علوم و فناوری کامپوزیت

مطالعه آزمایشگاهی خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت های زیست تجزیه پذیر تقویت شده الیافی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی دانشور، مهندسی نساجی، دانشگاه گیلان، رشت

2 مربی، مهندسی نساجی، دانشگاه فنی و حرف های، تهران.

چکیده

در این پژوهش خواص فیزیکی و زیست تجزیه‌پذیری کامپوزیت‌های سبز، حاصل از پارچۀ پنبه‌ای و رزین‌های زیست تجزیه‌پذیر (ترکیب نشاسته، پلی‌وینیل الکل (PVA) و کربوکسی متیل سلولز (CMC))، از روش ریخته‌گری محلول مطالعه شده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهند که بهترین استحکام کششی (معادل ± 2.1 MPa 27.8 MPa) و همچنین بیشترین مقدار مدول یانگ (GPa ± 0.8 GPa 8.3)، در کامپوزیت ساخته‌شده از نسبت 60% حجمی پارچۀ پنبه‌ای و رزین نشاسته (5% وزنی)، پلی‌وینیل الکل (7% وزنی) و کربوکسی متیل سلولز (1.5%وزنی) مشاهده می‌شود، که با کامپوزیت‌های متداول قابل مقایسه است. این خاصیت به‌تنهایی از پارچۀ پنبه‌ای و فیلم تهیه‌شده از رزین زیست تجزیه‌پذیر بیشتر است. بررسی مورفولوژیکی توسط عکس‌های میکروسکپ الکترونی، بیانگر تقویت کامپوزیت توسط الیاف پنبه هستند. این امر به فعلوانفعال قوی میان پارچۀ پنبهای و رزین قابل تجزیۀ بیولوژیکی مرتبط میشود. با افزایش درصد کربوکسی متیل سلولز، مقاومت کامپوزیت‌ها در برابر نفوذ رطوبت بهبود می‌یابد. تست زیست تجزیه‌پذیری نشان می‌دهد که افزودن کربوکسی متیل سلولز، سبب کاهش زیست تجزیه‌پذیری کامپوزیت‌ها و افزودن نشاسته و پلی‌وینیل الکل، باعث افزایش آن می‌شود. این کامپوزیت‌ها می‌توانند کاندید مناسبی برای کامپوزیت‌های زیست تجزیه‌پذیر پلیمری با کارایی بالا باشند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental study on mechanical and physical properties of biodegradable fiber reinforced composites

نویسندگان [English]

  • Kamran Mahfuozi 1
  • Arash Tahvili 2

1 Engineering department, University of Guilan, Rasht, Iran.

2 Department of textile engineering, Technical and Vocational university, Tehran, Iran.

چکیده [English]

In this paper physical and biodegradable properties of green composite made of cotton fabric and biodegradable resins (starch, poly vinyl alcohol (PVA) & carboxy methyl cellulose (CMC)) prepared by a solution casting method have been studied. The obtained results show that the best tensile strength (equivalent to 27.8 MPa ± 2.1 MPa) as well as the highest amount of Young modulus (8.3 GPa ± 0.8 GPa), is observed in the composites made of cotton fabric content (60 vol.%), 5 wt% starch, 7 wt% PVA & 1.5 wt% CMC by weight), which is comparable to conventional composites. This property is more than just cotton fabric and the film made from biodegradable resin. Morphological examination by scanning electron microscopy shows that the composite is reinforced by cotton fibers. This is due to the strong interaction between the cotton fabric and biodegradable resin. By increasing the percentage of CMC, the resistance of composites to moisture penetration is improved. The biodegradability test shows that the addition of CMC reduces the biodegradability of the composites and the addition of starch and polyvinyl alcohol increases it. These composites can be a good candidate for high performance biodegradable polymer composites.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite
  • biodegradable resin
  • poly vinyl alcohol. carboxymethyl cellulose (CMC)
  • cotton fabric
مراجع
[1] Canigueral, N., Vilaseca, F. Méndez, JA. López L., Barbera, J.P., Puig, J., Pelach, M.A. and Mutje, P., “Behavior of biocomposite materials from flax strands and starch-based,” Chemical Engineering Science, Vol. 64, pp. 2651-2658, 2009.
 [2] Kestur, G., Saryanarayana, Gregorio, G.C. and Arizaga Fernando W., “Biodegradable composites based on limocellulosic fibers-An overview,” Progress in Polymer Science, Vol. 34, pp. 982-1021, 2009.
[3] Tongdee, W.T., Mauer, L.J., Wongnuong, S., Snburi, P., and Rachtanapun, P., “Effect of carboxymethyl cellulose concentration on physical properties of biodegradable cassava starch-based films,” Chemistry Central Joumal, Vol. 5, No. 6., 2011, doi:10.1186/1752-153X-5-6.2011
[4] F. Vilaseca, J.A. Mendez, A. Pe`lach, M. Llop, N. Can˜igueral, J. Girone`s, X. Turon, P. Mutje, “Composite materials derived from biodegradable starch polymer and jute strands”, Process Biochemistry, Vol. 42, No. 3, pp. 329–334, 2007
[5] Lu. Y, Weng.L, Cao.X.” Morphological, thermal and mechanical properties of ramie crystallites—reinforced plasticized starch biocomposites”, Carbohydrate Polymers, Vol. 63, pp.198–204, 2006
[6] Mohammad ZR Khan1, Sunil K Srivastava1 and MK Gupta “Tensile and flexural properties of natural fiber reinforced polymer composites: A review “Journal of Reinforced Plastics and
Composites Vol. 37, No. 24, pp. 1435-1455,2018
[7] Takashi Nishinoa, Koichi Hiraoa, Masaru Koteraa, Katsuhiko Nakamaea, Hiroshi Inagakib “Kenaf reinforced biodegradable composite” Composites Science and Technology, Vol. 63, pp. 1281–1286, 2003
[8] Hosseinkhani, M., Haghighi Yazdi, M., Mousavi Mashadi, M., Safarabadi, M., “Finite element modeling and experimental investigation of the effect of fiber orientation on viscoelastic behavior of composite laminates reinforced with long fibers”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, No. 2, pp. 248-254, 2019. 
[9] Ahmadi, M. S. Gholami, M. Tavanaie, M. A. and Khajeh Mehrizi, M., “Tensile and flexural properties of epoxy-date palm fiber composites”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 5, No. 1, pp. 69-78, 2018.
[10] Moradi, E. Zeinedini, A. and Heidari-Shahmaleki, E., “Mechanical properties of laminated composites reinforced by natural fibers of cotton, wool and kenaf under tensile, flexural and shear loadings”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, No. 1, pp. 99-108, 2019.
[11] Rui-Hua Hu ab, Min-yo'ing Sun C, Jae-Kyoo Lim a.” Moisture absorption, tensile strength and microstructure evolution of short jute fiber/polylactide composite in hygrothermal environment,” Materials and Design, Vo. 31, No. 7, pp. 3167-3173, 2010. doi:10. 1016j.muides
[12] Thakore, M., Desai, S., Sarawade, BD., and Devi, S., “Studies on biodegradability. Morphology and thermomechanical properties, of LDPE modified starch blends,” European Polymer journal, Vol. 37. pp. 151-60. 2001
[13] Sreedhar., B., Sairam, M., Chattopadhyay, DK, Syamala Rathnam, PA, and Mohan Rao D.V., “Thermal, mechanical and surface characterization of starch poly (vinyl alcohol) blends and borax cross-linked films,” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 96, pp. 1313, 2005.
[14] Dai, S., Cunningham, P.R., Marshall, S., and Silva, C., “Influence of fibre architecture on the tensile, compressive and flexural behaviour of 3D woven composites,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 69, pp. 195–207, 2015.
[15] Ma, X., Chang, P.R., and Yu, J., “Properties of biodegradable thermoplastic pea starch/carboxymethyl cellulose and pea starch/microcrystalline cellulose composites,” Journal of Carbohydrate Polymers, Vol. 72, pp. 369–375, 2008.
[16] Alvarez, V.A., Ruseckaite, R.A., and Va´zquez, A., “Degradation of sisal fibre/Mater Bi-Y bio composites buried in soil,” Polymer Degradation and Stability, Vol. 91, pp. 3156- 3162, 2006.
[17] Hadano, S., Maehara, S., Onimura, K., Yamasaki, H.,Tsutsumi, H., and Oishi, T., “Syntheses and biodegradability of benzylated waste pulps and graft compolymers rom PBzs and l-lactic acid,” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 92, pp. 2658–2664, 2004.
[18] Ramaraj, B., “Crosslinked poly (vinyl alcohol) and starch composite films. II. Physicomechanical, thermal properties and swelling studies,” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, pp. 909–916, 2007.
[19] Haseena, A.P., Dasan, K.P., Namitha, R., Unnikrishnan, G., and Thomas, S., “Mechanical properties of sisal/coir hybrid fibre reinforced natural rubber,” Progress in Rubbers, Plastics and Recycling Technology, Vol. 21, pp. 155–181, 2005.
 
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 8، شماره 2
شهریور 1400
صفحه 1563-1572
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار