Механические свойства экологически чистых гибридных полимерных композитов с джутовыми волокнами и волокнами сиды сердцелистной
- Авторы: Шарма Б.П.1, Деванган Р.1, Шарма Ш.С.1
-
Учреждения:
- Выпуск: Том 26, № 3 (2024)
- Страницы: 267-285
- Раздел: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
- URL: https://ogarev-online.ru/1994-6309/article/view/293464
- DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2024-26.3-267-285
- ID: 293464
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Признание лечебных свойств растений является неотъемлемой частью традиционных индийских систем здравоохранения. Среди прочих сида сердцелистная, представитель семейства мальвовых, особенно известна в медицине своими выдающимися химическими свойствами. Это растение произрастает в субтропическом и тропическом климате Индии и символизирует глобальный переход к более экологически безопасным материалам. Учитывая растущие экологические проблемы, существует повышенный спрос на биоразлагаемые и возобновляемые ресурсы для промышленного применения, особенно для упрочнения полимерных матриц натуральными волокнами. Целью данного исследования является изучение эффективности волокон сиды сердцелистной в сочетании с джутом для упрочнения композитов на основе полимолочной кислоты (PLA). Это подчеркивает их потенциал для улучшения качества окружающей среды и повышения механических свойств материалов. Материалы и метод. Исследование включает в себя изготовление четырех различных композитных образцов: исключительно из 4-слойного джутового мата; необработанных волокон сиды сердцелистной в сочетании с 4-слойным джутовым матом; волокон сиды сердцелистной, обработанных бензоилированием, в сочетании с 4-слойным джутовым матом. Эти композиты были подвергнуты механическим испытаниям с упором на определение прочности на растяжение и прочности на изгиб. Был также проведен их микроструктурный анализ. Результаты и обсуждение. Результаты показывают, что волокна сиды сердцелистной, обработанные бензоилированием, демонстрируют значительно более высокую прочность по сравнению с их необработанными аналогами. При этом увеличение доли волокон сиды сердцелистной в композитах при сохранении постоянной общей массы коррелирует с повышением прочности материалов. Эти результаты показывают, что сида сердцелистная и PLA-композиты, упрочненные джутовым волокном, могут стать конкурентной, экологически чистой альтернативой композитам, упрочненным синтетическим волокном, в различных отраслях промышленности. Наконец, обработанные натуральные волокна, такие как сида сердцелистная, могут значительно улучшить механические свойства полимерных композитов, поддерживая их использование в качестве экологически чистых, высокоэффективных материалов в различных отраслях промышленности. Настоящее исследование способствует не только использованию натуральных волокон в коммерческих целях, но также достижению более высокой цели экологически рационального материаловедения.
Об авторах
Б. П. Шарма
Email: bpsharma@amity.edu
ORCID iD: 0000-0002-3207-7286
канд. техн, наук, доцент, Университет Амити, Уттар-Прадеш, Нойда, 201313, Индия, bpsharma@amity.edu
Р. Деванган
Email: rdewangan@jpr.amity.edu
ORCID iD: 0000-0002-1973-6726
канд. техн, наук, доцент, Университет Амити, Раджастхан, Джайпур, 303002, Индия, rdewangan@jpr.amity.edu
Ш. С. Шарма
Email: sssharma1@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1510-5871
доктор техн, наук, доцент, Манипалский университет, Джайпур, Джайпур, 303007, Индия, sssharma1@gmail.com
Список литературы
- Ngo T.-D. Introduction to composite materials // Composite and Nanocomposite Materials: From Knowledge to Industrial Applications. – London: IntechOpen, 2020. – doi: 10.5772/intechopen.91285.
- Bajpai P.K., Singh I., Madaan J. Development and characterization of PLA-based green composites: a review // Journal of Thermoplastic Composite Materials. – 2014. – Vol. 27 (1). – P. 52–81. – doi: 10.1177/0892705712439571.
- Green composites: a review of processing technologies and recent applications / G.S. Mann, L.P. Singh, P. Kumar, S. Singh // Journal of Thermoplastic Composite Materials. – 2020. – Vol. 33 (8). – P. 1145–1171. – doi: 10.1177/0892705718816354.
- Li X., Tabil L.G., Panigrahi S. Chemical treatments of natural fiber for use in natural fiber-reinforced composites: a review // Journal of Polymers and the Environment. – 2007. – Vol. 15. – P. 25–33. – doi: 10.1007/s10924-006-0042-3.
- Bismarck A., Mishra S., Lampke T. Plant fibers as reinforcement for green composites // Natural fibers, biopolymers, and biocomposites. – CRC Press, 2005. – P. 52–128.
- Natural fibre composites and their applications: a review / P. Peças, H. Carvalho, H. Salman, M. Leite // Journal of Composites Science. – 2018. – Vol. 2 (4). – doi: 10.3390/jcs2040066.
- Polymer composite materials: a comprehensive review / R. Hsissou, R. Seghiri, Z. Benzekri, M. Hilali, M. Rafik, A. Elharfi // Composite Structures. – 2021. – Vol. 262. – doi: 10.1016/j.compstruct.2021.113640.
- Physicochemical properties of new cellulosic fibers from the bark of Acacia arabica / P. Senthamaraikannan, S.S. Saravanakumar, V.P. Arthanarieswaran, P. Sugumaran // International Journal of Polymer Analysis and Characterization. – 2016. – Vol. 21 (6). – P. 548–553. – doi: 10.1080/1023666X.2016.1177699.
- Effects of alkali treatment on the structure, morphology and thermal properties of native grass fibers as reinforcements for polymer matrix composites / W. Liu, A.K. Mohanty, L.T. Drzal, P. Askel, M. Misra // Journal of Materials Science. – 2004. – Vol. 39 (3). – P. 1051–1054.
- Characterization of new natural cellulosic fiber from heteropogon contortus plant / N.R.J. Hyness, N.J. Vignesh, P. Senthamaraikannan, S.S. Saravanakumar, M.R. Sanjay // Journal of Natural Fibers. – 2018. – Vol. 15 (1). – P. 146–153. – doi: 10.1080/15440478.2017.1321516.
- On the microstructure and physical properties of untreated raffia textilis fiber / R.G. Elenga, G.F. Dirras, J. Goma Maniongui, P. Djemia, M.P. Biget // Composites, Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2009. – Vol. 40 (4). – P. 418–422. – doi: 10.1016/j.compositesa.2009.01.001.
- Characterization of new natural cellulosic fiber from the bark of dichrostachys cinerea / P.G. Baskaran, M. Kathiresan, P. Senthamaraikannan, S.S. Saravanakumar // Journal of Natural Fibers. – 2018. – Vol. 15 (1). – P. 62–68. – doi: 10.1080/15440478.2017.1304314.
- Phyto-pharmacological properties of Sida cordifolia: a review of folklore use and pharmacological activities / N. Khurana, N. Sharma, S. Patil, A. Gajbhiye // Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research. – 2016. – Vol. 9 (suppl. 2). – P. 52–58. – doi: 10.22159/ajpcr.2016.v9s2.13698.
- Effect of chemical treatment on dynamic mechanical properties of sisal fiber-reinforced polyester composites fabricated by resin transfer molding / P.A. Sreekumar, R. Saiah, J.M. Saiter, N. Leblanc, K. Joseph, G. Unnikrishnan, S. Thomas // Composite Interfaces. – 2008. – Vol. 15 (2–3). – P. 263–279. – doi: 10.1163/156855408783810858.
- Jayaramudu J., Guduri B.R., Varada Rajulu A. Characterization of new natural cellulosic fabric Grewia tilifolia // Carbohydrate Polymers. – 2010. – Vol. 79 (4). – P. 847–851. – doi: 10.1016/j.carbpol.2009.10.046.
- Shakya A., Chatterjee S.S., Kumar V. Efficacies of fumaric acid and its mono and di-methyl esters in rodent models for analgesics and anti-inflammatory agents // EC Pharmaceutical Science. – 2015. – Vol. 1 (2). – P. 76–88.
- Extraction and characterization of natural cellulose fibers from maize tassel / C.E. Maepa, J. Jayaramudu, J.O. Okonkwo, S.S. Ray, E.R. Sadiku, J. Ramontja // International Journal of Polymer Analysis and Characterization. – 2015. – Vol. 20 (2). – P. 99–109. – doi: 10.1080/1023666X.2014.961118.
- Indran S., Edwin Raj R., Sreenivasan V.S. Characterization of new natural cellulosic fiber from Cissus quadrangularis root // Carbohydrate Polymers. – 2014. – Vol. 110. – P. 423–429. – doi: 10.1016/j.carbpol.2014.04.051.
- Sindhu R., Pandey A., Binod P. Alkaline treatment // Pretreatment of biomass: processes and technologies. – Elsevier, 2015. – P. 51–60. – doi: 10.1016/B978-0-12-800080-9.00004-9.
- Characterization of new cellulosic fiber from the stem of Sida rhombifolia / R. Gopinath, K. Ganesan, S.S. Saravanakumar, R. Poopathi // International Journal of Polymer Analysis and Characterization. – 2016. – Vol. 21 (2). – P. 123–129. – doi: 10.1080/1023666X.2016.1117712.
- Characterization of a novel natural cellulosic fiber from Juncus effusus L. / M. Maache, A. Bezazi, S. Amroune, F. Scarpa, A. Dufresne // Carbohydrate Polymers. – 2017. – Vol. 171. – P. 163–172. – doi: 10.1016/j.carbpol.2017.04.096.
- Characterization of natural cellulosic fiber from Epipremnum aureum stem / M.V. Maheshwaran, N.R.J. Hyness, P. Senthamaraikannan, S.S. Saravanakumar, M.R. Sanjay // Journal of Natural Fibers. – 2018. – Vol. 15 (6). – P. 789–798. – doi: 10.1080/15440478.2017.1364205.
- Prithiviraj M., Muralikannan R. Investigation of optimal alkali-treated perotis indica plant fibers on physical, chemical, and morphological properties // Journal of Natural Fibers. – 2022. – Vol. 19 (7). – P. 2730–2743. – doi: 10.1080/15440478.2020.1821291.
- Boubacar Laougé Z., Merdun H. Pyrolysis and combustion kinetics of Sida cordifolia L. using thermogravimetric analysis // Bioresource Technology. – 2020. – Vol. 299. – doi: 10.1016/j.biortech.2019.122602.
- Poly (lactic Acid): a versatile biobased polymer for the future with multifunctional properties-From monomer synthesis, polymerization techniques and molecular weight increase to PLA applications / E. Balla, V. Daniilidis, G. Karlioti, T. Kalamas, M. Stefanidou, N.D. Bikiaris, A. Vlachopoulos, I. Koumentakou, D.N. Bikiaris // Polymers. – 2021. – Vol. 13 (11). – doi: 10.3390/polym13111822.
- Extraction of plant based natural fibers – a mini review / D. Mohankumar, V. Amarnath, V. Bhuvaneswari, S.P. Saran, K. Saravanaraj, M. Srinivasa Gogul, S. Sridhar, G. Kathiresan, L. Rajeshkumar // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2021. – Vol. 1145 (1). – P. 012023. – doi: 10.1088/1757-899X/1145/1/012023.
- Mohanty A.K., Misra M., Drzal L.T. Surface modifications of natural fibers and performance of the resulting biocomposites: an overview // Composite Interfaces. – 2001. – Vol. 8 (5). – P. 313–343. – doi: 10.1163/156855401753255422.
- Nair K.C.M., Thomas S., Groeninckx G. Thermal and dynamic mechanical analysis of polystyrene composites reinforced with short sisal fibres // Composites Science and Technology. – 2001. – Vol. 61 (16). – P. 2519–2529. – doi: 10.1016/S0266-3538(01)00170-1.
- Joseph K., Thomas S., Pavithran C. Effect of chemical treatment on the tensile properties of short sisal fibre-reinforced polyethylene composites // Polymer. – 1996. – Vol. 37 (23). – P. 5139–5149. doi: 10.1016/0032-3861(96)00144-9.
Дополнительные файлы
