Анализ механических свойств и характеристик свободных колебаний полимерного композита на основе переплетенных обработанных волокон джута

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В последнее время существенно увеличилось использование натуральных волокон – они эффективно заменяют синтетические, что благотворно влияет на окружающую среду, так как упрощается процесс утилизации отходов. Однако по механическим свойствам натуральные волокна уступают синтетическим. Цель работы. В этом исследовании рассматривалось влияние обработки поверхностных и более глубоких слоев джутового волокна на механические характеристики и характеристики свободных колебаний композиционного материала на его основе. Методы исследования. Благодаря равномерному распределению напряжений в направлениях основы и утка в настоящем исследовании были использованы четырехслойные джутовые волокна корзиночного плетения. Результат и обсуждение. Механические свойства и характеристики свободных колебаний композиционных материалов значительно улучшаются, если джутовые волокна предварительно обработать NaOH, поскольку он устраняет слабый компонент матрицы – лингин – и делает волокна более жесткими и прочными. Однако увеличение процентного содержания NaOH и времени выдержки волокон в растворе NaOH мало влияет на эти свойства. Наибольшие значения временного сопротивления и модуля упругости при растяжении составляют 50 ± 1,17 МПа и 1,94 ± 0,23 ГПа соответственно и характерны для композита на основе джутового волокна корзиночного плетения, обработанного в течение 1 часа. Такая обработка позволяет повысить временное сопротивление и модуль упругости примерно на 12 и 40 % соответственно. Точно так же значения сопротивления разрушению и модуля упругости при изгибе составляют 95 ± 1,17 МПа и 3,99 ± 0,23 ГПа соответственно и характерны для композита на основе джутового волокна корзиночного плетения, обработанного в течение 1 часа. Полученный таким способом композиционный материал демонстрирует самое высокое значение основной частоты: 77,837 Гц. Наличие связи O-H в композиционном материале, как показало исследование ИКФС (инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье), придает ему гидрофильный характер и ограничивает использование во влажной среде. Соотношения волокна и матрицы видны на изображениях СЭМ (РЭМ).

Об авторах

С. Сингх

Email: savendrasingh123@gmail.com
Национальный технологический институт Патны, Патна, Бихар, 800005, Индия, savendrasingh123@gmail.com

Ч. Хирвани

Email: hirwani.ck22@gmail.com
Национальный технологический институт Патны, Патна, Бихар, 800005, Индия, hirwani.ck22@gmail.com

Список литературы

  1. Rajesh M., Singh S.P., Pitchaimani J. Mechanical behavior of woven natural fiber fabric composites: Effect of weaving architecture, intra-ply hybridization and stacking sequence of fabrics // Journal of Industrial Textiles. – 2018. – Vol. 47 (5). – P. 938–959. – doi: 10.1177/1528083716679157.
  2. Singh S.P. FTIR spectroscopy & mechanical behaviour study on jute fiber polymer composite // Journal of Advanced Engineering Research. – 2019. – Vol. 6 (1). – P. 34–38.
  3. The hydroscopic effect on dynamic and thermal properties of woven jute, banana, and intra-ply hybrid natural fiber composites / M. Rajesh, K. Jayakrishna, M.T.H. Sultan, M. Manikandan, V. Mugeshkannan, A.U.M. Shah, S.N.A. Safri // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (5). – P. 10305–10315. – doi: 10.1016/j.jmrt.2020.07.033.
  4. Rajesh M., Pitchaimani J. Experimental investigation on buckling and free vibration behavior of woven natural fiber fabric composite under axial compression // Composite Structures. – 2016. – Vol. 163. – P. 302–311. – doi: 10.1016/j.compstruct.2016.12.046.
  5. Rajesh M., Pitchaimani J. Mechanical properties of natural fiber braided yarn woven composite: comparison with conventional yarn woven composite // Journal of Bionic Engineering. – 2017. – Vol. 14. – P. 141–150. – doi: 10.1016/S1672-6529(16)60385-2.
  6. Fatigue life and residual strength of a short- natural-fiber-reinforced plastic vs Nylon / M. Mejri, L. Toubal, J.C. Cuillière, V. François // Composites. Part B: Engineering. – 2017. – Vol. 110. – P. 429–441. – doi: 10.1016/j.compositesb.2016.11.036.
  7. Tian F., Zhong Z. Modeling of load responses for natural fiber reinforced composites under water absorption // Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2019. – Vol. 125. – doi: 10.1016/j.compositesa.2019.105564.
  8. Sarikaya E., Çallioglu H., Demirel H. Production of epoxy composites reinforced by different natural fibers and their mechanical properties // Composites. Part B: Engineering. – 2019. – Vol. 167. – P. 461–466. – doi: 10.1016/j.compositesb.2019.03.020.
  9. Effect of natural fiber reinforced polymers on confined compressive strength of concrete / T. Jirawattanasomkul, T. Ueda, S. Likitlersuang, D. Zhang, N. Hanwiboonwat, N. Wuttiwannasak, K. Horsangchai // Construction and Building Materials. – 2019. – Vol. 223. – P. 156–164. – doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.06.217.
  10. Characterization of silane treated and untreated natural cellulosic fiber from corn stalk waste as potential reinforcement in polymer composites / Y. Liu, X. Lv, J. Bao, J. Xie, X. Tang, J. Che, Y. Ma, J. Tong // Carbohydrate Polymers. – 2019. – Vol. 218. – P. 179–187. – doi: 10.1016/j.carbpol.2019.04.088.
  11. Study on the acoustic characteristics of natural date palm fibers: Experimental and theoretical approaches / E. Taban, A. Khavanin, A. Ohadi, A. Putra, A.J. Jafari, M. Faridan, A. Soleimanian // Building and Environment. – 2019. – Vol. 161. – P. 106274. – doi: 10.1016/j.buildenv.2019.106274.
  12. Devnani G.L., Sinha S. Effect of nanofillers on the properties of natural fiber reinforced polymer composites // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 18, pt. 3. – P. 647–654. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.06.460.
  13. Elemental analysis of brake pad using natural fibers / S. Sri Karthikeyan, E. Balakrishnan, S. Meganathan, M. Balachander, A. Ponshanmugakumar // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 16, pt. 2. – P. 1067–1074. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.05.197.
  14. Singh S.P., Dutt A., Hirwani C.K. Experimental and numerical analysis of different natural fiber polymer composite // Materials and Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 38, iss. 3. – P. 322–332. – doi: 10.1080/10426914.2022.2136379.
  15. Mechanical behaviour of Natural and Glass fiber reinforcedwith polymer matrix composite / M. Balachandar, B. Vijaya Ramnath, P. Jagadeeshwar, R. Yokesh // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 16, pt. 2. – P. 1297–1303. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.05.227.
  16. Bakri M.K.B., Jayamani E. Comparative study of functional groups in natural fibers: Fourier transform infrared analysis (Ftir) // International Journal of Current Engineering and Scientific Research (IJCESR). – 2016. – Vol. 3 (1). – P. 154–161.
  17. Jayamani E., Loong T.G., Bakri M.K.B. Comparative study of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis of natural fbres treated with chemical, physical and biological methods // Polymer Bulletin. – 2020. – Vol. 77. – P. 1605–1629. – doi: 10.1007/s00289-019-02824-w.
  18. Fabrication and characterization of coir/carbon-fiber reinforced epoxy based hybrid composite forhelmet shells and sports-good applications: influence of fiber surface modifications on themechanical, thermal and morphological properties / Y. Singh, J. Singh, S. Sharma, T.-D. Lam, D.-N. Nguyen // Journal of Material Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (6). – P. 15593–15603. – doi: 10.1016/j.jmrt.2020.11.023.
  19. Natural fiber-reinforced thermoplastic composites from woven-nonwoven textile preforms: Mechanical and fire performance study / B.K. Kandola, S.I. Mistik, W. Pornwannachai, S.C. Anand // Composites Part B: Engineering. – 2018. – Vol. 153. – P. 456–464. – doi: 10.1016/j.compositesb.2018.09.013.
  20. Sekaran A.S.J., Kumar K.P. Study on drilling of woven sisal and aloevera natural fiber polymer composite // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 16, pt. 2. – P. 640–646. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.05.140.
  21. Fabrication and mechanical property evaluation of non-woven banana fiber epoxy-based polymer composite / S.P. Gairola, Y.K. Tyagi, B. Gangil, A. Sharma // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 44 (6). – P. 3990–3996. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.10.103.
  22. Baghaei B., Skrifvars M., Berglin L. Characterization of thermoplastic natural fiber composites made from woven hybrid yarn prepregs with different weave pattern // Composites: Part A. – 2015. – Vol. 76. – P. 154–161. – doi: 10.1016/j.compositesa.2015.05.029.
  23. Venkatesha B.K., Saravanan R., Anand Babu K. Effect of moisture absorption on woven bamboo/glass fiber reinforced epoxy hybrid composites // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 45, pt. 1. – P. 216–221. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.10.421.
  24. Arumugam C., Arumugam S., Muthusamy S. Mechanical, thermal and morphological properties of unsaturated polyester/chemically treated woven kenaf fiber/AgNPs@PVA hybrid nano bio composites for automotive applications // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (6). – P. 15298–15312. – doi: 10.1016/j.jmrt.2020.10.084.
  25. Chemical and mechanical reprocessed resins and bio-composites based on five epoxidized vegetable oils thermosets reinforced with flax fibers or PLA woven / C. Di Mauro, A. Genua, M. Rymarczyk, C. Dobbels, S. Malburet, A. Graillot, A. Mija // Composites Science and Technology. – 2021. – Vol. 205. – P. 108678. – doi: 10.1016/j.compscitech.2021.108678.
  26. Experimental investigation on the mechanical properties of woven hybrid fiber reinforced epoxy composite / V. Santhanam, R. Dhanaraj, M. Chandrasekaran, N. Venkateshwaran, S. Baskar // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 37 (2). – P. 1850–1853. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.07.444.
  27. Mechanical and dynamic mechanical thermal properties of ensete fiber/woven glass fiber fabric hybrid composites / T.A. Negawo, Y. Polat, Y. Akgul, A. Kilic, M. Jawaid // Composite Structures. – 2021. – Vol. 259. – P. 113221. – doi: 10.1016/j.compstruct.2020.113221.
  28. Bhattacharjee A., Roy H. Assessment of tensile and damping behaviour of hybrid particle/woven fiber/polymer composites // Composite Structures. – 2020. – Vol. 244. – P. 112231. – doi: 10.1016/j.compstruct.2020.112231.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».