Исследования механической и термической стабильности волокна Calotropis gigantea.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 16291 (2023) Цитировать эту статью

742 Доступа

Подробности о метриках

В последнее время использование синтетических материалов сократилось за счет использования натуральных волокон для легких изделий. В этом исследовании для фазы армирования выбрано волокно Madar (Calotropis gigantea) (40%), а эпоксидный полимер смешан с отрубным наполнителем, выбранным в качестве матричного материала. Для расчета механических характеристик гибридного композита были изготовлены пять композитных ламинатов с различным массовым соотношением волокна/наполнителя. Результаты показывают, что при увеличении весового соотношения мадарного волокна в образце композитного ламината (А) наблюдались превосходные механические свойства, такие как прочность на растяжение (20,85 МПа), прочность на изгиб (24,14 МПа), поглощение энергии удара (23 Дж). ) по сравнению с увеличением массового соотношения отрубного нанонаполнителя к данному композиционному материалу. В то же время увеличение количества нанонаполнителей из отрубей может улучшить термическую стабильность до 445 ° C при температуре разложения. Анализировать поверхностное взаимодействие между мадарными волокнами, нанонаполнителями отрубей и эпоксидной матрицей путем проведения анализа с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) перед проведением механических испытаний, а также для определения режима разрушения путем проведения теста СЭМ после разрушения ламинатов во время механические испытания гибридного композита.

Композиты, армированные натуральным волокном, разрабатываются для использования в исследовании по замене композитов, армированных синтетическими волокнами. Матрица и волокна заменены на экологически чистые и биоразлагаемые компоненты1. Здания, мосты и конструкции, такие как корпуса лодок, панели бассейнов, кузова гоночных автомобилей, душевые кабины, ванны, контейнеры для хранения вещей, искусственный гранит, а также раковины и столешницы из искусственного мрамора, обычно изготавливаются из композитных материалов, которые также все чаще используются в автомобильной промышленности. Общие сведения 2. Наполнители обычно состоят из тонкого стекла, кварца или кремнезема и добавляются для улучшения модуля упругости реставрации, прочности на растяжение, твердости и устойчивости к истиранию, а также для уменьшения полимеризационной усадки. Внутренние компоненты, такие как дверные панели, компоненты приборной панели, отделения для вещей, подушки сидений, спинки, прокладки кабелей и т. д., обычно изготавливаются из композитных материалов, армированных натуральными волокнами3. Из-за высоких требований к механической прочности наружное применение ограничено. Композиты из натуральных волокон долговечны, недороги, легки, обладают высокой удельной прочностью, неабразивны, обладают достаточно отличными механическими свойствами, экологически безопасны и биоразлагаемы4. Техническая конопля, джут и лен — натуральные волокна с отличными механическими, акустическими и теплоизоляционными свойствами. Содержание и длина волокон являются наиболее влиятельными факторами в механических и физических свойствах композита, армированного натуральным волокном. В последнее время проводится все больше исследований по характеристике натуральных волокон. Волокна Calotropis gigantea могут использоваться в качестве армирования благодаря содержанию целлюлозы, индексу кристалличности (56,08%), размеру кристаллитов (2,05 нм) и термической стабильности (> 220 °C), по этим значениям они сопоставимы с показателями других натуральных волокон. в настоящее время используются в качестве армирующих агентов в полимерах, таких как Cocos nucifera, Luffa cyclin-drive, Eucalyptus grandis, Pinus elliotti, Curaua и т. д.5. Его относительно крупные серовато-зеленые листья имеют длину 5–20 см и ширину 4–10 см, располагаются парами. Нижние части травянистых растений деревянистые, воздушные, прямостоячие, ветвистые, цилиндрические, твердые, а верхние покрыты шерстистыми нитями, бледно-зеленого цвета и содержат латекс6. В дополнение к высокому соотношению прочности к весу, полимерный композит Madar, армированный волокном, демонстрирует исключительные свойства, такие как высокая долговечность, жесткость, демпфирующие свойства, прочность на изгиб, а также стойкость к коррозии, истиранию, ударам и огню7. Увеличение содержания клетчатки повысит прочность на растяжение. До разрушения полипропиленовой матрицы в этом исследовании мы использовали состав волокон сахарного тростника. Волокно сахарного тростника, по сравнению с другими волокнистыми композитами, будет иметь более высокую термостабильность при 450°C8. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) — это тип калориметрии, при котором увеличение воспринимаемой температуры указывает на то, что волокно достигло состояния зародышеобразования. Поскольку полимер кристаллизуется, механические свойства и кристалличность материала улучшаются в композитах, изготовленных из волокон сахарного тростника. Использование таких нитей может быть оправдано для применения в авиации и военных целях, где значительная стоимость нитей не имеет большого значения9. Усиление волокна по его длине гораздо более заметно, чем измерения поперечного сечения. В то же время соотношение длины и поперечного сечения, известное как пропорция угла, может значительно колебаться. Армированные волокном пластмассы (FRP) эффективно используются для различных применений современных авиационных инноваций благодаря их поразительным явным свойствам, например, высокому качеству и прочности, малому весу и способности продвижения путем ориентации (особенно стойкости). волокна вместе с нагрузкой проводят10. Включение волокон льна, джута, конопли, рами и кенафа, извлеченных из стеблей растений и волокон листьев, отделяется от листьев растений11. Чтобы включить в состав волокна сизаля, ананаса и банана, извлеченные из внешнего слоя коры и семян растения, нити органических продуктов отделяются от семян или натуральных продуктов12. Для испытания материалов использовали экструзию газораспыленного контроля, содержащего 62% бериллия и 38% Al. Результаты показывают, что механические и термические свойства гибридных композитов, такие как вязкость разрушения, усталость, теплопроводность и коэффициент теплового расширения, улучшились. 20% композитов из натуральных волокон демонстрируют увеличение прочности на разрыв на 33% и увеличение модуля упругости на 75%. На основании этих результатов кокосовые волокна с матрицей подтвердили роль консервированных кокосовых волокон и служили армирующим агентом, а не наполнителем13. Настройка поверхности PALF (волокна листьев ананаса) и KF (волокна кенафа) для изготовления гибридных композитов KF/PF обеспечивает превосходную межфазную прочность, обеспечивая механическую прочность материалов. Механические характеристики армированного волокном композита зависят от множества параметров, таких как качество волокна, модуль упругости, длина волокна и ориентация, независимо от качества межфазного соединения волокна с сеткой14. Армированная волокном полимерная матрица становится важным фактором в различных применениях в результате превосходных свойств и преимуществ натурального волокна по сравнению с синтетическими волокнами с точки зрения его умеренно малого веса, меньшего вреда для погрузочно-разгрузочных устройств, превосходных относительных механических свойств, например, модуль растяжения и модуль изгиба, улучшенная обработка поверхности композитных деталей, устойчивые ресурсы, обилие, адаптируемость во время подготовки, биоразлагаемость и незначительный риск для здоровья15. Широкое использование NFRPC (полимерного композита, армированного натуральным волокном) быстро развивается в различных областях дизайна. Увеличение массовой доли рубленого мадарского волокна на 9 процентов увеличивает способность гибридного композита поглощать энергию удара в большей степени, чем массовая доля баньянового волокна. Доминирующая мода была обнаружена с помощью морфологического анализа поверхности сканирующего электронного микроскопа. Есть риск неудачи. Механические свойства двунаправленных эпоксидных композитов из мадарского волокна, полученных методом ручной укладки, такие как твердость, прочность на разрыв и ударная вязкость, увеличивались с увеличением веса Madar16. Прочность на изгиб и межламинарная прочность первоначально снизилась до 12 мас.% нагрузки мадарного волокна, а затем увеличилась до 48 мас.% нагрузки мадарного волокна. Уменьшение полостей, вызванное увеличением ввода мадарного волокна в композиты, является одной из причин увеличения механических свойств двунаправленных мадарно-эпоксидных композитов17. Предел прочности и модуль упругости кенафа, смешанного с полиэстером, составляли 381–712 МПа и 27 ГПа соответственно18. В другом исследовании были исследованы механические свойства эпоксидных гибридных композитов, армированных мадаром и банановым волокном. Исследование показало, что добавление банана в мадар/эпоксидные композиты увеличивает механические свойства, такие как прочность на растяжение, изгиб и ударную вязкость, на 16%, 3,9% и 31,4% соответственно19. Различные типы полимерных композитов, армированных натуральным волокном, приобрели странное значение в различных автомобильных применениях многими автомобильными организациями, такими как немецкие автомобильные организации, такие как Audi Group, Ford, Volkswagen, Mercedes и т. д. Различные типы натуральных волокон заменяют Использование синтетических волокон в композите. Кроме того, термическое разложение композита необходимо для определения эффективности композита из натуральных волокон20.