文|编辑：日斤

本研究的目标是开发、表征和优化增强材料的重量百分比和工艺参数。

这项工作的新颖性涉及确定和标准化的适当重量百分比的增强材料和参数的加工槟榔叶鞘纤维为基础的聚合物复合材料，以提高性能属性。

(资料图)

有了这个基本的权限和范围，使用手工铺层工艺合成复合材料。

并且制造各种纤维成分(20%、30%、40%和50%)的复合材料样品。

研究了槟榔叶鞘纤维增强可生物降解聚合物复合材料的力学特性。

重点研究了纤维组成的影响(拉伸性能、弯曲强度和冲击强度)。

槟榔叶鞘纤维与环氧树脂复合可提高复合材料的性能，最佳纤维含量为50%。

扫描电子显微镜(SEM)研究也通过描绘槟榔叶鞘纤维和环氧树脂之间良好的界面粘合来确定这一点。

槟榔纤维含量为50%时，复合材料的拉伸强度提高到44.6 MPa。

弹性模量提高到1900 MPa，弯曲强度提高到64.8 MPa，弯曲模量提高到37.9 GPa，冲击强度提高到34.1 k J/m2。

因此，槟榔叶鞘纤维增强环氧树脂组合物作为一种可再生和可生物降解的聚合物复合材料显示出相当大的潜力。

此外，槟榔叶鞘纤维增强环氧树脂复合材料有可能在未来取代石油基聚合物。

复合材料样品的生态可持续性和生物可降解性以及改善的机械特性是当前工作的主要亮点。

一、介绍

天然纤维增强复合材料有望在许多技术应用和行业中以更低的成本和更高的可持续性取代合成纤维增强塑料。

当要求高强度/重量比的部件需要高的常规性和有效性时，开发了具有各种纤维增强物的各种聚合物基复合材料。

例如碳纤维、玻璃纤维、天然纤维、混杂纤维等。

许多种类的天然纤维，如椰壳纤维、香蕉纤维，在几个研究领域中占有重要地位，这主要归因于它们的价格效率和强度特性。

冲击强度随着后固化处理而提高，而碱处理的复合材料随着固化时间的增加而变脆。

因此用碱优化复合材料的固化对于性能的持续改善是重要的。

纤维是通过水沤槟榔壳获得的。

槟榔果被与叶子缠绕在一起的外皮保护着，这些槟榔壳首先进行表面处理，以消除污染物和其他颗粒，随后进行水沤和后处理。

处理后的槟榔壳具有优异的机械性能。

因此，来自这些鞘的纤维可以有效地用于增强环氧聚合物并获得复合材料。

通过对天然纤维增强聚合物复合材料文献的回顾，很明显在合成和力学表征领域存在足够的研究空白。

槟榔果纤维增强环氧树脂复合材料的密度、拉伸、冲击和弯曲性能，用于多种应用。

因此，本工作的目标是通过手工铺层技术合成复合材料层压板，并对其密度、空隙体积分数、拉伸、弯曲和冲击特性进行表征，以便实时利用复合材料。

二、材料和方法

槟榔叶鞘纤维是通过将叶鞘浸泡在水中22天而制成的。

然后将浸湿的纤维从树脂原料上剥离，洗涤，并正确风干。用手动剪刀将槟榔叶鞘纤维切成小块并过筛。

筛分后，获得平均长度在5-6mm范围内的纤维。

然后用蒸馏水洗涤纤维，并暴露在阳光下约48小时。在制造复合材料之前，纤维在100℃的真空烘箱中干燥12小时。

本研究利用槟榔叶鞘纤维与环氧树脂制成复合材料。

为了改善槟榔叶鞘纤维的润湿性，对槟榔叶鞘纤维进行了水处理。

然后将这些经水处理的槟榔叶鞘纤维晒干，随后用作环氧树脂基质中的增强材料。

研究了槟榔天然纤维复合材料的密度、空隙率、冲击强度、弯曲和拉伸性能。

槟榔叶基复合材料的最高冲击强度、弯曲强度和拉伸强度是由手糊法合成的纤维含量为50 %wt的复合材料制成的。

对槟榔叶鞘纤维的机械性能进行了研究，发现该纤维具有良好的机械性能。

用蜡作为脱模剂清洗模具(150 × 150 × 3 mm3)，将干燥的槟榔叶鞘纤维和3∶1比率的ER 2074环氧树脂/硬化剂混合物制成混合物。

并倒入根据ASTM标准设计的模具中。

将混合物倒入模具后，将涂有蜡的OHP片放在模具的顶层，然后用25 mm直径的木辊辊压。

在环氧树脂-纤维混合物的顶层进行这种滚压操作是为了压实混合物，并从复合材料中除去任何截留的空气和空隙。

三、复合材料密度和空隙率的表征

较高的空隙含量通常表明较低的抗疲劳性、对水渗透和风化的较大敏感性以及增加的强度性质差异或分散性。

为了估计复合材料的质量，需要了解空隙率。

就重量分数而言，复合材料的理论密度可由方程式(1)，水浸技术用于确定实际密度(ρ行动)的复合。

f =重量分数，ρ =密度。

后缀m和f分别代表复合材料的基体和纤维。水浸技术已用于实验确定所制备的复合材料的实际密度。

在复合材料中，空隙的体积分数由方程(2)

在评估复合材料的质量时，纤维和空隙体积分数是基本参数，而准确的纤维和空隙体积分数评估是基于纤维密度信息，如ASTM D2734所示。

根据ASTM标准对样品进行机械测试。拉伸和弯曲试验在亚洲试验仪器上进行，以制造ATEUTM20T模型。

复合材料是根据ASTM D638样品定义制造的。

发现样品的标距长度为150 mm，总长度为250 mm，宽度为25 mm，标距长度部分的厚度为3 mm，抓握区域的厚度为7 mm。

将样品插入带有计算机接口的UTM中，以3 mm/min的稳定十字头速度获取信息，预计样品会失效。

实验在27℃的标准大气条件下进行。

四、空隙的密度和体积分数

复合材料的密度取决于基体和增强材料的相对百分比。

由于空隙和孔隙的存在，复合材料的实测密度值和理论密度值之间往往存在差异。

较高的空隙含量通常表明较低的抗疲劳性，在水分含量的影响下较易渗透和风化。了解空隙含量对于估计复合材料的一致性是理想的。

从图中密度对槟榔纤维重量百分比的曲线图可以观察到第3(a)条，其理论密度随着基体中纤维%wt的增加而降低。

理论密度从1.694克/厘米降至1.351克/厘米3槟榔果纤维含量的重量百分比从20%增加到50%。

复合材料的不同组成的理论密度由等式，随着槟榔重量百分比的增加，密度降低。

这主要归因于槟榔纤维是一种低密度、高强度的天然纤维，其密度为0.78克/厘米3这降低了给定复合材料的质量和密度。

槟榔纤维质量分数为50%时，复合材料的拉伸强度最高，为42 MPa。当纤维重量分数降低时，粘合力减弱。

纤维含量低于30%重量会导致纤维取向不均匀，降低复合材料试样的拉伸强度。

当达到必要的纤维质量百分比时，复合材料试样的机械强度再次增加。

因此，我们可以估计复合材料的关键重量百分比约为50%重量。

含50% wt槟榔纤维的样品具有最大的弹性模量1887.5 MPa，而含20 wt%槟榔纤维的样品具有最低的弹性模量495.7 MPa。

弹性模量随着槟榔纤维重量百分比的增加而增加。

这些发现揭示了极限拉伸强度(UTS)和杨氏模量(YM)随着槟榔纤维重量的增加而增加。

这是由于槟榔纤维具有更大的承载能力以及载荷从环氧树脂基体转移到槟榔纤维。

用作基体材料的ER 2074环氧树脂/硬化剂混合物具有30.8 MPa的弯曲强度和2.1 GPa的模量。

而20% wt槟榔果纤维增强的环氧复合材料的弯曲强度增加到60.1 MPa，而30 %wt槟榔果纤维增强的环氧复合材料的弯曲强度降低到32.9 MPa。

然而，随着槟榔果纤维的wt%进一步增加到40 wt%和50 wt%。

弯曲强度分别增加到59.66和73.2 MPa复合材料的挠曲模量从20%重量槟榔纤维的19.8 GPa增加到50%重量槟榔纤维的36.2 GPa。

五、结论

槟榔纤维增强聚合物复合材料的力学特性和形态性能受纤维含量的影响。

具有50 %wt纤维的样品具有最大的拉伸强度、弹性模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度，而具有20 %wt纤维的样品具有最小的性能。

50%重量槟榔果纤维增强复合材料的极限拉伸强度为44.6 MPa，

而杨氏模量为1900 MPa。

也就是说，纤维重量分数、极限拉伸强度和弹性模量满足在汽车仪表板中使用所需的标准，其范围为1000-2500 MPa。

弯曲强度和弯曲模量也是槟榔果纤维增强环氧聚合物复合材料在汽车应用中使用的重要标准，即50 wt。

槟榔纤维增强环氧复合材料为64.8 MPa，而弯曲模量为37.9 GPa。

参考文献

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