مقایسه الیاف طبیعی سلولزی و الیاف سنتزی آرامید بر ویژگی های مکانیکی کامپوزیت بستر اپوکسی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی،زیراب، ایران

2 استادیار دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، زیراب، ایران

چکیده

در بسیاری از کاربردهای مهندسی، به تلفیقی از ویژگی‌ها نیازست و یک ماده نمی‌تواند تمامی الزامات را برآورده‌سازد. بنابراین تولید و کاربرد چندسازه‌ها در صنایع مختلف از طریق ترکیب مواد، کاربرد وسیعی یافته‌است. بااینحال، مسائل زیست‌محیطی کاربرد سازندهای دوستدار محیط‌زیست را در ترکیب چندسازه‌ها الزام می‌نماید. از این‌رو در این پژوهش، امکان جایگزینی الیاف طبیعی سلولزی با الیاف سنتزی وارداتی کِولار در ترکیب کامپوزیت پایه اپوکسی در حضور و عدم حضور نانوبنتونیت بررسی‌شد. الیاف مزبور در سطوح %5/0 و %25/0 و نانوبنتونیت در سطوح %1/0 و %2/0 در رزین اپوکسی مخلوط و پس از حباب‌زدائی و تکمیل گیرایی کامپوزیت، مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان‌داد که عدم وجود حباب و نیز یکنواختی شکل-گیری، بیشترین تاثیر را بر ویژگی‌ها دارد. بنحویکه مقاومت کششی کامپوزیت حاوی %5/0 الیاف کولار کمتر از %25/0 بود. برخلاف الیاف کولار، افزایش کاربرد منفرد الیاف سلولزی منجر به بهبود چشمگیر مقاومت کششی و مدول‌های الاستیسیته و خمشی گردید. بنحویکه در سطح کاربرد % 5/0، ویژگی‌های مذکور و نیز سطح تخریب‌شده کامپوزیت سلولزی بر اثر ضربه بالستیک، حائز برتری بوده که به طول کوتاه‌تر الیاف سلولزی (mm8/1) در مقایسه با الیاف کولار (mm8/4) و شکل‌گیری بهتر مربوط می‌گردد. لیکن جذب انرژی در الیاف کولار (54 ژول) بیشتر از الیاف سلولزی (50 ژول) بود. کاربرد منفرد الیاف سلولزی و کولار و تلفیق آنها با نانوبنتونیت منجر به تقارن شکست و کاهش چشمگیر سطح تخریب (تا cm210) و ترک‌های بستر کامپوزیت در مقایسه با نمونه شاهد (cm2 17) رزین اپوکسی گردید.

کلیدواژه‌ها


[1] Pourkarim Dodangeh, H. and Jalali Torshizi, H., 2018. The effect of cellulose nanofibres on cationic starch efficiency in pulp and paper recycled from packaging waste paper. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 9(2):187-197.

[2] Monteiro, S.N., Louro, L.H.L., Elias, W.T.C.N., Ferreira, C.L., Lima, E.D.S., Weber, R.P., Suarez, J.C.M., Figueiredo, A.B.S., Pinheiro, W.A., Da Silva, L.C. and Lima Jr, E.D.P., 2015. Natural Curaua Fiber-Reinforced Composites in Multilayered Ballistic Armor. Metallurgical and Materials Transactions A, 46(10): 4567–4577. DOI: 10.1007/s11661-015-3032-z.

[3] Kalia, S., Kaith, B. and Kaur, I., 2011. Cellulose fibers: bio-and nano-polymer composites: green chemistry and technology. Springer Science & Business Media.

[4] Zah, R., Hischier, R., Leão. A.L. and Braunc, I., 2007. Curauá fibers in the automobile industry–a sustainability assessment. Journal of Cleaner Production, 15(11–12): 1032-1040.

[5] Thakur, V. K., Thakur, M. K. and  Gupta, R. K., 2014. Review: Raw Natural Fiber–Based Polymer Composites. International Journal of Polymer Analysis and Characterization, 19(3):256-271.

[6] Shah, D. U., 2013. Developing plant fiber composites for structural applications by optimizing composite parameters: a critical review. Journal of Materials Science,48(18):6083–6107.

[7] Faruk O., Bledzki, A.K., Fink, H.P. and  Sain, M., 2012. Biocomposites reinforced with natural fibers: 2000–2010. Progress in Polymer Science, 37(11): 1552-1596.

[8] Børvik, T., Langseth, M., Hopperstad, O.S. and Malo, K.A., 1999. Ballistic penetration of steel plates. International Journal of Impact Engineering, 22(9): 855-886.

[9] Abrate, S., 1998. Ballistic Impact on Composite Structures. 1st ed., Cambridge University Press, Cambridge.

[10] Tasdemirci, A., Tunusoglu, G. and Güden, M., 2012. The effect of the interlayer on the ballistic performance of ceramic/composite armors: Experimental and numerical study. International Journal of Impact Engineering, 44:1-9.

[11] Patterson, B.A., Malakooti, M.H., Linc, J., Okoromd, A. and Sodano, H.A., 2018. Aramid nanofibers for multiscale fiber reinforcement of polymer composites. Composites Science and Technology, 161: 92–99.

[12] Caldwell, K.B. and Berg, J.C., 2017. Nanoparticles as interphase modifiers in fiber reinforced polymeric composites: a critical review. Progress in Adhesion and Adhesives. 5(1): 1–54.

[13] Juntaro, J., Pommet, M., Mantalaris, A., Shaffer, M. and Bismarck, A., 2007. Nanocellulose enhanced interfaces in truly green unidirectional fiber reinforced composites. Composite Interfaces, 14(7–9): 753–762.

[14] Lee, K., Aitomäki, Y., Berglund, L.A., Oksman, K. and Bismarck, A., 2014. On the use of nanocellulose as reinforcement in polymer matrix composites, Composites Science and Technology, 105: 15–27.

[15] Rahman, R. and Putra, SZFS., 2019. Tensile properties of natural and synthetic fiber-reinforced polymer composites. Mechanical and Physical Testing of Biocomposites, Fibre-Reinforced Composites and Hybrid Composites, Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering, 81-102.

 [16] Wambua, P., Vangrimde, B., Lomov, S. and Verpoest, I., 2007. The response of natural fiber composites to ballistic impact by fragment simulating projectiles. Composite Structures, 77(2): 232-240.

[17] Anidha, S., Latha, N. and Muthukkumar, M., 2019. Reinforcement of Aramid fiber with bagasse epoxy bio-degradable composite: investigations on mechanical properties and surface morphology. Journal of Materials Research and Technology. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.05.008.

[18] Rana, S. and Fangueiro, R., 2016. Advanced composite materials for aerospace engineering: Processing, properties and applications. Wood head publishing.

[19] Ngo, T.D., Ton‐That, M.T., Hoa, S. and Cole, K., 2008. Reinforcing effect of organoclay in rubbery and glassy epoxy resins, part 1: Dispersion and properties. Journal of Applied Polymer Science, 107(2): 1154-1162.

[20] Mirabedini, S., Behzadnasab, M. and Kabiri, K., 2012. Effect of various combinations of zirconia and organoclay nanoparticles on mechanical and thermal properties of an epoxy nanocomposite coating. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 43(11): 2095-2106.

[21] Lui, A.,   Fouda, A., Matsuura, T. and Sourirajan S., 1988. Studies on the solvent exchange technique for making dry cellulose acetate membranes for the separation of gaseous mixtures. Journal of Applied Polymer Science, 36(8): 1809-1820.

[22] Park, S.J., Seo, M.K.,  Ma, T.J. and Lee D.R., 2002. Effect of chemical treatment of Kevlar fibers on mechanical interfacial properties of composites. Journal of Colloid and Interface Science, 252(1): 249-255.

[23] Moallemzadeh, A.R., Sabet, A.R. and Abedini, H., 2017. Mechanical and morphological study of polymer composite plates having different fiber surface treatments with particular response to high velocity projectile impact. Iranian Polymer Journal, 26(3): 229-238.

[24] Saba, N., Mohammad, F., Pervaiz, M., Jawaid, M., Alothman, O.Y. and Sain, M., 2017. Mechanical, morphological and structural properties of cellulose nanofibers reinforced epoxy composites. International journal of biological macromolecules, 97: 190-200.

[25] Madhoushi, M., Mehdinia, M. and Yousefi, H., 2016. Study of physical and mechanical properties of cellulosic and lignocellulosic nanofibers reinforced epoxy resin. Journal of Wood and Forest Science and Technology, 23(2): 279-295.

[26] Talib, A., Abu Abbud, L.H., Ali, A. and Mustapha, F., 2012. Ballistic impact performance of Kevlar-29 and Al2O3 powder/epoxy targets under high velocity impact. Materials & Design, 35: 12-19.