Composites híbridos de epoxi-bagazo mejorados con nanotubos de carbono de pared simple bajo diversas tasas de deformación tensil baja
Autores: Khieng, Tan Ke; Debnath, Sujan; Anwar, Mahmood; Pramanik, Alokesh; Basak, Animesh Kumar
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Composites híbridos de epoxi-bagazo mejorados con nanotubos de carbono de pared simple bajo diversas tasas de deformación tensil baja
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Compuestos de polímeros naturales
Tasa de deformación
SWCNTs
Propiedades mecánicas
Bagazo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
La demanda de producción de compuestos poliméricos de alto rendimiento que utilizan recursos naturales y renovables, especialmente fibras de desecho agrícola, está creciendo rápidamente. Sin embargo, las propiedades mecánicas de estos polímeros dependen de la tasa de deformación debido a su naturaleza viscoelástica. En particular, para los compuestos poliméricos reforzados con fibra natural (NFPCs), la inclusión de rellenos ha causado mecanismos de fallo bastante complejos bajo diferentes tasas de deformación. Además, los compuestos poliméricos reforzados con bagazo de tamaño micro y de manera desigual a menudo provocan la formación de micro-grietas y vacíos en los compuestos. En consecuencia, las tasas de iniciación y propagación de grietas de estos compuestos se vuelven extremadamente sensibles. Esto, a su vez, causa un rendimiento tensil bajo e impredecible a velocidades de cruce tensil más altas, incluso dentro del rango de baja tasa de deformación. En este estudio, se aplicaron nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs) para mejorar la resistencia de los compuestos de bagazo-epóxido. Los efectos de la carga de SWCNT en las propiedades tensiles de los compuestos se investigaron posteriormente bajo tasas de deformación bajas de 0.0005 s, 0.005 s y 0.05 s. El fallo de los compuestos se trasladó a una distribución más alta (mejora del 65.7%, de 37.23 a 61.68 MPa, a través de las tasas de deformación) debido a la adición de 0.05% de SWCNTs, como se indica en un gráfico de distribución de Weibull. La alta relación de aspecto y la fuerte adhesión de interfaz de los SWCNTs en y hacia la matriz de epóxido contribuyeron significativamente a las resistencias de los compuestos. Sin embargo, un aumento adicional en el contenido de SWCNT en los compuestos probados causó una fragilización temprana debido a la aglomeración. La tenacidad y la resistencia característica mejoraron significativamente a medida que aumentó la tasa de deformación. Un análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM) reveló que las altas relaciones de aspecto y grandes áreas de superficie de los SWCNTs mejoraron la unión de interfaz entre el relleno y la matriz. Sin embargo, cargas más altas de SWCNT (0.15% y 0.25%) causaron un efecto inverso en las mismas propiedades de estos compuestos bajo las mismas variaciones de tasa de deformación, debido a la aglomeración. Finalmente, se desarrolló una relación empírica para describir el efecto de la tasa de deformación en las propiedades tensiles que contienen compuestos de bagazo-epóxido reforzados con 0.05% de SWCNT.
Descripción
La demanda de producción de compuestos poliméricos de alto rendimiento que utilizan recursos naturales y renovables, especialmente fibras de desecho agrícola, está creciendo rápidamente. Sin embargo, las propiedades mecánicas de estos polímeros dependen de la tasa de deformación debido a su naturaleza viscoelástica. En particular, para los compuestos poliméricos reforzados con fibra natural (NFPCs), la inclusión de rellenos ha causado mecanismos de fallo bastante complejos bajo diferentes tasas de deformación. Además, los compuestos poliméricos reforzados con bagazo de tamaño micro y de manera desigual a menudo provocan la formación de micro-grietas y vacíos en los compuestos. En consecuencia, las tasas de iniciación y propagación de grietas de estos compuestos se vuelven extremadamente sensibles. Esto, a su vez, causa un rendimiento tensil bajo e impredecible a velocidades de cruce tensil más altas, incluso dentro del rango de baja tasa de deformación. En este estudio, se aplicaron nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs) para mejorar la resistencia de los compuestos de bagazo-epóxido. Los efectos de la carga de SWCNT en las propiedades tensiles de los compuestos se investigaron posteriormente bajo tasas de deformación bajas de 0.0005 s, 0.005 s y 0.05 s. El fallo de los compuestos se trasladó a una distribución más alta (mejora del 65.7%, de 37.23 a 61.68 MPa, a través de las tasas de deformación) debido a la adición de 0.05% de SWCNTs, como se indica en un gráfico de distribución de Weibull. La alta relación de aspecto y la fuerte adhesión de interfaz de los SWCNTs en y hacia la matriz de epóxido contribuyeron significativamente a las resistencias de los compuestos. Sin embargo, un aumento adicional en el contenido de SWCNT en los compuestos probados causó una fragilización temprana debido a la aglomeración. La tenacidad y la resistencia característica mejoraron significativamente a medida que aumentó la tasa de deformación. Un análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM) reveló que las altas relaciones de aspecto y grandes áreas de superficie de los SWCNTs mejoraron la unión de interfaz entre el relleno y la matriz. Sin embargo, cargas más altas de SWCNT (0.15% y 0.25%) causaron un efecto inverso en las mismas propiedades de estos compuestos bajo las mismas variaciones de tasa de deformación, debido a la aglomeración. Finalmente, se desarrolló una relación empírica para describir el efecto de la tasa de deformación en las propiedades tensiles que contienen compuestos de bagazo-epóxido reforzados con 0.05% de SWCNT.