Estudios sobre la estabilidad mecánica y térmica de la fibra de Calotropis gigantea.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 16291 (2023) Citar este artículo

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En tendencias recientes, el uso de materiales sintéticos se ha reducido mediante la introducción de fibras naturales para aplicaciones livianas. En este estudio, se selecciona fibra de Madar (Calotropis gigantea) para la fase de refuerzo (40%), y el polímero epoxi se mezcla con un relleno de salvado seleccionado como material de matriz. Para calcular las características mecánicas de los compuestos híbridos, se fabricaron cinco laminados compuestos con diferentes proporciones de peso de fibra/relleno. Los resultados muestran que cuando aumentó la relación de peso de la fibra madar, se observaron propiedades mecánicas superiores en la muestra laminada compuesta (A), como resistencia a la tracción (20,85 MPa), resistencia a la flexión (24,14 MPa), absorción de energía de impacto (23 J ) en comparación con un aumento de la proporción en peso de nanorelleno de salvado con respecto a este material compuesto. Al mismo tiempo, el aumento de nanorellenos de salvado puede mejorar la estabilidad térmica hasta 445 °C de temperatura de degradación. Analizar la interacción de la superficie entre las fibras de madar, los nanorellenos de salvado y la matriz epoxi mediante la realización del análisis con microscopio electrónico de barrido (SEM) antes de someterlos a la prueba mecánica y también para identificar el modo de falla mediante la realización de la prueba SEM después de que los laminados se rompan durante los ensayos mecánicos del composite híbrido.

Se están desarrollando compuestos reforzados con fibras naturales para su uso en el estudio para reemplazar los compuestos reforzados con fibras sintéticas. La matriz y las fibras han sido reemplazadas por componentes biodegradables y respetuosos con el medio ambiente1. Los edificios, puentes y estructuras como cascos de barcos, paneles de piscinas, carrocerías de coches de carreras, cabinas de ducha, bañeras, contenedores de almacenamiento, imitación de granito y lavabos y encimeras de mármol cultivado se construyen normalmente con materiales compuestos, que también se utilizan cada vez más en aplicaciones automotrices en general 2. Los rellenos suelen estar compuestos de vidrio fino, cuarzo o sílice y se añaden para mejorar el módulo elástico, la resistencia a la tracción, la dureza y la resistencia a la abrasión de la restauración y reducir la contracción por polimerización. Los componentes interiores, como paneles de puertas, componentes del salpicadero, compartimentos para paquetes, cojines de asientos, respaldos, revestimientos de cables, etc., suelen estar fabricados con materiales compuestos reforzados con fibras naturales3. Debido a la alta demanda de resistencia mecánica, las aplicaciones exteriores están limitadas. Los compuestos de fibras naturales son duraderos, económicos, livianos, tienen una alta resistencia específica, no son abrasivos, tienen propiedades mecánicas bastante excelentes, son ambientalmente benignos y biodegradables4. El cáñamo técnico, el yute y el lino son fibras naturales con excelentes propiedades de aislamiento mecánico, acústico y térmico. El contenido de fibra y la longitud son los factores más influyentes en las propiedades físicas y mecánicas de un compuesto reforzado con fibra natural. En las tendencias recientes, se están realizando más investigaciones sobre la caracterización de las fibras naturales. Las fibras de Calotropis gigantea se pueden utilizar como refuerzo debido a su contenido de celulosa, índice de cristalinidad (56,08%), tamaño de cristalita (2,05 nm) y estabilidad térmica (>220 °C), según estos valores son comparables a los de otras fibras naturales. actualmente se utilizan como agentes reforzantes en polímeros, como Cocos nucifera, Luffa cyclin-drive, Eucalyptus grandis, Pinus elliotti, Curaua, etc.5. Sus hojas relativamente grandes de color verde grisáceo miden entre 5 y 20 cm de largo y entre 4 y 10 cm de ancho y se producen en pares. Las porciones inferiores herbáceas son leñosas, aéreas, erectas, ramificadas, cilíndricas y sólidas, mientras que las porciones superiores están cubiertas de filamentos lanudos, de color verde pálido y contienen látex6. Además de una alta relación resistencia-peso, el compuesto de polímero reforzado con fibra Madar demuestra propiedades extraordinarias como alta durabilidad, rigidez, propiedades de amortiguación, resistencia a la flexión y resistencia a la corrosión, abrasión, impacto y fuego7. Los aumentos en el contenido de fibra aumentarán la propiedad de tracción. Antes de la ruptura de la matriz de polipropileno, en esta investigación utilizamos una composición de fibra de caña de azúcar. La fibra de caña de azúcar, en comparación con otros compuestos de fibra, tendrá una alta estabilidad térmica a 450°C8. La calorimetría diferencial de barrido (DSC) es un tipo de calorimetría en la que un aumento en la temperatura percibida indica que la fibra ha alcanzado el estado del sitio de nucleación. Debido a que el polímero cristaliza, las propiedades mecánicas y de cristalinidad del material mejoran en los compuestos elaborados a partir de fibras de caña de azúcar. La utilización de tales hilos puede defenderse para aplicaciones militares y de aviación donde el coste significativo de los filamentos no es de gran importancia9. El refuerzo de la fibra expuesta por su longitud es mucho más prominente que las mediciones de la sección transversal. Al mismo tiempo, la proporción entre la longitud y la medida de la sección transversal, denominada proporción angular, puede variar significativamente. Los plásticos reforzados con fibra (FRP) se utilizan con éxito para diferentes usos de la tecnología aeronáutica actual debido a sus sorprendentes propiedades específicas, por ejemplo, alta calidad y solidez, bajo peso y la capacidad de avance mediante orientación (especialmente persistente) fibras junto con el conducto de carga10. La incorporación de fibras de lino, yute, cáñamo, ramio y kenaf extraídas del tallo de la planta y de las fibras de las hojas se desprenden de las hojas de la planta11. Para incorporar las fibras de sisal, piña y plátano se extraen de la capa externa de corteza de la planta y se separan las semillas o hebras de productos orgánicos de las semillas o productos naturales12. Para probar los materiales se utilizó una extrusión de control atomizado con gas que contenía 62% de berilio y 38% de Al. Los hallazgos revelan que las propiedades mecánicas y térmicas de los compuestos híbridos, como la tenacidad a la fractura, la fatiga, la conductividad térmica y el coeficiente de expansión térmica, han mejorado. Los compuestos con un 20% de fibras naturales exhiben un aumento del 33% en la resistencia a la tracción y un aumento del 75% en el módulo de tracción. Con base en estos hallazgos, las fibras de coco con matriz confirmaron el papel de la fibra de coco preservada y sirvieron como agente de refuerzo en lugar de relleno13. El ajuste de la superficie de PALF (fibra de hojas de piña) y KF (fibra de Kenaf) para fabricar los compuestos híbridos KF/PF ofrece una resistencia interfacial superior, lo que permite la resistencia mecánica de los materiales. Las características mecánicas del compuesto reforzado con fibras dependen de numerosos parámetros, como la calidad, el módulo, la longitud y la orientación de la fibra, independientemente de la calidad de la unión interfacial entre la red y la fibra14. La matriz polimérica reforzada con fibra se convierte en una consideración importante en diversas aplicaciones como resultado de las excelentes propiedades y mejores puntos de interés de la fibra natural sobre las fibras sintéticas en términos de su peso moderadamente bajo, menos daño a los dispositivos de manipulación, excelentes propiedades mecánicas relativas, por ejemplo. Por ejemplo, módulo de tracción y módulo de flexión, acabado superficial mejorado de piezas conformadas compuestas, recursos sostenibles, abundancia, adaptabilidad durante la preparación, biodegradabilidad y riesgos insignificantes para la salud15. La amplia utilización de NFRPC (compuesto de polímero reforzado con fibra natural) se está desarrollando rápidamente en varios campos del diseño. Un aumento en la fracción de peso de fibra de madar picada del 9 por ciento aumenta la capacidad de absorción de energía de impacto del compuesto híbrido más considerablemente que en la fracción de peso de fibra de baniano. El modo dominante se descubrió mediante un análisis morfológico de la superficie con un microscopio electrónico de barrido. Existe riesgo de fracaso. Las propiedades mecánicas de los compuestos epóxicos de fibra de madar bidireccional preparados mediante la técnica de colocación manual, como la dureza, la resistencia a la tracción y la resistencia al impacto, aumentaron con el peso de Madar16. Las resistencias a la flexión e interlaminar inicialmente disminuyeron hasta un 12% en peso de carga de fibra de madar y luego aumentaron a un 48% en peso de carga de fibra de madar. La disminución de las cavidades causada por un aumento en la entrada de fibra de madar en los compuestos es una de las razones por las que aumentan las propiedades mecánicas de los compuestos bidireccionales de Madar/epóxido17. La resistencia a la tracción y el módulo elástico del kenaf mezclado con poliéster fueron de 381 a 712 MPa y 27 GPa, respectivamente18. En otro estudio, se investigaron las propiedades mecánicas de compuestos híbridos epoxi reforzados con fibra de madar y plátano. El estudio encontró que agregar plátano a los compuestos madar/epóxido aumentaba las propiedades mecánicas como la resistencia a la tracción, la flexión y el impacto en un 16%, 3,9% y 31,4%, respectivamente19. Los distintos tipos de compuestos poliméricos reforzados con fibras naturales han adquirido una extraña importancia en diversas aplicaciones automovilísticas por parte de numerosas organizaciones automovilísticas, como por ejemplo organizaciones automovilísticas alemanas como el grupo Audi, Ford, Volkswagen, Mercedes, etc. Usos de fibras sintéticas en el compuesto. Además, la degradación térmica del compuesto necesita identificar la eficiencia del compuesto de fibra natural20.

El trabajo de investigación motivacional anterior ha comenzado a desarrollar un laminado compuesto utilizando fibra de madar picada, nanorellenos de salvado, celulosa y matriz epoxi que varían con fracciones de peso de fibra de madar y nanorellenos para cuantificar el efecto mecánico y la estabilidad térmica del compuesto híbrido y la morfología de la superficie del híbrido. compuestos que pueden identificarse con el análisis SEM.

Este estudio cumple con las directrices y legislación institucionales, nacionales e internacionales pertinentes. Este trabajo tiene como objetivo crear un laminado compuesto utilizando fibra natural, relleno y una matriz epoxi. La matriz comprende Araldite (LY 556), resina de polímero epoxi tipo Bisfenol-F de Huntsman y endurecedor Araldite HY 951 de Araldite, empresa Javanthi, Chennai, India. Go Green Pvt suministró la fibra Madar y el nanorelleno de salvado. Limitado, Chennai, India. Debido a la escasez de longitud de las ramitas de madar, la fibra se puede utilizar como material de refuerzo cortado en trozos. Para extraer la fibra de madar se utilizó el proceso de enriamiento acuoso, lo que permite que el agua pueda entrar en la parte central del tallo, hinchando las células internas y provocando la rotura de la cubierta exterior de las plantas21. La presencia de bacterias y humedad en las plantas hace que grandes secciones de tejidos celulares y compuestos pegajosos que envuelven las fibras se rompan, separando las fibras individuales de la planta, y la fibra madar ha sido censurada al tipo cortado para la fabricación de compuestos22. Las propiedades generales de las fibras de madar son: la resistencia a la tracción es de 5,8 MPa, el módulo de Young es de 1,3 GPa y la densidad es de 1,67 g/cm3 y, para ampliar las características del compuesto híbrido, se utilizan nanorellenos de salvado con un tamaño de partícula de 100 μm (promedio) y densidad. es de 0,25 g/cm3 utilizado como ingrediente de relleno23. Los compuestos híbridos se fabricaron mediante una técnica tradicional de colocación manual, empleando refuerzo, relleno e hibridación de matriz para construir el compuesto. Para el procedimiento de fabricación, se utilizó inicialmente un molde de acero inoxidable suave para aplicar cera líquida como agente desmoldante en un molde de acero de 25 × 25 cm, se mezcló resina epoxi predefinida al 60% con endurecedor en una proporción de 10:1 y 40% Se tomó refuerzo de fibras de madar picadas y nanorellenos de salvado, la matriz se fijó con un 60% para las cinco muestras, y las fibras de madar picadas, nanorellenos de salvado se variaron con cinco fracciones de peso diferentes en gramos, se siguieron 140/10, 130/20, 120/30, 110/40, 100/50 de composite híbrido. Sobre la caja de acero, se aplicó cera líquida como agente desmoldeante, seguida de una capa de fibra de madar picada y una matriz epoxi con una mezcla de nanorelleno de salvado hasta el espesor requerido de 5 a 8 mm24. El proceso se repitió con cinco fracciones de peso diferentes de fibra de madar y nanorellenos. Después de completar la fabricación, los laminados se curaron en un horno caliente a una velocidad de 50 °C por minuto durante dos horas y se comprimieron con cinco kilogramos por centímetro cuadrado de área del molde durante veinticuatro horas para mejorar el curado del compuesto híbrido. Los materiales de origen de una sola fibra de madar en una imagen microscópica, en la Fig. 1.

Imagen microscópica de una sola fibra de madar.

El método se repitió para todas las muestras y se recogió una muestra de cada muestra siguiendo los estándares ASTM para realizar varios análisis. La relación en peso de fibra de madar picada, nanorelleno y materiales de matriz de polímero epoxi se tabula en la Tabla 1. El compuesto híbrido se fabricó con fibra de madar picada y polímero epoxi de nanorelleno de salvado añadido y las muestras se están realizando pruebas mecánicas como prueba de tracción, prueba de flexión. , y absorción de energía de impacto, realizando también el análisis Termogravimétrico. La prueba de tracción se realizó en una máquina de prueba universal (TINIUS OLSEN H10KT) con una velocidad de carga lenta de 1 mm/min en el modo 10 KN de un experimento según la norma ASTM D638. Se tomó una dimensión de 165 × 13 × 3,2 mm, la precisión de la medición de la posición fue Se observa +/− 0,01 % de la lectura o 0,001 mm, y se logra una precisión de carga del 0,5 % de la carga especificada. La prueba de flexión se realizó en modo de flexión de 3 puntos de la norma ASTM D790 con dimensiones de 125 × 12,7 × 3,2 mm, relación de fuerza de 100:1 (es decir, la celda de carga al 1,0% de la capacidad sin pérdida de precisión) y para impacto. resistencia mediante la realización de la prueba de impacto Izod, la norma ASTM D256 con dimensiones de 65 × 12,7 × 3,2 mm como se muestra a continuación y para la estabilidad térmica mediante la realización del análisis termogravimétrico se siguió la norma ASTM E113125. Utilizando un SEM 115 EVO 18 se investigan la interacción superficial y la morfología del composite híbrido (Carl Zeiss, Oberkochen, Alemania). Para mejorar la visibilidad, los compuestos híbridos se recubren mediante pulverización catódica con partículas de oro antes del microanálisis de la superficie. Se tomaron muestras para realizar todas las pruebas según la norma ASTM y tres muestras de todas las muestras para cada análisis. Revelaron las propiedades promedio de este compuesto híbrido. Las muestras analizadas se muestran en la Fig. 2.

Muestras de prueba de laminados compuestos de fibras naturales.

En esta investigación, se realizaron pruebas mecánicas de compuestos híbridos según las normas ASTM. Los resultados de resistencia a la tracción, flexión y al impacto muestran la respuesta significativa de los compuestos híbridos. La curva de tensión versus deformación de los laminados compuestos se muestra en la Fig. 3. Estos resultados pueden revelar la capacidad elástica del compuesto de fibra de madar cortada. Los valores máximos de tensión y deformación de la muestra A son 20,85 MPa y 11,4%. Cuando la tensión creciente puede producir un impacto similar aumentando el valor de deformación del compuesto híbrido para alcanzar la capacidad elástica máxima, el material se mueve hasta el punto de rotura y los mismos resultados se repitieron en todas las demás muestras cuando la tensión aumentó paralelamente al valor de deformación. aumenta hasta el límite elástico del compuesto híbrido. El volumen de fibra de madar es mayor en las muestras A y B. Por lo tanto, la fibra de madar puede generar más tensión durante la carga de tracción en comparación con el nanorelleno de salvado en el compuesto híbrido. La resistencia a la tracción del compuesto híbrido se muestra en la Fig. 4. La variación del coeficiente para este compuesto híbrido durante las propiedades mecánicas se ha calculado mediante,

Curva tensión versus deformación de un compuesto híbrido.

Resistencia a la tracción de laminados compuestos.

La estabilidad del compuesto de fibra Madar en la resistencia a la tracción se proporciona en la Tabla 2. Los resultados anteriores se revelan cuando el aumento de la fracción de peso del refuerzo de fibra tuvo una influencia positiva en comparación con el aumento del porcentaje de relleno en los laminados compuestos. El compuesto híbrido comprende fibra de madar picada, nanorelleno de salvado y matriz epoxi. La resistencia a la tracción de la muestra A de 20,85 MPa es el valor máximo en comparación con otras muestras. Contiene 140 g de fibra de madar picada y 10 g de nanorelleno de salvado, se indica que la resistencia máxima depende del refuerzo de la fibra, y la muestra B tiene una pérdida del 12% de resistencia a la tracción en comparación con la muestra A y al mismo tiempo cuando aumenta la proporción de fibra. puede revelar el aumento de la resistencia a la tracción de los laminados compuestos. En la muestra C, el aumento de 30 g de carga puede mostrar una influencia negativa del 25% en comparación con la muestra A. En la muestra, a E se le dio una resistencia a la tracción menor de 11,8 MPa, un 45% menor que la muestra A. En otro trabajo, el lino Al compuesto de fibra se le dio 42 MPa de resistencia a la tracción con el uso de estera de lino tejido, debido a que la transferencia de carga de un punto a otro puede distribuirse uniformemente en el refuerzo en forma de estera, y se identificó que fue menor en fibras cortas utilizadas como refuerzo26. Se desarrolló una investigación similar utilizando un compuesto híbrido de fibras de basalto/lino. Las muestras exhibieron la mayor resistencia a la tracción debido a una capa de fibra de basalto. Una sola capa de fibra de lino tiene una resistencia a la tracción menor que otras muestras compuestas híbridas. Si la resistencia a la tracción del composite disminuye mientras la tasa de reticulación aumenta, el poscurado ha alterado uno o ambos componentes27. Por lo tanto, cuando se aplica una carga de tracción axial gradual sobre los laminados compuestos híbridos, puede revelar que el refuerzo juega un papel importante en la fabricación de compuestos naturales en comparación con otros materiales de relleno. En cada muestra, se tomaron cinco especímenes diferentes para diferentes ensayos, y la barra de error indica los valores promedio de cinco ensayos diferentes de los experimentos de análisis de tracción, flexión e impacto de laminados compuestos. La estabilidad del material en el ensayo de flexión se da en la Tabla 3.

El experimento de prueba de flexión puede revelar la carga soportada durante la condición de carga de flexión en la prueba de flexión de 3 puntos. Durante este experimento, se calculó la deflexión de 2 mm en el compuesto híbrido28. Las resistencias a la flexión de los laminados compuestos se dan en la Fig. 5. La muestra A es el resultado significativo entre todas las demás muestras, y se le asignó una resistencia a la flexión de 24,14 MPa. Este resultado es un 3% más en comparación con la muestra B, y la resistencia a la flexión menor identificada en la muestra E contenía un máximo de material de nanorelleno de salvado y un mínimo de fibra de madar picada. Por lo tanto, aumentar el material de fibra de madar cortada puede mejorar la carga de flexión en la resistencia a la flexión del compuesto híbrido en comparación con el aumento de nanorellenos en los laminados compuestos. En otro trabajo, el aumento de la fibra de sisal puede mejorar la mayor energía de flexión en comparación con el contenido de celulosa del aserrín presente en el compuesto29. Un resultado similar revelado en este trabajo, mejorado con refuerzo de fibra, puede dar resultados significativos30. En otro trabajo de investigación, los laminados compuestos que contienen menos lino tienen una resistencia a la flexión mínima de 32 MPa, un 59,4% menos que la capacidad de flexión de la fibra de basalto. Durante la carga de flexión, las fibras de basalto pueden transmitir la carga en una dirección diferente y aumentar la capacidad de flexión debido a la incorporación de una capa de basalto más gruesa en las muestras compuestas. Por el contrario, la fibra de lino no posee una mayor capacidad de flexión que la fibra de basalto31. En la muestra C, se dieron 19,5 MPa, y la resistencia a la flexión que muestra la proporción igual de fibra de madar picada y nanorellenos de salvado puede reducir la pérdida por flexión en comparación con la muestra D y la muestra E.

Resistencia a la flexión de laminados compuestos.

El coeficiente de energía de impacto se proporciona en la Tabla 4. Este trabajo analiza la capacidad de absorción de energía de impacto realizando la resistencia al impacto Izod en este laminado compuesto. Los resultados son los mismos que los de la resistencia a la tracción y a la flexión. La fibra de madar picada puede resistir más carga de impacto porque la muestra A absorbe más energía de 23 J y la muestra E absorbe una energía mínima de 9 J, lo que indica que el nanorelleno de los nanorellenos de salvado puede romperse fácilmente cuando se aplica repentinamente. Al mismo tiempo, el material de fibra puede combinarse formalmente y resistir más la carga de impacto, absorbiendo la energía en la muestra B a 18 J. Este resultado es un 21% menor que la muestra A. Indica que aumentar 10 g puede tener más impacto en la compuesto híbrido durante la fuerza repentina aplicada a este compuesto. Se realizó un trabajo similar con un compuesto de fibra natural de basalto/kenaf que muestra una energía de impacto de 19 J, debido a que la combinación en forma de estera de lino/vidrio puede soportar más carga que se aplica gradualmente. Fue menos en carga repentina porque cuando la carga de impacto puede transferirse rápidamente de un punto a otro en fibra corta, se diluyó en forma de estera de compuesto32. Las energías de impacto de los laminados compuestos naturales se muestran en la Fig. 6. Las limitaciones importantes son el uso de fibra madar cortada, que puede transferir la carga a corto plazo. Las fibras no pueden soportar más cargas durante las pruebas mecánicas y los materiales de relleno solo pueden mejorar la degradación térmica. Al mismo tiempo, la forma de estera de refuerzo puede aportar un potencial rendimiento en el comportamiento mecánico y térmico del compuesto híbrido.

Energía de impacto de laminados compuestos.

El efecto del contenido de fibra (20–50% en peso) en el compuesto de polipropileno (PP) reforzado con abacá se compara con el compuesto de polipropileno reforzado con yute/lino bajo prueba de impacto. Los resultados revelaron que la resistencia al impacto aumentó del 20 al 40% en peso del contenido de fibra. Aun así, la resistencia al impacto comienza a disminuir cuando se agrega entre un 40% y un 50% en peso de contenido de fibra porque la relación fibra/matriz es un factor crucial en la capacidad de los materiales compuestos para resistir la carga de impacto33. Se analizaron compuestos de polilactida (PLA) y polipropileno (PP) moldeados por inyección reforzados con fibra sintética de kevlar y fibras de abacá. Todos los compuestos se produjeron con un contenido de fibra del 30% en peso. Con respecto al peso de la fibra, se evaluaron compuestos a base de PP con un contenido de polipropileno maleado (MAPP) del 5% en peso. A temperatura ambiente, la eficacia de NI de los materiales a base de PP fue sustancialmente mayor que la de los materiales a base de PLA, mientras que, a 30 °C, ocurrió lo contrario. Los resultados demostraron una clara distinción entre compuestos reforzados con fibra de abacá y celulosa sintética34. Por lo general, las fibras naturales tienen más contenido de humedad y la presencia de lignina y hemicelulosa es la razón principal de la menor capacidad de unión con la matriz polimérica. Para evitar esto, el tratamiento de las fibras puede mejorar un 2% más las propiedades mecánicas del composite de fibras naturales.

Las micrografías SEM anteriores revelaron que antes y después de la fractura de los laminados compuestos, durante el proceso de fabricación, la resina epoxi puede mejorar el burbujeo y la porosidad debido a las condiciones atmosféricas. Puede afectar el acabado de la superficie de los laminados compuestos y el modo de falla puede identificarse en esta micrografía35. La razón principal es que el factor de concentración de tensiones se debe más a una forma corta de fibra. Las grietas y los desprendimientos de fibras se revelan como el mayor factor de concentración de tensiones presente en los laminados y los huecos y grietas de las fibras en los laminados compuestos. Los principales componentes son alquenos, grupos hidroxilo fenólicos, grupos aromáticos y diversos grupos funcionales con oxígeno34. La imagen SEM de los laminados compuestos se muestra en la Fig. 7. La unión entre la fibra y la matriz mejora y, al mismo tiempo, la unión entre la fibra y el relleno se debilita en los laminados compuestos naturales.

Imagen SEM de laminados compuestos.

Se realizaron pruebas TGA en el compuesto híbrido reforzado con fibra madar propuesto para determinar la estabilidad térmica de cinco fracciones de peso diferentes y la degradación del material de este compuesto. Este estudio se utiliza para determinar la estabilidad del material ante diversos aumentos de temperatura y el tiempo que tarda la sustancia en degradarse35. La temperatura inicial se tomó para la masa de material de 15 a 14,9 g a 365 °C, y el tiempo necesario durante la operación fue de 12,5 min en esta muestra compuesta híbrida E. En comparación, la temperatura inicial se tomó para la masa de material de 15 –14,9 g a 269 °C, y el tiempo necesario durante la operación fue de 10,5 min en la muestra A. En otra investigación, el análisis TGA de la fibra de ramitas de neem reveló que su estabilidad térmica es superior a otras fibras naturales como el sisal y el plátano. La etapa sólida comenzó a una temperatura ambiente de 200 °C, la temperatura de transición vítrea entre 210 y 350 °C y la región elástica comenzó a 352 °C36. Este análisis termogravimétrico muestra que los nanorellenos de salvado natural en crecimiento pueden resistir temperaturas mayores a 445 °C de temperatura de trabajo con una masa correspondiente del 25% de la masa inicial. El material puede degradarse una vez que alcanza una temperatura máxima de 445 °C. Las Figuras 8 y 9 muestran el gráfico del porcentaje de masa con la temperatura y el% de masa con el tiempo necesario para la pérdida de masa en diferentes porcentajes de compuestos híbridos, lo que revela la estabilidad térmica de fibras de madar picadas mezcladas con compuestos de polímeros híbridos de nanorellenos de salvado.

El gráfico entre el porcentaje de masa y la temperatura del compuesto híbrido.

La gráfica entre porcentaje de masa versus tiempo del compuesto híbrido.

Los laminados compuestos se desarrollaron con fibra de madar picada reforzada con una matriz epoxi mezclada con relleno de salvado. El experimento mecánico y termogravimétrico se realizó para analizar las propiedades generales de variación mecánica y de temperatura de laminados compuestos. Los hallazgos significativos extraídos de este trabajo de investigación han sido los siguientes. La resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y la energía de impacto mejoraron en un promedio del 60% debido al suministro de fibra de madar picada en comparación con los nanorellenos de salvado. Puede revelar que la adición de nanorelleno de salvado influyó negativamente en las propiedades mecánicas del compuesto natural y que el suministro de refuerzo de fibra de madar picada puede mejorar las propiedades mecánicas del compuesto de fibra de madar. Según el resultado, la fibra madar se puede utilizar como refuerzo en compuestos poliméricos para aplicaciones estructurales livianas debido a los resultados significativos observados en la muestra (A) resistencia a la tracción (20,85 MPa), resistencia a la flexión (24,1 MPa), energía de impacto (23 J) fracción en peso de entre otras cuatro muestras. En cuanto a la estabilidad térmica, el suministro de nanorellenos de salvado mejoró la estabilidad térmica en comparación con el aumento de la fibra de madar con un promedio del 24 %. Se observó una estabilidad térmica superior en la muestra E con una temperatura máxima de degradación de 445 °C. El tiempo que tarda el material en degradarse, 16,2 min, es necesario para alcanzar la masa de muestra del 25% de este compuesto híbrido. Por lo tanto, añadir nanorellenos de salvado al compuesto natural es muy adecuado para preparar los materiales de aislamiento térmico de los compuestos híbridos.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

Raja, T., Devarajan, Y. Estabilidad mecánica y térmica del compuesto de poliéster de partículas de nanorelleno de ZrO2 reforzado con fibra Millettia pinnata: un estudio experimental. Conv. de biomasa Biorref. https://doi.org/10.1007/s13399-023-04837-y (2023).

Artículo de Google Scholar

Ramaswamy, R. y col. Caracterización de compuestos epoxi endurecidos con nanohojas de biocarbono de fibra corta de tuna y cáscara de cebolla roja. Polimero. Compos. 43(8), 4899–4908 (2022).

Artículo MathSciNet CAS Google Scholar

Lyu, GJ y cols. Comportamientos mecánicos dinámicos de un compuesto de vidrio metálico a granel metaestable de tipo β. J. Aleación. compd. 819, 153040 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Salman, SD Efectos del contenido de fibra de yute sobre las propiedades mecánicas y dinámicas de los compuestos en aplicaciones estructurales. Def. Tecnología. 16(6), 1098–1105 (2020).

Artículo de Google Scholar

Balaji, N. y col. Biocarbón de cáscara de maní recocido como refuerzo potencial para un biocompuesto de fibra y epoxi de aloe vera: propiedades mecánicas, de conductividad térmica y dieléctricas. Biorrefinería Biomass Convers 2022, 1–9 (2022).

Google Académico

George, JS, Vasudevan, A. y Mohanavel, V. Análisis de vibraciones de un compuesto híbrido entre capas para la estructura de un ala de avión. Madre. Hoy Proc. 37, 2368–2374 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Thandavamoorthy, R. & Palanivel, A. Pruebas y evaluación de la resistencia a la tracción y al impacto de un compuesto híbrido reforzado con fibra de neem/baniano. J. Prueba. Evaluación. 48(1), 647–655 (2020).

Artículo de Google Scholar

Raj, K., Vasudevan, A. y Mohanavel, V. Análisis de la transformada rápida de Fourier (FFT) en diferentes configuraciones entre capas de compuestos hibridados de vidrio/basalto/aramida/carbono para estructuras de aeronaves. Madre. Hoy Proc. 37, 2375–2381 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Raja, T. & Anand, P. Evaluación de la estabilidad térmica y las propiedades térmicas del compuesto de polímero híbrido reforzado con neem/baniano. Madre. Llevar a cabo. Carácter. 8(1), 481–490 (2019).

Google Académico

Natrayan, L., Surakasi, R., Kaliappan, S., Patil, PP, Saravanan, A. y Siranjeevi, R. Explore la eliminación de colorantes tóxicos utilizando nanopartículas de óxido de cerio biosintetizadas derivadas de extractos de hojas de Morinda citrifolia. Superficies e interfaces 41, 103151. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.103151(2023).

Artículo CAS Google Scholar

Sanjay, MR et al. Una revisión exhaustiva de las técnicas de fibras naturales como refuerzo en composites: preparación, procesamiento y caracterización. Carbohido. Polimero. 207, 108-121 (2019).

Artículo de Google Scholar

Bharath, KN, Sanjay, MR, Jawaid, M., Harisha Basavarajappa, S. y Siengchin, S. Efecto de la secuencia de apilamiento sobre las propiedades de los compuestos híbridos de fenol formaldehído reforzados con funda de hoja de coco/yute/vidrio E. J. Indiana Texto. 49(1), 3–32 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Sivakumar, V., Kaliappan, S., Natrayan, L. et al. Efectos de la fibra de quimbombó de celulosa de alto contenido tratada con silano y el polvo de semilla de tamarindo sobre la estabilidad mecánica, térmica y el comportamiento de absorción de agua de los compuestos epoxi. Silicio 15, 4439–4447. https://doi.org/10.1007/s12633-023-02370-1 (2023).

Artículo CAS Google Scholar

Mohanavel, V., Suresh Kumar, S., Vairamuthu, J., Ganeshan, P. y NagarajaGanesh, B. Influencia de la secuencia de apilamiento y el contenido de fibra en las propiedades mecánicas de compuestos híbridos pentacapa reforzados con fibras naturales y sintéticas. J. Nat. Mentira. 19(13), 5258–5270 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Ganesan, K., Kailasanathan, C., Sanjay, MR, Senthamaraikannan, P. y Saravanakumar, SS Una nueva evaluación de las propiedades mecánicas de la estera de fibra de yute con compuestos de matriz de poliéster reforzado con polvo de cáscara de huevo/nanoarcilla. J. Nat. Fibras 2018, 482–490 (2018).

Google Académico

Velmurugan, G., Natrayan, L., Chohan, J. et al. Investigación del análisis mecánico y mecánico dinámico de compuestos híbridos a base de polvo de hojas de bambú/olivo en condiciones criogénicas. Conv. de biomasa Biorref. https://doi.org/10.1007/s13399-023-04591-1 (2023).

Artículo de Google Scholar

Natrayan, L., Sivaprakash, V. y Santhosh, MS Comportamiento mecánico, microestructura y desgaste del material AA6061 reforzado con SiC con diferentes cenizas de hojas utilizando un método avanzado de fundición por agitación. En t. J. Ing. Adv. Tecnología. 2018, 366–371 (2018).

Google Académico

Mehar, K., Panda, SK y Mahapatra, TR Respuestas de deflexión termoelástica de una estructura de carcasa tipo sándwich reforzada con CNT utilizando el método de elementos finitos. Ciencia. Irán. 25(5), 2722–2737 (2018).

Google Académico

Raja, T., D, Y. Análisis de las propiedades de una fibra de cáñamo derivada de Cannabis sativa como fuente renovable. Conv. de biomasa Biorref. https://doi.org/10.1007/s13399-023-04861-y (2023).

Artículo de Google Scholar

Jawaid, M., Khalil, HA y Alattas, OS Biocompuestos híbridos tejidos: propiedades dinámicas, mecánicas y térmicas. Compos. Una aplicación. Ciencia. Fabricante. 43(2), 288–293 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Binu Kumar, VJ, Bensam Raj, J., Karuppasamy, R. & Thanigaivelan, R. Influencia del tratamiento químico y la absorción de humedad en el comportamiento a la tracción de compuestos híbridos reforzados con fibras de neem/plátano: una investigación experimental. J. Nat. Fibras 19(8), 3051–3062 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Sabarinathan, P. et al. Estudio experimental sobre la eliminación del recubrimiento de resina de fenol formaldehído del disco abrasivo y preparación del disco abrasivo para la aplicación de pulido. Adv. Madre. Ciencia. Ing. 2022, 1–8 (2022).

Artículo de Google Scholar

Kumar, LR, Madhu, S., Mothilal, T., Singh, DP, Ali, HM y Kamal, MR Efecto del refuerzo en polvo de nuez sobre las propiedades mecánicas de los compuestos biodegradables a base de fibras naturales de lino/cáñamo. Materiales hoy: Actas 69, 1387–1393 (2022).

Google Académico

Balaji, R., Sasikumar, M. y Elayaperumal, A. Comportamiento térmico, termooxidativo y ablativo de compuestos cerámicos/fenólicos rellenos de cenósfera. Polimero. Degradar. Puñalada. 114, 125-132 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Potom, B., Madhu, S., Kannan, S. y Prathap, P. (julio de 2019). Análisis de rendimiento del proceso de corte por chorro de agua abrasivo en un compuesto de polímero epoxi de fibra de carbono. En la serie de conferencias IOP: Ciencia e ingeniería de materiales (Vol. 574, No. 1, p. 012014). Publicación PIO.

Google Académico

Thandavamoorthy, R., Devarajan, Y. & Thanappan, S. Análisis de la caracterización de fibra de celulosa natural tratada con NaOH extraída de raíces aéreas de baniano. Representante de ciencia ficción 13, 12579. https://doi.org/10.1038/s41598-023-39229-9 (2023).

Ghosh, SK Manual de materiales compuestos: Por MM Schwartz (McGraw-Hill, 1985).

Reservar Google Académico

Ghahari, S., Assi, LN, Alsalman, A. & Alyamaç, KE Evaluación de las propiedades de fractura de pasta de cemento de nanocristales de celulosa. Materiales 13(11), 2507 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Andiç-Çakir, Ö., Sarikanat, M., Tüfekçi, HB, Demirci, C. y Erdoğan, Ü. H. Propiedades físicas y mecánicas de compuestos cementosos de fibra de coco orientados aleatoriamente. Compos. B Ing. 61, 49–54 (2014).

Artículo de Google Scholar

Saba, N., Paridah, MT y Jawaid, M. Propiedades mecánicas del compuesto de polímero reforzado con fibra de kenaf: una revisión. Construcción Construir. Madre. 76, 87–96 (2015).

Artículo de Google Scholar

Thandavamoorthy, R., Devarajan, Y. & Kaliappan, N. Análisis antimicrobiano, funcional y cristalino de la fibra de celulosa extraída de los troncos de los plátanos. Representante de ciencia 13, 15301. https://doi.org/10.1038/s41598-023-42160-8 (2023).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Singha, AS y Thakur, VK Propiedades mecánicas de compuestos poliméricos reforzados con fibras naturales. Toro. Madre. Ciencia. 31, 791–799 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Mahboob, Z., El Sawi, I., Zdero, R., Fawaz, Z. & Bougherara, H. Respuesta dañada por tracción y compresión en compuestos epoxi reforzados con fibra de lino. Compos. Una aplicación. Ciencia. Fabricante. 92, 118-133 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Devarajan, Y., Munuswamy, D., Arunkumar, D. et al. Aplicación de algas verdes potenciales para la generación de energía como alternativa probable y fraccionada. Conv. de biomasa Biorref. https://doi.org/10.1007/s13399-023-04870-x (2023).

Artículo de Google Scholar

Nurazzi, NM et al. Propiedades del análisis termogravimétrico de compuestos poliméricos de fibras naturales celulósicas: una revisión sobre la influencia de los tratamientos químicos. Polímeros 13(16), 2710 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Marode, RV, Pedapati, SR, Lemma, TA, Loyte, A., Devarajan, Y. y Thandavamoorthy, R. Influencia del carburo de silicio en la microdureza y el comportamiento a la corrosión de los compuestos de superficie AZ91 / SiC procesados ​​mediante procesamiento por fricción y agitación: Multi- optimización de la respuesta mediante análisis relacional taguchi-grey. Silicio, 1–23. https://doi.org/10.1007/s12633-023-02551-y (2023).

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Laboratorio de Ciencias de Materiales, Departamento de Prostodoncia, Saveetha Dental College and Hospitals, SIMATS, Saveetha University, Chennai, Tamil Nadu, 600077, India

Thandavamoorthy Raja

Departamento de Ingeniería Mecánica, Escuela de Ingeniería Saveetha, SIMATS, Universidad Saveetha, Chennai, Tamil Nadu, India

Yuvarajan Devarajan

Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Ambo, Ambo, Etiopía

Subash Thanappan

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TR, YD y ST han contribuido igualmente al manuscrito.

Correspondencia a Yuvarajan Devarajan o Subash Thanappan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Raja, T., Devarajan, Y. & Thanappan, S. Estudios sobre la estabilidad mecánica y térmica del compuesto epoxi de nanopartículas de salvado reforzado con fibra de Calotropis gigantea. Informe científico 13, 16291 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-42316-6

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Recibido: 01 de abril de 2023

Aceptado: 08 de septiembre de 2023

Publicado: 28 de septiembre de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-42316-6

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