Etudes sur la stabilité mécanique et thermique de la fibre de Calotropis gigantea

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 16291 (2023) Citer cet article

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Dans les tendances récentes, l'utilisation de matériaux synthétiques a été réduite en introduisant des fibres naturelles pour des applications légères. Dans cette étude, la fibre Madar (Calotropis gigantea) est sélectionnée pour la phase de renforcement (40 %) et le polymère époxy est mélangé avec une charge de son sélectionnée comme matériau de matrice. Pour calculer les caractéristiques mécaniques des composites hybrides, cinq stratifiés composites avec différents ratios pondéraux fibre/charge ont été fabriqués. Les résultats montrent que lorsque le rapport pondéral de la fibre de madar augmente, des propriétés mécaniques supérieures sont observées dans l'échantillon de stratifié composite (A), telles que la résistance à la traction (20,85 MPa), la résistance à la flexion (24,14 MPa), l'absorption d'énergie d'impact (23 J ) par rapport à une augmentation du rapport pondéral entre la nanocharge de son et ce matériau composite. Dans le même temps, l’augmentation des nanocharges de son peut améliorer la stabilité thermique jusqu’à 445 °C de température de dégradation. Analyser l'interaction de surface entre les fibres de madar, les nanocharges de son et la matrice époxy en effectuant une analyse au microscope électronique à balayage (MEB) avant de les soumettre à l'essai mécanique et également identifier le mode de défaillance en effectuant l'essai SEM après la rupture des stratifiés pendant les tests mécaniques du composite hybride.

Des composites renforcés de fibres naturelles sont en cours de développement pour être utilisés dans l'étude visant à remplacer les composites renforcés de fibres synthétiques. La matrice et les fibres ont été remplacées par des composants respectueux de l'environnement et biodégradables1. Les bâtiments, les ponts et les structures telles que les coques de bateaux, les panneaux de piscine, les carrosseries de voitures de course, les cabines de douche, les baignoires, les conteneurs de stockage, les imitations de granit et les bassins et comptoirs en marbre de culture sont généralement construits à partir de matériaux composites, également de plus en plus utilisés dans les applications automobiles dans général 2. Les charges sont généralement constituées de verre fin, de quartz ou de silice et sont ajoutées pour améliorer le module élastique, la résistance à la traction, la dureté et la résistance à l'abrasion de la restauration et réduire le retrait de polymérisation. Les composants intérieurs, tels que les panneaux de porte, les composants du tableau de bord, les compartiments à colis, les coussins de siège, les dossiers, les gaines de câbles, etc., sont généralement constitués de matériaux composites renforcés de fibres naturelles3. En raison de la forte demande de résistance mécanique, les applications extérieures sont limitées. Les composites de fibres naturelles sont durables, peu coûteux, légers, ont une résistance spécifique élevée, sont non abrasifs, ont des propriétés mécaniques assez excellentes, sont sans danger pour l'environnement et biodégradables4. Le chanvre technique, le jute et le lin sont des fibres naturelles possédant d’excellentes propriétés d’isolation mécanique, acoustique et thermique. La teneur en fibres et la longueur sont les facteurs les plus influents sur les propriétés mécaniques et physiques d'un composite renforcé de fibres naturelles. Dans les tendances récentes, davantage de recherches sont menées sur la caractérisation des fibres naturelles. Les fibres de Calotropis gigantea peuvent être utilisées comme renfort en raison de leur teneur en cellulose, de leur indice de cristallinité (56,08 %), de la taille des cristallites (2,05 nm) et de leur stabilité thermique (> 220 °C), car ces valeurs sont comparables à celles d'autres fibres naturelles. actuellement utilisés comme agents de renforcement dans des polymères, tels que Cocos nucifera, Luffa cyclin-drive, Eucalyptus grandis, Pinus elliotti, Curaua, etc.5. Ses feuilles vert grisâtre relativement grandes mesurent 5 à 20 cm de long et 4 à 10 cm de large et sont produites par paires. Les parties inférieures des herbacées sont ligneuses, aériennes, dressées, ramifiées, cylindriques et solides, tandis que les parties supérieures sont couvertes de filaments laineux, vert pâle, et contiennent du latex6. En plus d'un rapport résistance/poids élevé, le composite polymère renforcé de fibres Madar présente des propriétés extraordinaires telles qu'une durabilité, une rigidité, des propriétés d'amortissement, une résistance à la flexion et une résistance à la corrosion, à l'abrasion, aux chocs et au feu7. L'augmentation de la teneur en fibres augmentera la propriété de traction. Avant la rupture de la matrice de polypropylène, nous avons utilisé une composition de fibres de canne à sucre dans cette enquête. La fibre de canne à sucre, comparée à d'autres fibres composites, aura une stabilité thermique élevée à 450°C8. La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) est un type de calorimétrie dans lequel une augmentation de la température perçue indique que la fibre a atteint l'état du site de nucléation. Grâce à la cristallisation du polymère, les propriétés mécaniques et de cristallinité du matériau s'améliorent dans les composites à base de fibres de canne à sucre. L'utilisation de tels brins peut être défendue pour des applications aéronautiques et militaires où le coût important des filaments n'est pas très important9. Le renforcement de la fibre exposée par sa longueur est beaucoup plus important que les mesures transversales. Dans le même temps, la proportion de longueur par rapport à la mesure transversale, appelée proportion d'angle, peut fluctuer considérablement. Les plastiques renforcés de fibres (FRP) sont utilisés efficacement pour différentes utilisations de la technologie aéronautique actuelle en raison de leurs propriétés particulières étonnantes, par exemple, une qualité et une solidité particulières élevées, un faible poids et la capacité de progression par orientation (particulièrement persistante) fibres ainsi que la conduite de charge10. L'incorporation de fibres de lin, de jute, de chanvre, de ramie et de kénaf extraites des fibres de la tige et des feuilles des plantes est dégagée des feuilles de la plante11. Pour incorporer les fibres de sisal, d'ananas et de banane extraites de la couche externe de l'écorce de la plante, les brins de graines ou de produits biologiques sont séparés des graines ou des produits naturels12. Une extrusion de gaz témoin atomisé contenant 62 % de béryllium et 38 % d'Al a été utilisée pour tester les matériaux. Les résultats révèlent que les propriétés mécaniques et thermiques des composites hybrides, telles que la ténacité, la fatigue, la conductivité thermique et le coefficient de dilatation thermique, se sont améliorées. Les composites à 20 % de fibres naturelles présentent une augmentation de 33 % de la résistance à la traction et une augmentation de 75 % du module de traction. Sur la base de ces résultats, les fibres de coco avec matrice ont confirmé le rôle des fibres de coco préservées et ont servi d'agent de renforcement plutôt que de charge13. L'ajustement de la surface du PALF (fibre de feuilles d'ananas) et du KF (fibre de Kenaf) pour la fabrication des composites hybrides KF/PF offre une résistance interfaciale supérieure, permettant la résistance mécanique des matériaux. Les caractéristiques mécaniques des composites renforcés par des fibres dépendent de nombreux paramètres, tels que la qualité des fibres, leur module, leur longueur et leur orientation, indépendamment de la qualité de la liaison interfaciale fibre-réseau14. La matrice polymère renforcée par des fibres devient un facteur important dans diverses applications en raison des grandes propriétés et des meilleurs points d'intérêt des fibres naturelles par rapport aux fibres synthétiques en termes de poids modérément faible, moins de dommages aux dispositifs de manipulation, de grandes propriétés mécaniques relatives, par exemple. exemple, module de traction et module de flexion, finition de surface améliorée des pièces façonnées en composite, ressources durables, abondance, adaptabilité lors de la préparation, biodégradabilité et dangers négligeables pour la santé15. L'utilisation généralisée du NFRPC (composite polymère renforcé de fibres naturelles) se développe rapidement dans divers domaines de conception. Une augmentation de la fraction pondérale de fibres de madar hachées de 9 pour cent augmente la capacité d'absorption d'énergie d'impact du composite hybride plus considérablement que celle de la fraction pondérale de fibres de banian. Le mode dominant a été découvert par analyse morphologique de surface au microscope électronique à balayage. Il y a un risque d'échec. Les propriétés mécaniques des composites époxy bidirectionnels en fibres de Madar préparés par la technique de stratification manuelle, telles que la dureté, la résistance à la traction et la résistance aux chocs, ont augmenté avec le poids du Madar16. Les résistances à la flexion et interlaminaires ont initialement diminué jusqu'à 12 % en poids de charge de fibre de Madar, puis ont augmenté jusqu'à 48 % en poids de charge de fibre de Madar. La diminution des cavités provoquée par une augmentation de l’apport de fibres de Madar dans les composites est l’une des raisons pour lesquelles les propriétés mécaniques des composites bidirectionnels Madar/époxy augmentent17. La résistance à la traction et le module élastique du kénaf mélangé au polyester étaient respectivement de 381 à 712 MPa et 27 GPa18. Dans une autre étude, les propriétés mécaniques des composites hybrides époxy renforcés de fibres de madar et de bananier ont été étudiées. L'étude a révélé que l'ajout de banane aux composites madar/époxy augmentait les propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction, à la flexion et aux chocs de 16 %, 3,9 % et 31,4 %, respectivement19. Les différents types de composites polymères renforcés de fibres naturelles ont acquis une importance étrange dans diverses applications automobiles par de nombreuses organisations automobiles, telles que les organisations automobiles allemandes telles que le groupe Audi, Ford, Volkswagen, Mercedes, etc. Différents types de fibres naturelles remplacent utilisations des fibres synthétiques dans le composite. En outre, la dégradation thermique du composite doit identifier l’efficacité du composite à fibres naturelles20.