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

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 %0.5 و %0.25 و نانوبنتونیت در سطوح %0.1 و %0.2 در رزین اپوکسی مخلوط و پس از حباب‌زدائی و تکمیل گیرایی کامپوزیت، مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان‌داد که عدم وجود حباب و نیز یکنواختی شکلگیری، بیشترین تاثیر را بر ویژگی‌ها دارد. بنحویکه مقاومت کششی کامپوزیت حاوی %0.5 الیاف کولار کمتر از %0.25 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 % 0.5، ویژگی‌های مذکور و نیز سطح تخریب‌شده کامپوزیت سلولزی بر اثر ضربه بالستیک، حائز برتری بوده که به طول کوتاه‌تر الیاف سلولزی (mm1.8) در مقایسه با الیاف کولار (mm4.8) 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.

Comparative study on natural cellulosic and synthesized aramid fibers on mechanical properties of epoxy composite

Most of engineering applications require a series of properties which is not provided by a certain material. Therefore, composites production and utilization have extensively developed in various industries by materials combining. On the other hand, environmentally concerns compel environmentally friendly components in the composites manipulation. Then in this study, substitutability of imported synthesized Kevlar fiber by natural cellulosic fiber in epoxy resin matrix were investigated at presence and absence of nano bentonite. Dosages of 0.25 and 0.5 of fibers and 0.1 and 0.2 of nano bentonite were mixed into the epoxy resin and after bubble removal and complete curing, the composite panels were tested. The results showed that bubble removal and formation evenness mostly influenced the mechanical properties. So, tensile strength of 0.5% Kevlar composites was lower than its 0.25%. But opposite to the Kevlar, cellulose fiber increasing addition improved tensile strength and elasticity and rupture moduli properties, significantly. Consequently, 0.5% cellulosic fiber composite revealed higher the properties with lesser surface area demolished by the ballistic impact, which all attributed to shorter length of cellulosic fiber (1.8mm) compared to Kevlar (4.8mm), resulted in better composite formation. But Kevlar composite energy absorption (54 J) was higher than cellulosic composite (50 J). Individual incorporation of Kevlar and cellulose fiber into epoxy resin and their combinations with nano bentonite drastically reduced the demolished surface area (up to 10 cm2) and matrix cracks propagation with symmetrically pinned hole compared to the solely epoxy panels (10 cm2).