ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В последнее время существенно увеличилось использование натуральных волокон – они эффективно заменяют синтетические, что благотворно влияет на окружающую среду, так как упрощается процесс утилизации отходов. Однако по механическим свойствам натуральные волокна уступают синтетическим. Цель работы. В этом исследовании рассматривалось влияние обработки поверхностных и более глубоких слоев джутового волокна на механические характеристики и характеристики свободных колебаний композиционного материала на его основе. Методы исследования. Благодаря равномерному распределению напряжений в направлениях основы и утка в настоящем исследовании были использованы четырехслойные джутовые волокна корзиночного плетения. Результат и обсуждение. Механические свойства и характеристики свободных колебаний композиционных материалов значительно улучшаются, если джутовые волокна предварительно обработать NaOH, поскольку он устраняет слабый компонент матрицы – лингин – и делает волокна более жесткими и прочными. Однако увеличение процентного содержания NaOH и времени выдержки волокон в растворе NaOH мало влияет на эти свойства. Наибольшие значения временного сопротивления и модуля упругости при растяжении составляют 50 ± 1,17 МПа и 1,94 ± 0,23 ГПа соответственно и характерны для композита на основе джутового волокна корзиночного плетения, обработанного в течение 1 часа. Такая обработка позволяет повысить временное сопротивление и модуль упругости примерно на 12 и 40 % соответственно. Точно так же значения сопротивления разрушению и модуля упругости при изгибе составляют 95 ± 1,17 МПа и 3,99 ± 0,23 ГПа соответственно и характерны для композита на основе джутового волокна корзиночного плетения, обработанного в течение 1 часа. Полученный таким способом композиционный материал демонстрирует самое высокое значение основной частоты: 77,837 Гц. Наличие связи O-H в композиционном материале, как показало исследование ИКФС (инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье), придает ему гидрофильный характер и ограничивает использование во влажной среде. Соотношения волокна и матрицы видны на изображениях СЭМ (РЭМ).

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. Singh S.P. FTIR spectroscopy & mechanical behaviour study on jute fiber polymer composite // Journal of Advanced Engineering Research. – 2019. – Vol. 6 (1). – P. 34–38.

3. The hydroscopic effect on dynamic and thermal properties of woven jute, banana, and intra-ply hybrid natural fiber composites / M. Rajesh, K. Jayakrishna, M.T.H. Sultan, M. Manikandan, V. Mugeshkannan, A.U.M. Shah, S.N.A. Safri // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (5). – P. 10305–10315. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.07.033.

4. Rajesh M., Pitchaimani J. Experimental investigation on buckling and free vibration behavior of woven natural fiber fabric composite under axial compression // Composite Structures. – 2016. – Vol. 163. – P. 302–311. – DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.12.046.

5. Rajesh M., Pitchaimani J. Mechanical properties of natural fiber braided yarn woven composite: comparison with conventional yarn woven composite // Journal of Bionic Engineering. – 2017. – Vol. 14. – P. 141–150. – DOI: 10.1016/S1672-6529(16)60385-2.

6. Fatigue life and residual strength of a short- natural-fiber-reinforced plastic vs Nylon / M. Mejri, L. Toubal, J.C. Cuillière, V. François // Composites. Part B: Engineering. – 2017. – Vol. 110. – P. 429–441. – DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.11.036.

7. Tian F., Zhong Z. Modeling of load responses for natural fiber reinforced composites under water absorption // Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2019. – Vol. 125. – DOI: 10.1016/j.compositesa.2019.105564.

8. Sarikaya E., Çallioglu H., Demirel H. Production of epoxy composites reinforced by different natural fibers and their mechanical properties // Composites. Part B: Engineering. – 2019. – Vol. 167. – P. 461–466. – DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.03.020.

9. Effect of natural fiber reinforced polymers on confined compressive strength of concrete / T. Jirawattanasomkul, T. Ueda, S. Likitlersuang, D. Zhang, N. Hanwiboonwat, N. Wuttiwannasak, K. Horsangchai // Construction and Building Materials. – 2019. – Vol. 223. – P. 156–164. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.06.217.

10. Characterization of silane treated and untreated natural cellulosic fiber from corn stalk waste as potential reinforcement in polymer composites / Y. Liu, X. Lv, J. Bao, J. Xie, X. Tang, J. Che, Y. Ma, J. Tong // Carbohydrate Polymers. – 2019. – Vol. 218. – P. 179–187. – DOI: 10.1016/j.carbpol.2019.04.088.

11. Study on the acoustic characteristics of natural date palm fibers: Experimental and theoretical approaches / E. Taban, A. Khavanin, A. Ohadi, A. Putra, A.J. Jafari, M. Faridan, A. Soleimanian // Building and Environment. – 2019. – Vol. 161. – P. 106274. – DOI: 10.1016/j.buildenv.2019.106274.

12. Devnani G.L., Sinha S. Effect of nanofillers on the properties of natural fiber reinforced polymer composites // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 18, pt. 3. – P. 647–654. – DOI: 10.1016/j.matpr.2019.06.460.

13. Elemental analysis of brake pad using natural fibers / S. Sri Karthikeyan, E. Balakrishnan, S. Meganathan, M. Balachander, A. Ponshanmugakumar // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 16, pt. 2. – P. 1067–1074. – DOI: 10.1016/j.matpr.2019.05.197.

14. Singh S.P., Dutt A., Hirwani C.K. Experimental and numerical analysis of different natural fiber polymer composite // Materials and Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 38, iss. 3. – P. 322–332. – DOI: 10.1080/10426914.2022.2136379.

15. Mechanical behaviour of Natural and Glass fiber reinforcedwith polymer matrix composite / M. Balachandar, B. Vijaya Ramnath, P. Jagadeeshwar, R. Yokesh // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 16, pt. 2. – P. 1297–1303. – DOI: 10.1016/j.matpr.2019.05.227.

16. Bakri M.K.B., Jayamani E. Comparative study of functional groups in natural fibers: Fourier transform infrared analysis (Ftir) // International Journal of Current Engineering and Scientific Research (IJCESR). – 2016. – Vol. 3 (1). – P. 154–161.

17. Jayamani E., Loong T.G., Bakri M.K.B. Comparative study of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis of natural fbres treated with chemical, physical and biological methods // Polymer Bulletin. – 2020. – Vol. 77. – P. 1605–1629. – DOI: 10.1007/s00289-019-02824-w.

18. Fabrication and characterization of coir/carbon-fiber reinforced epoxy based hybrid composite forhelmet shells and sports-good applications: influence of fiber surface modifications on themechanical, thermal and morphological properties / Y. Singh, J. Singh, S. Sharma, T.-D. Lam, D.-N. Nguyen // Journal of Material Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (6). – P. 15593–15603. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.11.023.

19. Natural fiber-reinforced thermoplastic composites from woven-nonwoven textile preforms: Mechanical and fire performance study / B.K. Kandola, S.I. Mistik, W. Pornwannachai, S.C. Anand // Composites Part B: Engineering. – 2018. – Vol. 153. – P. 456–464. – DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.09.013.

20. Sekaran A.S.J., Kumar K.P. Study on drilling of woven sisal and aloevera natural fiber polymer composite // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 16, pt. 2. – P. 640–646. – DOI: 10.1016/j.matpr.2019.05.140.

21. Fabrication and mechanical property evaluation of non-woven banana fiber epoxy-based polymer composite / S.P. Gairola, Y.K. Tyagi, B. Gangil, A. Sharma // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 44 (6). – P. 3990–3996. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.103.

22. Baghaei B., Skrifvars M., Berglin L. Characterization of thermoplastic natural fiber composites made from woven hybrid yarn prepregs with different weave pattern // Composites: Part A. – 2015. – Vol. 76. – P. 154–161. – DOI: 10.1016/j.compositesa.2015.05.029.

23. Venkatesha B.K., Saravanan R., Anand Babu K. Effect of moisture absorption on woven bamboo/glass fiber reinforced epoxy hybrid composites // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 45, pt. 1. – P. 216–221. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.421.

24. Arumugam C., Arumugam S., Muthusamy S. Mechanical, thermal and morphological properties of unsaturated polyester/chemically treated woven kenaf fiber/AgNPs@PVA hybrid nano bio composites for automotive applications // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (6). – P. 15298–15312. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.10.084.

25. Chemical and mechanical reprocessed resins and bio-composites based on five epoxidized vegetable oils thermosets reinforced with flax fibers or PLA woven / C. Di Mauro, A. Genua, M. Rymarczyk, C. Dobbels, S. Malburet, A. Graillot, A. Mija // Composites Science and Technology. – 2021. – Vol. 205. – P. 108678. – DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.108678.

26. Experimental investigation on the mechanical properties of woven hybrid fiber reinforced epoxy composite / V. Santhanam, R. Dhanaraj, M. Chandrasekaran, N. Venkateshwaran, S. Baskar // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 37 (2). – P. 1850–1853. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.07.444.

27. Mechanical and dynamic mechanical thermal properties of ensete fiber/woven glass fiber fabric hybrid composites / T.A. Negawo, Y. Polat, Y. Akgul, A. Kilic, M. Jawaid // Composite Structures. – 2021. – Vol. 259. – P. 113221. – DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.113221.

28. Bhattacharjee A., Roy H. Assessment of tensile and damping behaviour of hybrid particle/woven fiber/polymer composites // Composite Structures. – 2020. – Vol. 244. – P. 112231. – DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.112231.