Analysis of mechanical behavior and free vibration characteristics of treated saccharum munja fiber polymer composite

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 3 2023 118 MATERIAL SCIENCE материалах, особенно с целью армирования матрицы [5]. В отличие от синтетических волокон, таких как кевлар, нейлон, полиэстр, искусственный шелк, стекло и углерод, натуральные волокна имеют много преимуществ. Химический состав и клеточная структура натуральных волокон достаточно сложны [6]. Помимо преимуществ использования экологически чистых материалов существуют и определенные трудности, такие как относительно плохое межфазное сцепление «матрица – волокно» при армировании и повышенное влагопоглощение. Потенциальными сырьевыми материалами для использования в промышленности, включая электротехническую, автомобильную, упаковочную и бытовую, являются сизаль, абака, ананас, агава и банановое волокно [7]. Полимерные композиты на основе синтетических волокон обладают превосходными механическими свойствами и легкой конструкцией [8]. Распределение волокон и механические свойства композиционных материалов были в некоторой мере улучшены за счет обработки волокон глиной с неорганической добавкой, хотя, вероятно, в этой области необходима дополнительная минеральная присадка [9]. В последнее время автомобильная промышленность заинтересовалась композиционными материалами на основе натуральных волокон по ряду причин, включая повышение эффективности использования топлива транспортных средств и возросшее беспокойство общественности по поводу постоянства экологической целостности и запаса ресурсов [10]. Добавление рисовых отрубей в полилактидную матрицу (PLA) улучшает механические свойства и частоты свободных колебаний PLAкомпозита из рисовых отрубей, который можно использовать для 3D-печати [11]. Добавление коротких альфа-волокон в эпоксидную смолу делает композит более деформируемым и гибким за счет более низких значений жесткости и высокой пластичности [12]. На основании результатов анализа свободных колебаний композита из бамбукового волокна его рекомендуют применять в транспортной и строительной промышленности [13]. Поверхностная обработка натурального волокна улучшает его механические свойства и показатели свободных колебаний [14–17]. Значения частоты свободных колебаний гибкого волокнистого композита зависят от направления и толщины волокна [18]. На частоту свободных колебаний композиционного волокна на основе волокна алоэ вера влияет последовательность укладки волокон, толщина композита и конечные условия [19]. Частота свободных колебаний композитной балки возрастает с увеличением толщины композита независимо от граничных условий. Это также усиливает затухание колебаний композитного материала [20, 21]. Из вышеприведенной литературы можно сделать вывод, что исследователями был выполнен наибольший объем работ по изучению механических свойств композиционных материалов из натуральных волокон, однако работам, связанным с характеристиками свободных колебаний, уделялось меньше внимания. В настоящей статье механические свойства полимерного композиционного материала на основе волокна муньи были исследованы вместе с его характеристиками свободных колебаний. Собственная частота с соответствующими коэффициентами затухания до шестого порядка включительно была получена на экспериментальной установке. Дисперсионный анализ (ANOVA) был выполнен для проверки уровня значимости испытаний на растяжение и изгиб. Материалы и методы исследования Обработанные волокна муньи (Saccharum munja) в виде частиц (PC), коротких и случайных (SRC) и однонаправленных (UDC) волокон рассмотрены в качестве армирующего компонента композиционного материала, в то время как смола AW106 и соответствующее количество отвердителя HV953, поставляемые предприятиями Prakash (Азамгарх, Уттар-Прадеш, Индия), использовались в качестве матричного материала. Волокна муньи были извлечены из сухого растения, полученного недалеко от берега реки Гагара (Гонда, Уттар-Прадеш, Индия). Волокна муньи промывали одномолярным раствором NaOH в течение 30 минут, после чего снова промывали в дистиллированной воде в течение 1 часа для удаления следов NaOH. Далее промытые волокна сушили в горячей ткани при температуре 120 °С в течение 30 минут. Затем их снова промывали в дистиллированной воде и дополнительно сушили в горячей ткани для уда-

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1