بررسی تجربی خواص مکانیکی و میکروساختار کامپوزیت تولید شده با الیاف طبیعی باگاس/پلی‌پروپیلن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دپارتمان مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد الیگودرز، الیگودرز

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آیت ا... بروجردی

3 گروه مهندسی مکانیک/ دانشگاه آیت اله العظمی بروجردی

4 دانشگاه آزاد اهواز

چکیده

باگاس نیشکر یکی از فراوان‌ترین انواع الیاف طبیعی است که می‌توان در ساخت کامپوزیت‌ها از آن استفاده نمود. ازآن جا که باگاس یکی از پسماندهای کارخانه‌های نیشکر است، استفاده از آن در منطقه خوزستان به دلیل فراوانی می‌تواند نه تنها صرفه اقتصادی به دنبال داشته باشد بلکه می‌توان به عنوان ماده‌ای سازگار با محیط زیست از آن بهره برد . در این پژوهش خواص مکانیکی و میکروساختار کامپوزیت تولید شده از الیاف باگاس نیشکر و پلیمر پلی پروپیلن به روش قالب‌گیری تزریقی به‌صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. الیاف باگاس مورد استفاده در نمونه‌ها به صورت پودر خشک و در چهار سطح 10 ، 40،30 و 50 درصد وزنی به عنوان فاز تقویت کننده به پلی‌پروپیلن اضافه شدند. جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمایش کشش و مقاومت در برابر ضربه بر روی نمونه‌ها با رعایت تکرارپذیری صورت گرفت. نتایج نشان داد که 40 درصد وزنی باگاس بهترین استحکام را در ترکیب با پلی‌پروپیلن به همراه دارد. همچنین، افزودن باگاس بیش از 30 درصد وزنی منجر به کاهش محسوس مقاومت به ضربه و کرنش شکست نمونه‌ها می‌گردد. با مقایسه و بررسی آزمایش میکرو ساختاری از سطح شکست نمونه‌های دارای 40 و 50 درصد وزنی باگاس مشاهده شد که سازوکار خرابی کامپوزیت از شکست به بیرون کشیدگی الیاف تغییر کرده است. این موضوع منجر به افزایش استحکام نمونه دارای 40 در صد وزنی نسبت به 50 درصد وزنی باگاس شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An Experimental Investigation on Tensile and Impact Properties of Bagasse/Polypropylene Natural Composite

نویسندگان [English]

  • Shahrouz Yousefzadeh 1
  • Mohammad Kashfi 2
  • Parviz Kahhal 3
  • Abbas Ansari-asl 4
1 - Department of Mechanical Engineering, Aligudarz Islamic Azad University, Aligudarz.
2 Mechanical engineering department, Ayatollah Boroujerdi University, Boroujerd, Iran
3 Mechanical engineering department, Ayatollah Boroujerdi University, Boroujerd, Iran
4 Ahwaz islamic azad university
چکیده [English]

Sugarcane bagasse is one of the most abundant types of natural fibers which can be utilized to fabricate natural composite materials. Since bagasse is one of the wastes of Khuzestan province sugarcane factories, recycling might be an opportunity to enjoy its economic and environmental benefits. In the present study, the mechanical and microstructural properties of Bagasse/Polypropylene natural composite fabricated by the injection molding method were investigated. Bagasse fibers after the drying process were mixed up to polypropylene with 10, 30, 40 and 50% weight fraction of bagasse. In order to investigate the mechanical properties, experimental tests consist of tensile test and Charpy impact tests were carried out. The results showed that the maximum material strength was obtained from the sample made of 40% weight fraction of bagasse. The strength of 40% bagasse was found about 10%more than 50% bagasse. The microstructural analysis indicated that the failure mechanism of 40% bagasse was mainly affected by fiber breakage. However, the main failure mechanism of 50% bagasse was changed to fiber pull out. Additionally, impact absorbed energy was significantly decreased by increasing the bagasse weight fraction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural fibers
  • Sugarcane Bagasse
  • Polypropylene
  • Mechanical Properties
  • Injection molding
[1] K.B. Adhikary, S. Pang, M.P. Staiger, Dimensional stability and mechanical behaviour of wood–plastic composites based on recycled and virgin high- density polyethylene (HDPE), Composites Part B: Engineering, 39(5) (2008) 807-815
[2] E. Moradi, A. Zeinedini, E. Heidari-shahmaleki, Mechanical properties of laminated composites reinforced by natural fibers of ‎cotton, wool and kenaf under tensile, flexural and shear loadings, Journal of Science and Technology of Composites, (2019) (in Persian)
[3] H. Shahrajabian, A.R. Maleki Khorasgani, Investigation of the physical and mechanical properties of Wood plastic composites based on high density polyethylene/ polypropylene/recycled poly (ethylene terephthalate), Journal of Science and Technology of Composites, 5(1) (2018) 127-134 (in Persian)
[4] A. Ashori, Wood–plastic composites as promising green-composites for automotive industries, Bioresource Technology, 99(11) (2008) 4661-4667
[5] A. Arbelaiz, B. Fernandez, G. Cantero, R. Llano- Ponte, A. Valea, I. Mondragon, Mechanical properties of flax fibre/polypropylene composites. Influence of fibre/matrix modification and glass fibre hybridization, Composites Part A: applied science and manufacturing, 36(12) (2005) 1637-1644
[6] A. Wechsler, S. Hiziroglu, Some of the properties of wood–plastic composites, Building and Environment, 42(7) (2007) 2637-2644.
[7] A. Nourbakhsh, H.K. Doust, A. Kargarfard, F. Golbabaei, R. Hajihasani, Investigation of OCC Fiber/ Polymers Composites in Air-Forming Production, (2008).
[8] H.A. Khademi Eslam , R. Baghbani, E. Ghasemi, B. Baziar, Effect of Bagasse  Chemical  Treatment  on The Mechanical Properties of Composites Based on Treated Bagasse/Recycled Polyethylene, Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 28(1) (2013) 169-181.
[9] S. Kuriakose, D. Varma, V. Vaisakh, Mechanical behaviour of coir reinforced polyester composites–an experimental investigation, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 2(12) (2012) 751-757.
[10] E. Cerqueira, C. Baptista, D. Mulinari, Mechanical behaviour of polypropylene reinforced sugarcane bagasse fibers composites, Procedia Engineering, 10 (2011) 2046-2051.
[11] A. Nourbakhsh, The Utilization of Two Recycled Polymers and Bagasse Fiber in Wood Plastic Nano/ Clay Composites Production, Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 28(3) (2013) 435-450.
[12] S. Kazemi Najafi, E. Hamidinia, M. Tajvidi, Mechanical properties of composites from sawdust and recycled plastics, Journal of Applied Polymer Science, 100(5) (2006) 3641-3645.
[13] A. Samariha, A. Bastani, M. Nemati, M. Kiaei, H. Nosrati, M. Farsi, Investigation of the mechanical properties of bagasse flour/polypropylene composites, Mechanics of Composite Materials, 49(4) (2013) 447- 454.
[14] J. Anggono, Á.E. Farkas, A. Bartos, J. Móczó, Antoni, H. Purwaningsih, B. Pukánszky, Deformation and failure of sugarcane bagasse reinforced PP, European Polymer Journal, 112 (2019) 153-160
[15] M.K. Lila, A.  Singhal,  S.S.  Banwait,  I.  Singh,  A recyclability study of bagasse fiber reinforced polypropylene composites, Polymer Degradation and Stability, 152 (2018) 272-279.
[16] J. Karger-Kocsis, Polypropylene structure, blends and composites: Volume 3 composites, Springer Science & Business Media, 2012.
[17] E. Ghasemi, B. Kord, Long-term water absorption behaviour of polypropylene/wood flour/organoclay hybrid nanocomposite, Iranian Polymer Journal, 18(9) (2009) 683-691.
[18] N. Hoboken, Polymer composites, John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2004.
[19]  Toughness, www.wikipedia.com, 2019.
[20]   G.H. Majzoobi, M. Kashfi, N. Bonora, G. Iannitti, A. Ruggiero, E. Khademi, A new constitutive bulk material model to predict the uniaxial tensile nonlinear behavior of fiber metal laminates, The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 53(1) (2018) 26-35.
[21]    M.Á. Hidalgo-Salazar, F. Luna-Vera, J.P. Correa- Aguirre, Biocomposites from Colombian Sugar Cane Bagasse with Polypropylene: Mechanical, Thermal and Viscoelastic Properties, in: Characterizations of Some Composite Materials, IntechOpen, 2018.
[22]   E.F. Cerqueira, C.A.R.P. Baptista, D.R. Mulinari, Mechanical behaviour of polypropylene reinforced sugarcane bagasse fibers composites, Procedia Engineering, 10 (2011) 2046-2051.
[23]   M. Kashfi, G.H. Majzoobi, N. Bonora, G. Iannitti, A. Ruggiero, E. Khademi, A study on fiber metal laminates by using a new damage model for composite layer, International Journal of Mechanical Sciences, 131–132 (2017) 75-80.
[24] A. Osmannejad, F.A. Ghasemi, I. Ghasemi, Preparation and Characterization of  PP/  wood  Flour/ graphene Hybrid Nanocomposites, Journal of Mechanical Engineering, Tabriz University, 47(4) (2018) 191-199 (in Persian).
[25] A.R. Shakeri, S.K. Hosseini, G. Ebrahimi, Improvement in Mechanical Properties of Cellulose Fibers-Thermoplastic Polymer Composites, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, 18(77) (2005) 143-150 (in Persian).
[26] B. Jiang, L. Cao, F. Zhu, Dynamic tensile behavior of polypropylene with temperature effect, Composites Part B: Engineering, 152 (2018) 300-304.
[27] S.M. Luz, A.R. Gonçalves, A.P. Del’Arco, Mechanical behavior and microstructural analysis of sugarcane bagasse fibers reinforced polypropylene composites, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 38(6) (2007) 1455-1461.