Calotropis gigantea 섬유의 기계적 및 열적 안정성에 관한 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 16291(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

최근에는 경량화를 위해 천연섬유를 도입하여 합성소재의 사용을 줄이는 추세입니다. 본 연구에서는 강화 단계(40%)로 Madar(Calotropis gigantea) 섬유를 선택하고 매트릭스 재료로 선택한 밀기울 필러와 에폭시 폴리머를 혼합했습니다. 하이브리드 복합재의 기계적 특성을 계산하기 위해 서로 다른 섬유/필러 중량 비율을 갖는 5개의 복합재 라미네이트를 제작했습니다. 그 결과, 마다르 섬유의 중량비가 증가할수록 복합 적층체 샘플(A)에서 인장강도(20.85MPa), 굽힘강도(24.14MPa), 충격에너지 흡수율(23J) 등 우수한 기계적 특성이 관찰되는 것으로 나타났다. ) 이 복합 재료에 대한 밀기울 나노필러의 중량 비율이 증가하는 것과 비교됩니다. 동시에 밀기울 나노필러를 늘리면 최대 445°C의 분해 온도까지 열 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 기계적 시험 전 주사전자현미경(SEM) 분석을 통해 마다르 섬유, 브랜 나노필러, 에폭시 매트릭스 사이의 표면 상호작용을 분석하고, 라미네이트 파손 후 SEM 시험을 통해 파손 양상을 파악한다. 하이브리드 복합재의 기계적 테스트.

합성 섬유 강화 복합재를 대체하기 위한 연구에 사용하기 위해 천연 섬유 강화 복합재가 개발되고 있습니다. 매트릭스와 섬유는 환경 친화적이고 생분해 가능한 구성 요소로 교체되었습니다1. 보트 선체, 수영장 패널, 경주용 자동차 차체, 샤워실, 욕조, 보관 용기, 모조 화강암, 배양 대리석 대야 및 조리대와 같은 건물, 교량 및 구조물은 일반적으로 복합 재료로 제작되며 자동차 응용 분야에서도 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 일반 2. 필러는 일반적으로 미세한 유리, 석영 또는 실리카로 구성되며 수복물의 탄성 계수, 인장 강도, 경도 및 내마모성을 개선하고 중합 수축을 줄이기 위해 첨가됩니다. 도어 패널, 대시보드 구성 요소, 화물칸, 시트 쿠션, 등받이, 케이블 라이닝 등과 같은 내부 구성 요소는 일반적으로 천연 섬유로 강화된 복합 재료를 사용합니다3. 기계적 강도에 대한 요구가 높기 때문에 외부 적용이 제한됩니다. 천연 섬유 복합재는 내구성이 뛰어나고, 저렴하며, 가볍고, 비강도가 높고, 마모성이 없으며, 기계적 특성이 매우 우수하고, 환경 친화적이며, 생분해됩니다4. 공업용 대마, 황마, 아마는 우수한 기계적, 음향적, 단열 특성을 지닌 천연 섬유입니다. 섬유 함량과 길이는 천연 섬유 강화 복합재의 기계적, 물리적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 요소입니다. 최근에는 천연섬유의 특성을 규명하는 연구가 더 많이 진행되고 있습니다. Calotropis gigantea 섬유는 셀룰로오스 함량, 결정화도 지수(56.08%), 결정 크기(2.05 nm) 및 열 안정성(> 220 °C)으로 인해 보강재로 사용할 수 있으며, 이러한 값은 다른 천연 섬유의 값과 유사합니다. 현재 Cocos nucifera, Luffa cyclin-drive, Eucalyptus grandis, Pinus elliotti, Curaua 등과 같은 고분자의 강화제로 사용됩니다. 비교적 큰 회색빛 녹색 잎은 길이 5~20cm, 폭 4~10cm이며 쌍으로 나옵니다. 초본의 하부 부분은 목질이고, 공중에 있고, 직립하고, 가지가 있고, 원통형이며 단단하며, 상부 부분은 양모 같은 필라멘트로 덮여 있으며 연한 녹색이며 라텍스6을 포함합니다. 높은 중량 대비 강도 비율 외에도 Madar 섬유 강화 폴리머 복합재는 높은 내구성, 강성, 감쇠 특성, 굽힘 강도, 부식, 마모, 충격 및 화재에 대한 저항성과 같은 탁월한 특성을 보여줍니다7. 섬유 함량이 증가하면 인장 특성이 증가합니다. 폴리프로필렌 매트릭스가 분해되기 전에 우리는 이 조사에서 사탕수수 섬유 구성을 사용했습니다. 사탕수수 섬유는 다른 섬유 복합재와 비교할 때 450°C8에서 높은 열 안정성을 갖습니다. 시차 주사 열량계(DSC)는 인지된 온도의 증가가 섬유가 핵 생성 부위의 상태에 도달했음을 나타내는 일종의 열량계입니다. 폴리머가 결정화되기 때문에 사탕수수 섬유로 만든 복합재에서는 재료의 기계적 및 결정성이 향상됩니다. 이러한 스트랜드의 활용은 필라멘트의 상당한 비용이 그다지 중요하지 않은 항공 및 군사 응용 분야에서 옹호될 수 있습니다9. 길이에 따라 노출된 섬유의 강화는 단면 측정보다 훨씬 더 두드러집니다. 동시에 각도 비율로 알려진 단면 측정에 대한 길이 비율이 크게 변동될 수 있습니다. 섬유 강화 플라스틱(FRP)은 높은 품질과 견고성, 낮은 중량, 방향 조정을 통한 발전 능력(특히 지속성) 등 놀라운 특성으로 인해 현재 항공 혁신의 다양한 활용에 효과적으로 활용됩니다. 부하 전도와 함께 섬유10. 식물 줄기와 잎 섬유에서 추출한 아마, 황마, 대마, 모시, 케나프 섬유가 식물 잎에서 분리됩니다11. 식물의 껍질 바깥층에서 추출한 사이잘, 파인애플, 바나나 섬유를 통합하기 위해 씨앗이나 유기농 제품 가닥을 씨앗이나 천연 제품에서 분리합니다12. 62% 베릴륨과 38% Al을 함유한 가스 분무 제어 압출을 사용하여 재료를 테스트했습니다. 연구 결과에 따르면 파괴인성, 피로, 열전도도, 열팽창계수 등 하이브리드 복합재료의 기계적 및 열적 특성이 개선된 것으로 나타났습니다. 20% 천연 섬유 복합재는 인장 강도가 33% 증가하고 인장 탄성률이 75% 증가합니다. 이러한 발견을 바탕으로 매트릭스를 함유한 코이어 섬유는 보존된 코이어 섬유의 역할을 확인했으며 필러보다는 강화제 역할을 했습니다13. KF/PF 하이브리드 복합재료를 제조하기 위해 PALF(파인애플 잎 섬유)와 KF(Kenaf 섬유)의 표면을 조정하면 우수한 계면 강도를 얻을 수 있어 재료의 기계적 강도가 가능해집니다. 섬유 강화 복합재의 기계적 특성은 섬유 네트워크 계면 결합 품질에도 불구하고 섬유 품질, 모듈러스, 섬유 길이 및 방향과 같은 다양한 매개변수에 의존합니다14. 섬유 강화 폴리머 매트릭스는 적당한 무게, 취급 장치에 대한 해로움이 적고 상대적 기계적 특성이 뛰어나 합성 섬유에 비해 천연 섬유의 뛰어난 특성과 더 나은 관심 포인트로 인해 다양한 응용 분야에서 중요한 고려 사항이 되었습니다. 예를 들어 인장 탄성률 및 굴곡 탄성률, 성형 부품 복합재의 향상된 표면 완성도, 지속 가능한 자원, 풍부함, 준비 중 적응성, 생분해성 및 무시할 수 있는 웰빙 위험15입니다. NFRPC(천연섬유강화고분자복합체)의 폭넓은 활용은 다양한 디자인 분야에서 빠르게 발전하고 있습니다. 9% 잘게 잘린 마다르 섬유 중량 비율이 증가하면 반얀 섬유 중량 비율보다 하이브리드 복합재의 충격 에너지 흡수 능력이 더 크게 증가합니다. 지배적인 모드는 주사전자현미경 표면 형태학적 분석을 통해 발견되었습니다. 실패의 위험이 있습니다. 핸드 레이업 기법으로 제조된 양방향 Madar 섬유 에폭시 복합재의 경도, 인장강도, 충격강도 등 기계적 특성은 Madar16의 무게에 따라 증가했습니다. 굽힘 및 층간 강도는 초기에 12wt% madar 섬유 로딩까지 감소한 다음 48wt% madar 섬유 로딩으로 증가했습니다. 복합재료에 madar 섬유 투입이 증가하여 공동이 감소하는 것은 양방향 Madar/에폭시 복합재료의 기계적 특성이 증가하는 이유 중 하나입니다17. 폴리에스터와 혼합된 케나프의 인장강도와 탄성계수는 각각 381~712MPa와 27GPa였다. 또 다른 연구에서는 madar 및 바나나 섬유 강화 에폭시 하이브리드 복합재의 기계적 특성을 조사했습니다. 연구에 따르면 마다르/에폭시 복합재에 바나나를 첨가하면 인장 강도, 굴곡 강도, 충격 강도와 같은 기계적 특성이 각각 16%, 3.9%, 31.4% 증가한 것으로 나타났습니다19. 다양한 유형의 천연 섬유 강화 고분자 복합재는 Audi Group, Ford, Volkswagen, Mercedes 등과 같은 독일 자동차 조직과 같은 수많은 자동차 조직의 다양한 자동차 응용 분야에서 이상한 의미를 얻었습니다. 다양한 유형의 천연 섬유가 대체되고 있습니다. 복합재에 합성섬유를 사용합니다. 또한 복합재료의 열분해는 천연섬유 복합재료의 효율성을 확인하는 데 필요하다20.