Undersøgelse af, hvordan fiberindhold påvirker mekaniske egenskaber i hør- og ananasbladfiberforstærkede plastkompositter

En ny undersøgelse har sammenlignet den forstærkende effektivitet af ananasbladfibre (PALF) og dyrkede hørfibre i poly(butylensuccinat) kompositter. PALF, et mindre udforsket, men potentielt bæredygtigt alternativ, klarede sig bedre end hør med 20 vægt-%, hvilket viste sit potentiale i højtydende biokompositter og var i overensstemmelse med miljømål.

Fokus for denne forskning kredser om en omfattende udforskning af forstærkningsevnerne af to forskellige naturlige fibre, nemlig ananasbladfibre (PALF) og dyrkede hørfibre, inden for rammerne af ensrettede poly(butylensuccinat) (PBS) kompositter. Det primære formål er at skelne og sammenligne den mekaniske effektivitet af disse fibre som potentielle forstærkninger i polymerkompositter.

Hør, kendt for sine robuste mekaniske egenskaber, er et benchmark for sammenligning med PALF, som repræsenterer et mindre undersøgt, men potentielt bæredygtigt alternativ. For systematisk at vurdere deres ydeevne blev korte fibre med en længde på 6 mm inkorporeret i kompositterne i forskellige vægtprocenter, specifikt på 10 % og 20 % niveauer.

Fremstillingsprocessen involverede blanding med to valsemøller, hvorefter der blev skabt uniaksialt justerede prepreg-plader, der efterfølgende blev kompressionsstøbt til kompositmaterialer. De 10 vægt% sammensatte formuleringer af PALF og hør udviste bemærkelsesværdigt ens stress-belastningskurver, hvilket tyder på sammenlignelig mekanisk adfærd ved denne koncentration.

Undersøgelsen tog dog en spændende drejning på 20 vægt% niveau, hvor PALF uventet klarede sig bedre end hør på trods af dens iboende lavere trækegenskaber. Dette uventede resultat foranledigede en mere detaljeret undersøgelse af PALFs mekaniske egenskaber på 20 vægt%-niveau, PALF/PBS-kompositter demonstrerede imponerende mekaniske egenskaber og nåede en bøjningsstyrke på 70,7 MPa, et bøjningsmodul på 2,0 GPa og en varmeforvrængningstemperatur på 107,3°C.

I modsætning hertil udviste de ækvivalente hør/PBS-kompositter lidt lavere værdier med en bøjningsstyrke på 57,8 MPa, et bøjningsmodul på 1,7 GPa og en varmeforvrængningstemperatur på 103,7°C. Denne sammenlignende analyse giver værdifuld indsigt i PALF's potentiale som et forstærkningsmateriale, især ved højere koncentrationer.

Som supplement til den mekaniske analyse blev røntgenpolfigurer anvendt til at vurdere matrix-orienteringerne i både PALF/PBS og hør/PBS-kompositter. Resultaterne afslørede lignende matrix-orienteringer, hvilket indikerer, at den overordnede strukturelle integritet af kompositterne var sammenlignelig på trods af forskellene i fibertype.

Yderligere undersøgelse involverede undersøgelsen af ​​ekstraherede fibre for at belyse forskelle i brudadfærd. Denne mikroskopiske analyse afslørede distinkte karakteristika i brudmønstrene af PALF og hørfibre, hvilket kaster lys over de underliggende mekanismer, der påvirker deres mekaniske ydeevne.

Som konklusion understreger denne forskning PALFs betydelige potentiale som en bæredygtig forstærkningsmulighed for højtydende biokompositter. PALFs uventede overlegenhed ved højere koncentrationer udfordrer konventionelle antagelser om dets trækegenskaber sammenlignet med hør.

At opmuntre til anvendelsen af ​​PALF i kompositmaterialer udvider ikke kun repertoiret af bæredygtige alternativer, men er også i overensstemmelse med bredere miljømål og fremmer udviklingen af ​​miljøvenlige og mekanisk robuste materialer til forskellige anvendelser.

Artiklen er publiceret i tidsskriftet Polymers .

Flere oplysninger: Taweechai Amornsakchai et al., Sammenlignende undersøgelse af hør- og ananasbladfiberforstærket poly(butylensuccinat):Effekt af fiberindhold på mekaniske egenskaber, polymerer (2023). DOI:10.3390/polym15183691

Leveret af Newcastle University i Singapore