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固化温度和纤维体积分数对剑麻纤维增强聚酯复合材料的力学性能

C.Boopathi* 1,年代。Kalyana他2,S.Jayabal3,S.Karthikeyan4
  1. P.G.学者,机械工程系。C大学的工程和技术、Karaikudi Tamilnadu,印度
  2. 机械工程系,研究学者。C大学的工程和技术、Karaikudi Tamilnadu,印度
  3. 机械工程学系,助理教授。C大学的工程和技术、Karaikudi Tamilnadu,印度
  4. P.G.学者,机械工程系。C大学的工程和技术、Karaikudi Tamilnadu,印度
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文摘

天然纤维增强聚合物复合材料获得了研究人员的兴趣,因为它有吸引力的特性,如低重量、高刚度、低成本。本调查旨在研究固化温度的影响和纤维体积分数对剑麻纤维增强聚酯复合材料的力学性能。复合表被改变的固化温度(40、60、80和100 oc)和纤维体积分数(15、30和45%)。制造复合表测试的力学性能即拉伸和冲击强度按ASTM标准。回归模型是研究开发制造参数和力学性能之间的关系。的拉伸和冲击性能剑麻纤维增强聚酯复合材料优化使用响应面方法(RSM)。获得的结果被发现和证实了有效的制造所扮演的角色的重要参数被认为是在这个调查,在改善剑麻纤维增强聚酯复合材料的拉伸和冲击性能。

关键字
剑麻纤维、聚酯复合材料力学性能、回归分析、响应面方法

我的介绍。
由于科技的发展和增长,需要材料有较高的特定属性。这种需求不能满足使用陶瓷和金属合金。因此,天然纤维增强聚合物复合材料可以作为替代资源来满足这个需求而且有很多优势在传统使用天然纤维作为增强材料,如低密度、低成本、增强能量回收,可接受的特定强度和可生物降解的[1]。例如,亚麻纤维增强聚烯烃在今天的汽车工业中广泛使用的[2]。亚麻等天然纤维的力学性能,黄麻,麻麻,很好,已经成功地用作聚合物基复合材料的强化(3、4)。进行了一系列调查不同类型的洋麻等天然纤维,大麻、亚麻、竹子、和黄麻研究纤维对复合材料的力学性能的影响[5 - 7]。天然纤维增强复合材料的力学性能取决于各种因素,如类型的纤维,纤维性能、纤维取向、制造条件。过去许多研究进行了研究这些因素的影响自然纤维增强聚合物复合材料的力学性能。纤维长度和纤维含量的影响在短香蕉纤维增强聚酯复合研究Pothan et al。[8]。抗拉强度是观察到的最大30毫米纤维长度在观察冲击强度最大40毫米纤维长度。掺入40%未经处理的纤维为20%的增加抗拉强度和冲击强度增加了34%。 Joseph et al. [9] evaluated the effect of fiber length and fiber content on banana fiber and glass fiber. Belmeres et al. [10] found that sisal, henequen, and palm fiber have similar chemical, physical, and tensile properties. Cazaurang et al. [11] carried out a systematic study on the properties of henequen fiber and reported that these fibers have mechanical properties which are suitable for reinforcing thermoplastic resins.
而且复合材料的制造条件有一个重要的角色与复合材料力学性能的影响[12]。建模和优化对聚合物复合材料的力学性能在工程和开设了新平台商业应用(13 - 15)。采取在考虑,这个工作是侧重于研究固化温度的影响和纤维体积分数对剑麻纤维增强聚酯复合材料的力学性能。回归模型是研究开发制造参数和力学性能之间的关系即拉伸和冲击强度。的拉伸和冲击性能剑麻纤维增强聚酯复合材料优化使用响应面方法(RSM)。

二世。材料和方法
答:材料
剑麻纤维(抗拉强度610 MPa,密度1.45克/立方厘米)收集当地的钦奈,Tamilnadu被用作加固材料。不饱和聚酯树脂(抗拉强度为12.5 MPa和密度1.10克/立方厘米)由GRV企业马杜赖作为基质材料。钴辛酸酯和过氧化甲乙酮(MEKP)分别作为加速器和催化剂。压缩成型技术用于复合材料制造
b复合加工
剑麻纤维随机强化聚酯矩阵的不同纤维体积分数的三个层次即15%、30%和45%。矩阵系统由聚酯树脂混合1.5%的钴辛酸酯加速器和1.5%的过氧化甲乙酮(MEKP)催化剂。复合表制作使用压缩成型方法在2.6 MPa的压力,通过改变加工温度在四层(40、60、80和100摄氏度)。总共12复合表是捏造的,减少拉伸和冲击强度按ASTM标准。
c .综合测试
复合表制作测试其拉伸(ASTM d - 638)和影响(ASTM d - 256)属性按ASTM标准。的Hounsfield万能试验机用于执行拉伸试验(图1)。试样垂直定位在试验机的控制。十字头的测试进行了0.5毫米/分钟的速度。随着标本的标本拉长阻力增加检测到负载细胞。一个IBM的计算机与拉力试验机是用来记录测试数据。冲击试验是利用摆锤式冲击试验机按ASTM D 256 - 10。试样是支持作为一个简支梁和破碎的由一个钟摆的摆动。
图像
d建模和优化
从获得的拉伸和冲击性能试验研究是用于开发制造参数和力学性能之间的回归模型。响应面方法是本研究中使用的技术来构建之间的经验模型的输出响应(拉伸和冲击强度)和独立变量(固化温度和纤维体积分数)。基于3 d数学模型是合理的响应曲面图和相关系数造成统计软件(设计专家V 8),因此开发模型优化的拉伸和冲击性能最大化剑麻纤维增强聚酯复合材料。

三世。结果与讨论
答:复合材料的拉伸强度
固化温度的影响和纤维体积分数的复合材料的抗拉强度是图2所示。复合材料经历了一个逐渐增加的抗拉强度与固化温度的增加其强度,然而27.5 MPa的价值达到最大在600 C和趋于下降温度增加超过600 C。这是由于剑麻纤维与涤纶的好湿能力矩阵。类似的复合材料的纤维体积分数较低(15%)经历了贫穷的拉伸性能是由于贫困压力纤维和基体之间的转移。复合材料拉伸性能差的高纤维体积分数(45%)是由于大量纤维的不相容矩阵比例小。
图像
复合材料的冲击强度
固化温度的影响和纤维体积分数对复合材料的冲击强度是图3所示。冲击强度(36 kJ / m3)的剑麻纤维增强聚酯复合材料被发现更好的复合材料的纤维体积分数30%。复合材料的固化温度也发现发挥重要作用在提高复合材料的冲击性能。复合表获得其冲击强度逐渐增加,固化温度时达到最大值800 C复合表捏造800 C保证树脂的均匀扩散状况进而改善纤维的bindability矩阵。但增加温度超过800摄氏度导致可怜的冲击性能。较高的树脂形成挤压模具进行压缩目睹损失在树脂粘度更高的温度。这扎根贫困粘树脂在纤维表面最终导致可怜的冲击强度
图像
C使用RSM经验模型
拉伸和冲击强度的回归模型剑麻纤维增强聚酯复合材料的开发使用响应面方法(RSM)。3 d响应图拉伸和冲击强度得到统计工具显示在图4 (a)和图4 (b)。情节表明固化温度和纤维体积分数的交互影响拉力和剑麻纤维增强聚酯复合材料的冲击强度。相关系数(R2)获得的拉伸和冲击强度综合指数分别为0.92和0.93。R2值越高(接近1)表示的意义使用响应面分析模型。
图像
复合材料的拉伸和冲击强度表现出二次与工艺参数的关系即固化温度和纤维体积分数在方程(1)和(2)。
图像
ts是复合材料的抗拉强度(MPa),是复合材料的冲击强度(kJ / m2), tc和vf固化温度(摄氏度)和纤维体积分数分别为(%)。
d优化使用RSM
的数学模型进行优化确定更好的拉伸和冲击强度。制造条件(固化温度和纤维体积分数),可能会产生更好的拉伸和冲击强度是预测使用响应面方法。拉伸和冲击强度的预测情节的剑麻纤维增强聚酯复合材料所示,微型计算机体积很小(a)和图5 (b)。更好的抗拉强度值27.86 MPa在固化温度预测的61.5 o C和纤维体积分数为28.14%。同样更好的冲击强度值35.06 kJ /平方。m是预测的固化温度79度C和纤维体积分数为31.35
图像

4结论
固化温度和纤维体积分数被认为是在这个调查极大地影响了剑麻纤维增强聚酯复合材料的力学性能。使用RSM开发的预测模型也发现意义重大。本调查中使用响应面优化有效地预测剑麻纤维增强聚酯复合材料的力学性能。61.5 oC & 79 oC的固化温度可以被认为是有前途的条件分别达到更好的拉伸和冲击性能。类似的纤维体积分数介于28 - 30%可以被认为是有前途的条件分别达到更好的拉伸和冲击性能。这个特定的调查将会打开一个新的平台,天然纤维增强复合材料。

引用
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