬度。同样,30%的加密密度和光栅角提供了更多的肖氏硬度的50/140。50/140的光栅角和鸡毛纤维和红麻纤维组合记录更好的肖氏硬度
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。要进一步的数据或信息,这些都可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者欣赏技术援助来完成这个实验工作从Jimma理工学院,Jimma大学,埃塞俄比亚。作者感谢Saveetha Engineering-Chennai学院的技术援助的支持来完成这个实验工作并编写草案。