ساخت کامپوزیت اپوکسی- الیاف خرما با هدف بهبود خواص مکانیکی

نوع مقاله : یادداشت فنی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

2 استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

3 استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

4 دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

5 دانشجوی دکتری، مهندسی هوافضا، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

چکیده

یکی از چالش‌های پیش‌رو در ساخت کامپوزیت‌های الیاف طبیعی، چسبندگی الیاف به زمینه است. از آنجاکه بهبود چسبندگی بین الیاف و ماتریس سبب تغییر خواص مکانیکی کامپوزیت‌های طبیعی می‌شود، اصلاح سطح الیاف مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش اثر چسبندگی و اصلاح سطح الیاف خرما در بهبود خواص مکانیکی اعم از کشش، خمش و ضربه مورد بررسی قرار گرفت. اصلاح سطح روی الیاف نخل خرما با استفاده از دو ماده شیمیایی سدیم‌کلریت و سدیم‌هیدروکسید انجام شد. الیاف در چهار گروه ۱-سدیم‌هیدروکسید، ۲-سدیم‌کلریت، ۳-سدیم‌کلریت سپس سدیم‌هیدروکسید و ۴-سدیم‌هیدروکسید سپس سدیم‌کلریت اصلاح سطح شدند. با ساخت نمونه‌های مختلف و انجام آزمون‌های استاندارد مکانیکی (کشش، خمش و ضربه) و آزمون‌های میکروسکوپ الکترونیکی (SEM)، آنالیز حرارتی (TGA)، کشش لیف، بیرون‌کشیدگی لیف از ماتریس (Pull out) اثرات گروه‌های مختلف بر بهبود چسبندگی و خواص مکانیکی کامپوزیت‌ها مورد بررسی و راستی‌آزمایی قرار گرفت. نتایج نشان داد لیف اصلاح سطح شده با سدیم‌کلریت در برابر کشش، بیرون کشیدگی لیف از ماتریس و تخریب ناشی از افزایش دما در مقایسه با سایر الیاف مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد. همچنین، نتایج آزمون‌های مکانیکی حکایت از افزایش و بهبود استحکام کششی نمونه‌های تقویت شده با الیاف اصلاح سطح شده با سدیم‌هیدروکسید و بیشترین استحکام خمشی با الیاف اصلاح سطح شده با سدیم‌کلریت و کاهش استحکام ضربه با الیاف اصلاح سطح شده در هر چهار گروه داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   Jawaid, M.H.P.S. and Khalil, H.A., “Cellulosic/Synthetic Fibre Reinforced Polymer Hybrid Composites: A Review”, Carbohydr Polym., Vol. 86, No. 1, pp. 1-18, 2011.
[2]   Corbiere-Nicollier, T., Laban, B.G., Lundquist, L., Leterrier, Y., Manson, J.A., and Jolliet, O., “Life Cycle Assessment of Biofibres Replacing Glass Fibres as Reinforcement in Plastics”, Resour. Conserv. Recycl., Vol. 33, No. 4, pp. 267-287, 2001.
[3]   Abrate, S., Impact on Composite Structures, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom, 2005.
[4]   Mahdavi, S., Kermanian, H., and Varshoei, A., “A Comparison of Mechanical Properties of Date Palm Fiber-Polyethylene Composite”, Bio Resources, Vol. 5, No. 4, pp. 2391-2403, 2010.
[5]   Shalwan, A. and Yousif, B., “Investigation on Interfacial Adhesion of Date Palm/Epoxy Using Fragmentation Technique”, Materials & Design, Vol. 53, pp. 928-937, 2014.
[6]   AL-Oqla, F.M., Alothman, O.Y., Jawaid, M., Sapuan, S.M., and Es- Saheb, M.H., “Processing and Properties of Date Palm Fibers and Its Composites”, In Biomass and Bioenergy, Springer International Publishing, New York, USA, 2014.
[7]   Al-Oqla, F.M. and Sapuan, S.M., “Natural Fiber Reinforced Polymer Composites in Industrial Applications: Feasibility of Date Palm Fibers for Sustainable Automotive Industry”, Journal of Cleaner Production, Vol. 66, pp. 347-354, 2014.
[8]   AlMaadeed, M.A., Kahraman, R., Noorunnisa Khanam, P., and Al-Maadeed, S., “Characterization of Untreated and Treated Male and Female Date Palm Leaves”, Materials and Design, Vol.43, pp. 526–531, 2013.
[9]   Amroune, S., Bezazi, A., Belaadi, A., Zhu, C., Scarpa, F., Rahatekar, S., and Imad, A., “Tensile Mechanical Properties and Surface Chemical Sensitivity of Technical Fibres from Date Palm Fruit Branches (Phoenix Dactylifera L.)”, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 71, pp. 95–106, 2015.
[10] Shalwan, A. and Yousif, B.F., “Investigation on Interfacial Adhesion of Date Palm/Epoxy Using Fragmentation Technique”, Materials and Design, Vol. 53, pp. 928–937, 2015.
[11] Senawi, R., Alauddin, S.M., Salleh, R.M., Rashid, S.R.A., and Shueb, M.I., “Effect of Chemical Treatments on Properties of Polylactic Acid (PLA) and Empty Fruit Bunch (EFB) Fibers Biocomposites”, 2013 IEEE Business Engineering and Industrial Applications Colloquium (BEIAC), Langkawi, Malaysia, 2013.
[12] Maniruzzaman, M., Rahman, M.A., Gafur, M.A., Fabritius, H., and Raabe, D., “Modification of Pineapple Leaf Fibres and Graft Copolymerization of Acrylonitrile onto Modified Fibers”, Journal of Composite Materials, Vol. 46, No. 1, pp. 79-90, 2011.
[13] Husnil, Y.A., Ismojo, A., Handayani, A.S., Setiaji, D.A., and Chalid, M., “The Effect of Alkalization and Bleaching Treatment of Sorghum Fibre on the Crystallinity Index of Pp Composite”, Materials Science and Engineering, Vol. 509, 2019.
[14] Razali, N.A.M., Ya'acob, W.M.H.W., Rusdi, R.A.A., and Aziz, F.A., “Extraction of Rice Straw Alpha Cellulose Micro/Nano Fibres”, Materials Science Forum, Vol. 888, pp. 244-247, 2017.
[15] Manjula R., Raju N.V., Chakradhar R.P.S., and Johns J., “Effect of Thermal Aging and Chemical Treatment on Tensile Properties of Coir Fiber”, Journal of Natural Fibers, Vol. 15, pp. 112-21, 2018.
[16] Chandramohan, D. and Kumar, A.J., “Experimental Data on the Properties of Natural Fiber Particle Reinforced Polymer Composite Material”, Data in Brief, Vol.13, pp. 460-468, 2017.
[17] Sepe, R., Bollino, F., Boccarusso, L., and Caputo, F., “Influence of Chemical Treatments on Mechanical Properties of Hemp Fiber Reinforced Composites”, Composites Part B: Engineering, Vol. 133, pp. 210-217, 2018.
[18] Singh, J.I.P., Sehijpal, S., and Dhawan, V., “Influence of Fiber Volume Fraction and Curing Temperature on Mechanical Properties of Jute/Pla Green Composites”, Polymers and Polymer Composites, Vol. 28, No. 4, pp. 273-284, 2020.
[19] Sayeed, M.M.A., Sayem, A.S.M., and Haider, J., “Opportunities with Renewable Jute Fiber Composites to Reduce Eco-Impact of Nonrenewable Polymers”, Encyclopedia of Renewable and Sustainable Materials, Elsevier, pp. 810-821, 2020.
[20] Geranmayeh, A., Eslami-Farsani, R., and Zareei, Na., " Interlaminar Shear Strength and Tensile Properties of Environmentally-Friendly Fiber Metal Laminates Reinforced by Hybrid Basalt and Jute Fibers”, Polymer Testing, Vol. 75, pp. 205-212, 2019.
[21] Singh, J.I.P., Sehijpal, S., and Dhawan, V., “Effect of Alkali Treatment on Mechanical Properties of Jute Fiber-Reinforced Partially Biodegradable Green Composites Using Epoxy Resin Matrix”, Polymers and Polymer Composites, Vol. 28, No. 6, pp. 388-397, 2020.
[22] Tripathy, S., Dehury, J., and Mishra, D., “A Study on the Effect of Surface Treatment on the Physical and Mechanical Properties of Date-Palm Stem Liber Embedded Epoxy Composites”, Materials Science and Engineering, Vol. 115, 2016.
[23] Gholami, M., Ahmadi, M.S., Tavanaie, M.A., and Khajeh Mehrizi, M., “Mechanical Properties of Date Palm Fiber Reinforced Polymer Composites: A Review”, Polymerization, Vol. 7, No. 1, pp. 83-94, 2017 (In Persian).
[24] Abdal-hay, A., Suardana, N.P.G., Jung, D.Y., Choi, K.-S. and Lim, J.K., “Effect of Diameters and Alkali Treatment on the Tensile Properties of Date Palm Fiber Reinforced Epoxy Composites”, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 13, No. 7, pp. 1199-1206, 2009.
[25] Boukettaya, S., Al Seddique, W., Alawar, A., Daly, H.B., and Hammami, A., “Cooling Rate Effects on the Crystallization Kinetics of Polypropylene/Date Palm Fiber Composite Materials”, Sci. Eng. Compos. Mater, Vol. 23, No. 5, pp. 523–533, 2016.
[26] Nguyen, T.C., Ruksakulpiwat, C., and Ruksakulpiwat, Y., “Extraction of Cellulose Microfibrils from Cassava Pulp”, Key Engineering Materials Submitted, Vol. 723, pp 427-433, 2017.
[27] Pradeep, P. and Dhas, J.E.R., “Characterization of Chemical and Physical Properties of Palm Fibers”, Advances in Materials Science and Engineering: An International Journal (MSEJ), Vol. 2, No. 4, 2015.
[28] Alawar, A., Hamed, A.M., and Al-Kaabi, K., “Characterization of Treated Date Palm Tree Fiber as Composite Reinforcement”, Composites Part B: Engineering, Vol. 40, No. 7, pp. 601–606, 2009.