ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В настоящее время исследователи, будучи обеспокоенными состоянием окружающей среды, изучают новые слоистые материалы, которые бы могли удовлетворить потребности общества, и способы их получения из возобновляемых и биоразлагаемых ресурсов. Натуральные волокна различного происхождения рассматриваются с целью замены синтетических. Цель работы. В настоящем исследовании обработанные волокна муньи (Saccharum munja) в виде частиц (PC), коротких и случайных (SRC) и однонаправленных (UDC) волокон предложены в качестве армирующего компонента композиционного материала с матрицей из смолы AW106 и отвердителя HV953. В работе проведена оценка механических свойств волокон муньи. Частота свободных колебаний с соответствующими коэффициентами затухания, до шестого порядка включительно, измерена для анализа возможности применения композитного материала. Методы исследования. Для изготовления слоистых композиционных материалов использована компрессионная формовочная машина. Предварительной поверхностной обработкой с волокон удалили пыль, лигнин и гемицеллюлозу, что обеспечило получение наиболее подходящих значений свободных колебаний и механических свойств. Результаты и обсуждение. Испытания на растяжение и изгиб показывают самое высокое значение прочности 170 МПа и 143 МПа в случае UDC-композита, а самое низкое – в случае PC-композита. Добавление волокон муньи в эпоксидную матрицу улучшает адгезию. Композит PC показывает лучшее значение затухания, чем композит SRC и UDC. Наивысшие значения частоты свободных колебаний 43, 233, 298, 849, 918 и 1440 Гц характерны для UDC-композита независимо от всех режимов. Результаты анализа свободных колебаний показывают, что волокнистый композит на основе волокна муньи может быть использован в качестве конструкционного материала. Дисперсионный анализ (ANOVA) показывает, что экспериментальные результаты, полученные в ходе испытаний на растяжение и изгиб, значительны.

1. Rajesh M., Singh S.P., Pitchaimani J. Mechanical behavior of woven natural fiber fabric composites: Effect of weaving architecture, intra-ply hybridization and stacking sequence of fabrics // Journal of Industrial Textiles. – 2018. – Vol. 47 (5). – P. 938–959. – DOI: 10.1177/1528083716679157.

2. Thermophysical properties of natural fibre reinforced polyester composites / M. Idicula, A. Boudenne, L. Umadevi, L. Ibos, Y. Candau, S. Thomas // Composites Science and Technology. – 2006. – Vol. 66 (15). – P. 2719–2725. – DOI: 10.1016/j.compscitech.2006.03.007.

3. Characterization of the mechanical and morphological properties of cow dung fiber-reinforced polymer composites: a comparative study with corn stalk fiber composites and sisal fiber composites / S. Wu, M. Guo, J. Zhao, Q. Wu, J. Zhuang, X. Jiang // Polymers (Basel). – 2022. – Vol. 14 (22). – P. 5041. – DOI: 10.3390/polym14225041.

4. Extraction and characterization of Munja fibers and its potential in the biocomposites / M.K. Lila, U.K. Komal, Y. Singh, I. Singh // Journal of Natural Fibers. – 2022. – Vol. 19 (7). – P. 2675–2693. – DOI: 10.1080/15440478.2020.1821287.

5. Evon P. Special Issue “Natural Fiber Based Composites” // Coatings. – 2021. – Vol. 11 (9). – P. 1031. – DOI: 10.3390/coatings11091031.

6. The effect of fiber treatment on the mechanical properties of unidirectional sisal-reinforced epoxy composites / M.Z. Rong, M.Q. Zhang, Y. Liu, G.C. Yang, H.M. Zeng // Composites Science and Technology. – 2001. – Vol. 61 (10). – P. 1437–1447. – DOI: 10.1016/S0266-3538(01)00046-X.

7. Li Y., Mai Y.-W., Ye L. Sisal fibre and its composites: a review of recent developments // Composites Science and Technology. – 2000. – Vol. 60 (11). – P. 2037–2055. – DOI: 10.1016/S0266-3538(00)00101-9.

8. Synthesis and characterization of corn starch based green composites reinforced with Saccharum spontaneum L graft copolymers prepared under micro-wave and their effect on thermal, physio-chemical and mechanical properties / M. Maiti, B.S. Kaith, R. Jindal, A.K. Jana // Polymer Degradation and Stability. – 2010. – Vol. 95 (9). – P. 1694–1703. – DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2010.05.024.

9. Effect of extruder elements on fiber dimensions and mechanical properties of bast natural fiber polypropylene composites / A.M.M. El-Sabbagh, L. Steuernagel, D. Meiners, G. Ziegmann // Journal of Applied Polymer Science. – 2014. – Vol. 131. – P. 40465. – DOI: 10.1002/app.40435.

10. Naik V., Kumar M., Kaup V. A review on natural fiber composite material in automotive applications // Engineered Science. – 2022. – Vol. 18. – P. 1–10. – DOI: 10.30919/es8d589.

11. Singh S.P., Hirwani C.K. Mechanical, free vibration and modal damping behaviour of treated rice bran green composite for 3D printing application using RSM and design of experiment method // Journal of Vibration Engineering & Technologies. – 2022. – DOI: 10.1007/s42417-022-00818-z.

12. Effect of fiber content and curvature on probabilistic free vibration analysis of cylindrical shallow shells reinforced by short natural fibers / Z. Guezzen, L. Errouane, Z. Hammou, A. Boussoufi, Z. Sereir // Industrial Crops and Products. – 2023. – Vol. 197. – P. 116480. – DOI: 10.1016/j.indcrop.2023.116480.

13. The effect of constituent units on the vibration reduction of bamboo engineering materials: The synergistic vibration reduction mechanism of bamboo stiffness and wood damping / L. Chen, S. Han, D. Li, F. Chen, G. Wang // Industrial Crops and Products. – 2022. – Vol. 189. – P. 115785. – DOI: 10.1016/j.indcrop.2022.115785.

14. Dalai T., Biswal M. Experimental and numerical studies on free vibration of natural fiber laminated composite plates // Lecture Notes in Civil Engineering. – 2022. – Vol. 221. – P. 453–461. – DOI: 10.1007/978-981-16-8433-3_39.

15. Fahim.S., Elhaggar S.M., Elayat H. Experimental investigation of natural fiber reinforced polymers // Materials Sciences and Applications. – 2012. – Vol. 3 (2). – P. 59–66. – DOI: 10.4236/msa.2012.32009.

16. Analytical and numerical investigation of free vibration for stepped beam with different materials / S.N. Ghani, R.A. Neamah, A.T. Abdalzahra, L.S. Al-Ansari, H.J. Abdulsamad // Open Engineering. – 2022. – Vol. 12 (1). – P. 184–196. – DOI: 10.1515/eng-2022-0031.

17. Effect of natural fiber reinforced polypropylene composite using resin impregnation / G. Nam, N. Wu, K. Okubo, T. Fujii // Agricultural Sciences. – 2014. – Vol. 5 (13). – P. 1338–1343. – DOI: 10.4236/as.2014.513143.

18. Characterization of the vibrational behaviour of flax fibre reinforced composites with an interleaved natural viscoelastic layer / H. Daoud, A. El Mahi, J.-L. Rebière, M. Taktak, M. Haddar // Applied Acoustics. – 2017. – Vol. 128. – P. 23–31. – DOI: 10.1016/j.apacoust.2016.12.005.

19. Thomas P., Jenarthanan M.P., Sreehari V.M. Free vibration analysis of a composite reinforced with natural fibers employing finite element and experimental techniques // Journal of Natural Fibers. – 2020. – Vol. 17 (5). – P. 688–699. – DOI: 10.1080/15440478.2018.1525466.

20. Singh S.P., Dutt A., Hirwani C.K. Experimental and numerical analysis of different natural fiber polymer composite // Materials and Manufacturing Processes. – 2022. – Vol. 38, iss. 3. – P. 322–332. – DOI: 10.1080/10426914.2022.2136379.

21. Kuppuraj A., Angamuthu M. Investigation of mechanical properties and free vibration behavior of graphene/basalt nano filler banana/sisal hybrid composite // Polymers and Polymer Composites. – 2022. – Vol. 30. – DOI: 10.1177/09673911211066719.