مروری بر تأثیر اصلاح سطحی بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌های پلیمری تقویت ‌شده با الیاف گیاهی

نوع مقاله: مقاله مروری - مطالعاتی

نویسندگان

1 گروه مهندسی نساجی، پردیس فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد

2 عضو هیات علمی/گروه مهندسی شیمی و پلیمر، پردیس فنی و مهندسی، دانشگاه یزد

چکیده

امروزه، الیاف طبیعی به‌عنوان تقویت‌کننده در کامپوزیت‌های پلیمری کاربرد پیداکرده‌اند. تحقیقات درزمینه‌ی الیاف گیاهی به علت وزن کم، قیمت مناسب، سازگاری با محیط‌زیست، فراوانی و خواص فیزیکی و مکانیکی قابل‌قبول وسعت زیادی یافته است. یکی از مشکلات اساسی در استفاده از الیاف گیاهی در کامپوزیت‌ها، ناسازگاری بین الیاف و ماتریس است که برای رفع آن، از اصلاحات سطحی مختلفی استفاده‌شده است. در این مطالعه، اثرعملیات اصلاح سطح متفاوت برخواص مکانیکی از جمله استحکام برشی، خمشی، کششی و ضربه‌ای کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف گیاهی مرور شده است. خواص مکانیکی کامپوزیت تقویت‌شده با الیاف گیاهی به انتخاب الیاف گیاهی، مواد ماتریس، روش‌های تولید، اصلاح سطحی و همچنین درصد مواد اصلاح کننده بستگی دارد. یافته‌ها نشان می‌دهد که اکثر اصلاحات شیمیایی اثرات نامطلوبی بر مقاومت در برابر ضربه کامپوزیت‌های حاوی الیاف گیاهی دارند و اصلاحات کمی مانند استفاده از سیلان، مقاومت در برابر ضربه را افزایش ‌می‌دهد. 

کلیدواژه‌ها


[1] Latif  R., Wakeel S., Zaman Khan N., Noor Siddiquee A., Lal Verma S., Akhtar Khan Z., Surface treatments of plant fibers and their effects on mechanical properties of fiber-reinforced composites: A review, Journal of Reinforced Plastics and Composites., 30, 19-38, 2019.

[2] Park S., Baker JO., Himmel ME., Parilla PA., Johnson DK., Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on interpreting cellulase performance, Biotechnology for biofuels., 3, 10, 2010.

[3] کلاگر م.، مرزبان مریدانی ا.، مروری بر عمل‌آوری‌های شیمیایی الیاف گیاهی برای استفاده در کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف گیاهی، فصلنامه علمی بسپارش.، 3، 76-87، 2013.

[4] Komuraiah A., Shyam Kumar N., Durga Prasad B., Chemical composition of natural fibers and its influence on their mechanical properties, Mechanics of composite materials., 50.3, 359-376, 2014.

[5] Pichandi S., Rana S., Parveen S., Fangueiro R., A green approach of improving interface and performance of plant fibre composites using microcrystalline cellulose, Carbohydrate polymers., 197, 137-46, 2018.

[6] Safinia L., et al., Towards a methodology for the effective surface modification of porous polymer scaffolds, Biomaterials., 26.36, 7537-7547,2005.

[7] Fidelis M.E.A., et al., The effect of fiber morphology on the tensile strength of natural fibers, Journal of Materials Research and Technology, 2(2), 149-157, 2013.

[8] فتاحی ف.، خدامی ا.، ایزدان ح.، مروری بر فرآیندهای اصلاح منسوجات تهیه شده ازالیاف پلی لاکتیک اسید : عملیات پلاسما ، تابش UV/Ozone، تولید سطوح ابرآبگریز، عملیات آنزیمی.، علوم و فناوری نساجی.، 6، 19-26، 2017.

[9] متقی طلب و.، حقدوست ف.، محترم ف.، اثر عمل آوری با پلاسما بر شکل شناسی و مقاومت الکتریکی پارچه‌های پلی‌استر لایه‌نشانی شده با نانوذرات مس، علوم و فناوری نساجی.،4، 3-10، 2014.

[10] Bledzki A., Mamun A., Lucka-Gabor M., Gutowski V., The effects of acetylation on properties of flax fibre and its polypropylene composites, Express Polymer Letters., 2, 413-22, 2008.

[11] عظیمی ع.، توکلی م.، شریفیان م.، اصلاح سطحی فیلم پلی پروپیلن در مجاورت پلاسمای DBD در حضور گاز نیتروژن، اولین کنفرانس مهندسی و فیزیک پلاسما.، اول و دوم خرداد 1392.

[12] عظیمی ع.، توکلی م.، شریفیان م.، اصلاح سطحی فیلم پلی پروپیلن در مجاورت پلاسمای DBD با هوا، اولین کنفرانس مهندسی و فیزیک پلاسما.، اول و دوم خرداد 1392.

[13] ساجدی س.ف.، توکلی م.، بررسی اثر پلاسمای DBD بر رنگرزی پارچه پلی استر، نهمین کنفرانس ملی مهندسی نساجی ایران.، 16 الی 18 اردیبهشت 1393.

[14] دوست حسینی ب.، بابادی عکاشه ن.، توکلی م.، ملاحسینی ح.، بررسی اثر پلاسمای سرد روی خواص فیزیکی و رنگ پذیری پلی استر و پلی پروپیلن، نهمین کنفرانس ملی مهندسی نساجی ایران.، 16 الی 18 اردیبهشت 1393.

[15] Sair S., Oushabi A., Kammouni A., Tanane O., Abboud Y., Hassani FO., et al., Effect of surface modification on morphological, mechanical and thermal conductivity of hemp fiber: Characterization of the interface of hemp–Polyurethane composite, Case studies in thermal engineering., 10, 550-9, 2017.

[16] Gholami M., Ahmadi M. S., Tavanaie M. A., Khaje Mehrizi, M., Effect of oxygen plasma treatment on tensile strength of date palm fibers and their interfacial adhesion with epoxy matrix, Science and Engineering of Composite Materials., 25, 5, 993-1001, 2018.

[17] Rahman M.M., Khan M.A., Surface treatment of coir (Cocos nucifera) fibers and its influence on the fibers’ physico-mechanical properties, Composites Science and Technology., 67, 11-12, 2369-2376, 2007.

[18] Seki Y., Innovative multifunctional siloxane treatment of jute fiber surface and its effect on the mechanical properties of jute/thermoset composites, Materials Science and Engineering., 508, 247-52, 2009.

[19] Brodowsky H., Mäder E., Jute fibre/epoxy composites: Surface properties and interfacial adhesion, Composites science and technology., 72, 10, 1160-1166, 2012.

[20] Orue A., et al., The effect of surface modifications on sisal fiber properties and sisal/poly (lactic acid) interface adhesion, Composites Part B: Engineering., 73, 132-138, 2015.

[21] Dayo A.Q., et al., Natural hemp fiber reinforced polybenzoxazine composites: Curing behavior, mechanical and thermal properties, Composites Science and Technology., 144, 114-124, 2017.

[22] Lee S.G., et al., Characterization of surface modified flax fibers and their biocomposites with PHB, in Macromolecular symposia., Wiley Online Library, 2003.

[23] Oushabi A., et al., The effect of alkali treatment on mechanical, morphological and thermal properties of date palm fibers (DPFs): Study of the interface of DPF–Polyurethane composite, South African Journal of Chemical Engineering., 23, 116-123, 2017.

[24] Van Krevelen D.W., Group contribution techniques for correlating polymer properties and chemical structure., Marcel Dekker: New York, 1992.

[25] Zhou Y, Fan M, Chen L., Interface and bonding mechanisms of plant fibre composites: An overview, Composites Part B: Engineering., 101, 31-45, 2016.

[26] Goriparthi B.K., Suman K, Rao N.M, Effect of fiber surface treatments on mechanical and abrasive wear performance of polylactide/jute composites, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing., 43, 10, 1800-1808, 2012.

[27] Nam T.H., et al., Effect of alkali treatment on interfacial and mechanical properties of coir fiber reinforced poly (butylene succinate) biodegradable composites, Composites Part B: Engineering., 42, 6, 1648-1656, 2011.

[28] Arbelaiz  A., et al., Mechanical properties of short flax fibre bundle/polypropylene composites: Influence of matrix/fibre modification, fibre content, water uptake and recycling, Composites Science and Technology., 65, 10, 1582-1592, 2005.

[29] Joseph K., Thomas S., Pavithran C, Effect of chemical treatment on the tensile properties of short sisal fibre-reinforced polyethylene composites, Polymer., 37, 23, 5139-5149, 1996.

[30] Rong M.Z., et al., The effect of fiber treatment on the mechanical properties of unidirectional sisal-reinforced epoxy composites, Composites Science and technology., 61, 10, 1437-1447, 2001.

[31] Wu C M., Lai W Y., Wang C Y., Effects of surface modification on the mechanical properties of flax/β-polypropylene composites, Materials., 9, 5, 314, 2016.

[32] Manjula R., Raju NV., Chakradhar RPS., Johns J., Effect of thermal aging and chemical treatment on tensile properties of coir fiber, Journal of natural fibers., 15, 112-21, 2018.

[33] Sepe R., Bollino F., Boccarusso L., Caputo F., Influence of chemical treatments on mechanical properties of hemp fiber reinforced composites, Composites Part B: Engineering., 133, 210-7, 2018.

[34] Bessa J., Matos J., Mota C., Cunha F., Araújo I., Silva L., et al., Influence of surface treatments on the mechanical properties of fibre reinforced thermoplastic composites, Procedia engineering., 200, 465-71, 2017.

[35] Akhtar M.N., et al., Influence of alkaline treatment and fiber loading on the physical and mechanical properties of kenaf/polypropylene composites for variety of applications, Progress in Natural Science: Materials International., 26, 6, 657-664, 2016.

[36] Georgiopoulos P., Christopoulos A., Koutsoumpis S., Kontou E., The effect of surface treatment on the performance of flax/biodegradable composites, Composites Part B: Engineering., 106, 88-98, 2016.

[37] Hu R., Lim J K., Fabrication and mechanical properties of completely biodegradable hemp fiber reinforced polylactic acid composites, Journal of Composite Materials., 41,13, 1655-1669, 2007.

[38] Mehta G., et al., Effect of fiber surface treatment on the properties of biocomposites from nonwoven industrial hemp fiber mats and unsaturated polyester resin, Journal of applied polymer science., 99, 3, 1055-1068, 2006.

[39] Dayo A.Q., et al., The influence of different chemical treatments on the hemp fiber/polybenzoxazine based green composites: Mechanical, thermal and water absorption properties, Materials Chemistry and Physics., 217, 270-277, 2018.

[40] Eslami-Farsani R., Effect of fiber treatment on the mechanical properties of date palm fiber reinforced PP/EPDM composites, Advanced Composite Materials., 24, 1, 27-40, 2015.

[41] Tripathy S., Dehury J., Mishra D., A Study On the effect of Surface treatment on the Physical and Mechanical properties of date-palm stem liber embedded epoxy composites, in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering., IOP Publishin, 2016.

[42] Alawar A., Hamed A.M., Al-Kaabi K., Characterization of treated date palm tree fiber as composite reinforcement, Composites Part B: Engineering., 40, 7, 601-606, 2009.

[43] Alawar A., Ahmed W., Al-Kaabi K., Comparative Study of Polypropylene Matrix Reinforced with Date Palm Fibers & Date Palm Twigs, in Advanced Materials Research., Trans Tech Pub, 2010.

[44] Gomes A., et al., Development and effect of alkali treatment on tensile properties of curaua fiber green composites, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing., 38, 8, 1811-1820, 2007.

[45] Van de Weyenberg I., et al., Improving the properties of UD flax fibre reinforced composites by applying an alkaline fibre treatment, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing., 37, 9, 1368-1376, 2006.

[46] Haldar P., Modak N., Sutradhar G., Comparative evaluation of mechanical properties of sisal-epoxy composites with and without addition of aluminium powder, Materials Today: Proceedings., 4, 3397-406, 2017.

[47] غلامی م.، احمدی م.، توانایی م.، خواجه مهریزی م.، مروری بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف نخل خرما، فصلنامه علمی بسپارش.،7، 82-93، 2017.

[48]Yan L., Chouw N., Yuan X., Improving the mechanical properties of natural fibre fabric reinforced epoxy composites by alkali treatment, Journal of Reinforced Plastics and Composites., 31, 425-37, 2012.

[49] Flynn J., Amiri A., Ulven C., Hybridized carbon and flax fiber composites for tailored performance, Materials & Design., 102, 21-9, 2016.

[50] Shanmugam D., Thiruchitrambalam M., Static and dynamic mechanical properties of alkali treated unidirectional continuous Palmyra Palm Leaf Stalk Fiber/jute fiber reinforced hybrid polyester composites, Materials & Design., 50, 533-42, 2013.

[51] Sreekumar P., et al., Effect of fiber surface modification on the mechanical and water absorption characteristics of sisal/polyester composites fabricated by resin transfer molding, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing., 40, 11, 1777-1784, 2009.