Effect of fiber orientation and fiber loading on the mechanical and thermal properties of sugar palm yarn fiber reinforced unsaturated polyester resin composites

• Autorzy: Mohd Nurazzi N. , Khalina A. , Chandrasekar M. , Aisyah H. A. , Ayu Rafiqah S. , Ilyas R. A. , Hanafee Z. M.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2020.2.5

Warianty tytułu

PL

Wpływ orientacji włókien palmy cukrowej i ich zawartości na właściwości mechaniczne i termiczne kompozytów na bazie nienasyconej żywicy poliestrowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Sugar palm [Arenga pinnata (Wurmb.) Merr] fiber reinforced unsaturated polyester resin composites with 0°, 45°, and 90° fiber different orientations were prepared and tested. The composites were characterized for tensile, flexural, impact and compression properties using ASTM D3039, ASTM D790, ASTM D250, and ASTM D3410 standards, respectively. For the thermal characterization, dynamic mechanical analysis (DMA) was conducted to characterize the on storage modulus (E’), loss modulus (E’’) and damping behavior (tan δ) of the composites. The highest mechanical performance of composites was achieved at 0° of fiber orientation composites followed by 45° and 90° fiber orientations. The fiber loading was insignificant for the 90° fiber orientation as the properties were inconsistent. The theoretical value of modulus from the tensile test was calculated using rules of mixture (ROM) and compared with the experimental values for all composites specimens. This research showed that the optimum properties occurred at 30 wt % fiber loading as reflected by the superior tensile and flexural strengths. The optimum properties of compression, impact, storage modulus and better damping properties were achieved at 40 wt % fiber loading.

PL

Przygotowano kompozyty na bazie nienasyconej żywicy poliestrowej wzmocnionej różną ilością włókien palmy cukrowej [Arenga pinnata (Wurmb.) Merr] o rozmaite jorientacji: 0°, 45° i 90°. Z zastosowaniem norm, odpowiednio, ASTM D3039, ASTM D790, ASTM D250 i ASTM D3410 oznaczono wytrzymałość na rozciąganie i zginanie oraz odporność na uderzenie i ściskanie otrzymanych kompozytów. Właściwości termiczne scharakteryzowano metodą dynamicznej analizy mechanicznej (DMA); wyznaczono moduł zachowawczy (E’), moduł stratności (E”) i tangens kąta stratności (tan δ) kompozytów. Najlepsze właściwości mechaniczne kompozytów uzyskano w wypadku zastosowania włókien o orientacji 0° względem przyłożonej siły, a najgorsze w wypadku ułożenia włókien pod kątem 90°. W odniesieniu do kompozytów wzmocnionych włóknami o orientacji 90° udział włókien miał nieistotny wpływ na oznaczane właściwości, ponieważ wyniki były niespójne. Wartość teoretyczną modułu rozciągania wszystkich próbek kompozytów obliczono z wykorzystaniem reguły mieszania (ROM) i porównano z wartościami uzyskanymi doświadczalnie. Stwierdzono, że doskonałą wytrzymałość na rozciąganie i zginanie wykazywał kompozyt z 30 % mas. udziałem włókien, podczas gdy optymalne: wytrzymałość na ściskanie, udarność, moduł zachowawczy i właściwości tłumiące uzyskano w wypadku udziału 40 % mas. włókien.

Słowa kluczowe

EN

sugar palm fibers; unsaturated polyester resin; different fiber orientation; fiber loading; mechanical properties; thermal properties

PL

włókno palmy cukrowej; żywica poliestrowa nienasycona; kompozyty; orientacja włókien; udział włókien; właściwości mechaniczne; właściwości termiczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 65, nr 2
• Strony: 115--124
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys.

Twórcy

autor

Mohd Nurazzi N.

• Universiti Putra Malaysia, Faculty of Engineering, 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia

autor

Khalina A.

• Universiti Putra Malaysia, Faculty of Engineering, 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia
• Universiti Putra Malaysia, Institute of Tropical Forestry and Forest Products (INTROP), 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia

autor

Chandrasekar M.

• Universiti Putra Malaysia, Institute of Tropical Forestry and Forest Products (INTROP), 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia

autor

Aisyah H. A.

• Universiti Putra Malaysia, Institute of Tropical Forestry and Forest Products (INTROP), 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia

autor

Ayu Rafiqah S.

• Universiti Putra Malaysia, Institute of Tropical Forestry and Forest Products (INTROP), 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia

autor

Ilyas R. A.

• Universiti Putra Malaysia, Institute of Tropical Forestry and Forest Products (INTROP), 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia

autor

Hanafee Z. M.

• Universiti Putra Malaysia, Institute of Tropical Forestry and Forest Products (INTROP), 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia

Bibliografia

• [1] Aisyah H.A., Paridah M.T., Khalina A. et al.: Polymers 2018, 10, 1320. https://doi.org/10.3390/polym10121320
• [2] Nurazzi N.M., Khalina A., Sapuan S.M. et al.: Pertanika Journal of Science & Technology 2017, 25, 1085.
• [3] Yahaya R., Sapuan S.M., Jawaid M. et al.: Defence Technology 2016, 12, 52. https://doi.org/10.1016/j.dt.2015.08.005
• [4] Saba N., Tahir P., Jawaid M.: Polymers 2014, 6, 2247. https://doi.org/10.3390/polym6082247
• [5] Rajan V.P., Curtin W.A.: Composites Science and Technology 2015, 117, 199. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2015.06.015
• [6] Madsen B., Lilholt H.: Composites Science and Technology 2003, 63, 1265. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00097-6
• [7] Yang Y., Boom R., Irion B. et al.: Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 2012, 51, 53. https://doi.org/10.1016/j.cep.2011.09.007
• [8] Ilyas R.A., Sapuan S.M., Mohd Nurazzi N. et al.: “Seminar Enau Kebangsaan”, Bahau, Negeri Sembilan, Malaysia 2019, pp. 2–11.
• [9] Thakur V.K., Thakur M.K., Gupta R.K.: International Journal of Polymer Analysis and Characterization 2014, 19, 256. https://doi.org/10.1080/1023666X.2014.880016
• [10] Cheung H.Y., Ho M.P., Lau K.T. et al.: Composites Part B: Engineering 2009, 40, 655. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2009.04.014
• [11] Zin M.H., Khalina A., Nurazzi N.M.: “Structural Health Monitoring of Biocomposites, Fibre- -Reinforced Composites and Hybrid Composites” Woodhead Publishing 2019, p. 1. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102291-7.00001-0
• [12] Zin M.H., Abdan K., Norizan M.N., Mazlan N.: Pertanika Journal of Science & Technology 2018, 26, 161.
• [13] Khalina A., Nurazzi N.M.: “Kenaf Fibers and Composites” CRC Press/Taylor & Francis Group 2018, p. 61.
• [14] Brahim S.B., Cheikh R.B.: Composites Science and Technology 2007, 67, 140. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2005.10.006
• [15] Jacob M., Thomas S., Varughese K.T.: Composites Science and Technology 2004, 64, 955. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00261-6
• [16] Tungjitpornkull S., Sombatsompop N.: Journal of Materials Processing Technology 2009, 209, 3079. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.07.021
• [17] Shalwan A., Yousif B.F.: Materials & Design 2013, 48, 14. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2012.07.014
• [18] Zhang L., Miao M.: Composites Science and Technology 2010, 70, 130. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2009.09.016
• [19] Miao M., How Y.L., Cheng K.P.S.: Textile Research Journal 1994, 64, 41. https://doi.org/10.1177/004051759406400105
• [20] Zaidi B.M., Magniez K., Miao M.: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2015, 75, 68. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.04.021
• [21] Pan N.: Journal of Materials Science 1993, 28, 6107. https://doi.org/10.1007/BF00365030
• [22] Norizan M.N., Abdan K., Salit M.S., Mohamed R.: Sains Malaysiana 2018, 47, 699. http://dx.doi.org/10.17576/jsm-2018-4704-07
• [23] Nurazzi N.M., Khalina A., Sapuan S.M. et al.: Journal of Mechanical Engineering and Sciences 2017, 11, 2650. http://dx.doi.org/10.15282/jmes.11.2.2017.8.0242
• [24] Nurazzi N.M., Khalina A., Sapuan S.M., Rahmah M.: Materials Research Express 2018, 5, 045308. http://dx.doi.org/10.1088/2053-1591/aabc27
• [25] Mortazavian S., Fatemi A.: Composites Part B: Engineering 2015, 72, 116. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.11.041
• [26] Norizan M.N., Abdan K., Salit M.S., Mohamed R.: Journal of Physical Science 2017, 28, 115. http://dx.doi.org/10.21315/jps2017.28.3.8
• [27] Harris B.: “Engineering Composite Materials”, The Institute of Materials, London 1999.
• [28] Sreekala M.S., George J., Kumaran M.G., Thomas S.: Composites Science & Technology 2002, 62, 339. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(01)00219-6
• [29] Sreekumar P.A., Joseph K., Unnikrishnan G., Thomas S.: Composites Science & Technology 2007, 67, 453. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.08.025
• [30] Aziz S.H., Ansell M.P.: Composites Science & Technology 2004, 64, 1219. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2003.10.001
• [31] Mishra S., Mohanty A.K., Drzal L.T. et al.: Composites Science & Technology 2003, 63, 1377. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00084-8
• [32] Nurazzi N.M., Khalina A., Sapuan S.M., Ilyas R.A.: Polimery 2019, 64, 12. https://dx.doi.org/10.14314/polimery.2019.10.3
• [33] Hanafee Z.M., Khalina A., Norkhairunnisa M. et al.: Composites Part B: Engineering 2019, 177, 107306. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107306
• [34] Saba N., Paridah M.T., Abdan K., Ibrahim N.A.: Construction & Building Materials 2016, 124, 133. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.07.059
• [35] Sreekala M.S., Thomas S., Groeninckx G.: Polymer Composites 2005, 26, 388. https://doi.org/10.1002/pc.20095
• [36] Gupta M.K.: Advances in Materials and Processing Technologies 2017, 3, 651. https://doi.org/10.1080/2374068X.2017.1365443
• [37] Manoharan S., Suresha B., Ramadoss G., Bharath B.: Journal of Materials 2014, 2014, 478549. http://dx.doi.org/10.1155/2014/478549
• [38] Lau K.T., Hung P.Y., Zhu M.H., Hui D.: Composites Part B: Engineering 2018, 136, 222. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.10.038
• [39] Mohammed B.R., Leman Z., Jawaid M. et al.: BioResources 2017, 12, 3448. https://doi.org/10.15376/biores.12.2.3448-3462
• [40] Bastiurea M., Rodeanu M.S., Dima D. et al.: Digest Journal of Nanomaterials & Biostructures 2015, 10, 521.
• [41] Idicula M., Malhotra S. K., Joseph K., Thomas S.: Composites Science and Technology 2005, 65, 1077. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2004.10.023

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).