Effect of fiber content and their hybridization on bending and torsional strength of hybrid epoxy composites reinforced with carbon and sugar palm fibers

• Autorzy: Nik Baihaqi N. M. Z. , Khalina A. , Mohd Nurazzi N. , Aisyah H. A. , Sapuan S. M. , Ilyas R. A.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2021.1.5

Warianty tytułu

PL

Wpływ zawartości i hybrydyzacji włókien na wytrzymałość na zginanie oraz skręcanie hybrydowych kompozytów epoksydowych wzmocnionych włóknami węglowymi i włóknami palmy cukrowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study aims to investigate the effect of fiber hybridization of sugar palm yarn fiber with carbon fiber reinforced epoxy composites. In this work, sugar palm yarn composites were reinforced with epoxy at varying fiber loads of 5, 10, 15, and 20 wt % using the hand lay-up process. The hybrid composites were fabricated from two types of fabric: sugar palm yarn of 250 tex and carbon fiber as the reinforcements, and epoxy resin as the matrix. The ratios of 85 : 15 and 80 : 20 were selected for the ratio between the matrix and reinforcement in the hybrid composite. The ratios of 50 : 50 and 60 : 40 were selected for the ratio between sugar palm yarn and carbon fiber. The mechanical properties of the composites were characterized according to the flexural test (ASTM D790) and torsion test (ASTM D5279). It was found that the increasing flexural and torsion properties of the non-hybrid composite at fiber loading of 15 wt % were 7.40% and 75.61%, respectively, compared to other fiber loading composites. For hybrid composites, the experimental results reveal that the highest flexural and torsion properties were achieved at the ratio of 85/15 reinforcement and 60/40 for the fiber ratio of hybrid sugar palm yarn/carbon fiber-reinforced composites. The results from this study suggest that the hybrid composite has a better performance regarding both flexural and torsion properties. The different ratio between matrix and reinforcement has a significant effect on the performance of sugar palm composites. It can be concluded that this type of composite can be utilized for beam, construction applications, and automotive components that demand high flexural strength and high torsional forces.

PL

Zbadano wpływ dodatku przędzy z włókien palmy cukrowej o grubości 250 tex na wytrzymałość kompozytów epoksydowych wzmocnionych włóknem węglowym. Sumaryczna zawartość włókien w osnowie żywicy epoksydowej była równa 5, 10, 15 i 20% mas., a stosunek udziału przędzy palmy cukrowej do włókna węglowego wynosił 50 : 50 i 60 : 40. Właściwości mechaniczne kompozytów hybrydowych o stosunku osnowy do wzmocnienia 85 : 15 i 80 : 20 scharakteryzowano na podstawie testów na zginanie i skręcanie. Stwierdzono, że wytrzymałość na zginanie i skręcanie kompozytu epoksydowego z udziałem 15% mas. przędzy palmy cukrowej była większa niż pozostałych kompozytów niehybrydowych i wynosiła, odpowiednio, 7,40% i 75,61%. W wypadku kompozytów hybrydowych stwierdzono, że najlepszą wytrzymałość na zginanie i skręcanie wykazywały kompozyty z udziałem 15% mas. wzmocnienia w stosunku 60 : 40 włókien palmy cukrowej do włókien węglowych. Różna zawartość włókien wzmacniających w osnowie epoksydowej miała istotny wpływ na właściwości wytwarzanych kompozytów. Kompozyty tego rodzaju można wykorzystać do budowy elementów konstrukcyjnych i motoryzacyjnych, o dużej wytrzymałości na zginanie i działanie sił skręcających.

Słowa kluczowe

EN

sugar palm fiber; sugar palm yarn; carbon fiber; hybrid composites; epoxy resin; flexural properties; torsion properties

PL

włókno palmy cukrowej; włókno węglowe; kompozyty hybrydowe; żywica epoksydowa; wytrzymałość na zginanie; wytrzymałość na skręcanie

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 66, nr 1
• Strony: 36--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz , rys.

Twórcy

autor

Nik Baihaqi N. M. Z.

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

autor

Khalina A.

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

• https://orcid.org/0000-0002-5370-6336

autor

Mohd Nurazzi N.

• National Defence University of Malaysia, Center for Defence Foundation Studies, Kem Sungai Besi, 57000 Kuala Lumpur, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0001-7697-0511

autor

Aisyah H. A.

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

• https://orcid.org/0000-0002-4127-4740

autor

Sapuan S. M.

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

• https://orcid.org/0000-0003-0627-7951

autor

Ilyas R. A.

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

• https://orcid.org/0000-0001-6622-2632

Bibliografia

• Paul S.A., Boudenne A., Ibos L. et al.: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2008, 39 (9), 1582. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2008.06.004
• Zin M.H., Abdan K., Norizan M.N.: “Structural Health Monitoring of Biocomposites, FibreReinforced Composites and Hybrid Composites” Woodhead Publishing, 2019. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102291-7.00001-0
• Ilyas R.A., Sapuan S.M., Atiqah A. et al.: Polymer Composites 2020, 41 (2), 459. https://doi.org/10.1002/pc.25379
• Ilyas R.A., Sapuan S.M., Ibrahim R. et al.: Journal of Materials Research and Technology 2019, 8 (3), 2753. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.04.011
• Ishak M.R., Leman Z., Sapuan S.M. et al.: “Key Engineering Materials”, Trans Tech Publications Ltd., 2011, pp. 1153–1158. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.471- 472.1153
• Ishak M.R., Sapuan S.M., Leman Z. et al.: Carbohydrate Polymers 2013, 91 (2), 699. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.07.073
• Maisara A.M.N., Ilyas R.A., Sapuan S.M. et al.: International Journal of Recent Technology and Engineering 2019, 8, 510. https://doi.org/10.35940/ijrte.B1100.0782S419
• Nurazzi N.M., Khalina A., Sapuan S.M. et al.: Journal of Mechanical Engineering and Sciences 2017, 11 (2), 2650. https://doi.org/10.15282/jmes.11.2.2017.8.0242
• Ilyas R.A., Sapuan S.M., Ishak M.R., Zainudin E.S.: Carbohydrate Polymers 2018, 202, 186. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.09.002
• Jumaidin R., Sapuan S.M., Jawaid M. et al.: International Journal of Biological Macromolecules 2017, 97, 606. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.01.079
• Sanyang M.L., Sapuan S.M., Jawaid M. et al.: Polymers 2015, 7 (6), 1106. https://dx.doi.org/10.3390/polym7061106
• Rashid B., Leman Z., Jawaid M. et al.: International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2016, 17 (8), 1001. https://doi.org/10.1007/s12541-016-0122-9
• Atiqah A., Jawaid M., Sapuan S.M. et al.: Composite Structures 2018, 202, 954. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.05.009
• Ilyas R.A., Sapuan S.M., Ishak M.R. et al.: “Sugar Palm Biofibers, Biopolymers, and Biocomposites”, Taylor & Francis Group, 2018, pp. 189–220.
• Mohammed B.R., Leman Z., Jawaid M. et al.: BioResources 2017, 12 (2), 3448. https://doi.org/10.15376/biores.12.2.3448-3462
• Singh T., Gangil B., Patnaik A. et al.: Materials Research Express 2018, 6 (2), 025704. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aaee30
• Nurazzi N.M., Khalina A., Sapuan S.M., Rahmah M.: Materials Research Express 2018, 5 (4), 045308. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aabc27
• Zin M.H., Abdan K., Mazlan N. et al.: Composites Part B: Engineering 2019, 177, 107306. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107306
• Aisyah H.A., Paridah M.T., Sapuan S.M. et al.: International Journal of Polymer Science 2019, 2019, ID 5258621. https://doi.org/10.1155/2019/5258621
• Mochane M.J., Mokhena T.C., Mokhothu T.H. et al.: Express Polymer Letters 2019, 13 (2), 159. https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2019.15
• Sanyang M.L., Sapuan S.M., Jawaid M. et al.: Renewable and Sustainable Energy Reviews 2016, 54, 533 https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.037
• Satyanarayana K.G., Arizaga G.G., Wypych F.: Progress in Polymer Science 2009, 34 (9), 982. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2008.12.002
• Adekunle K., Cho S.W., Patzelt C. et al.: Journal of Reinforced Plastics and Composites 2011, 30 (8), 685. https://doi.org/10.1177/0731684411405874
• Alawar A., Hamed A.M., Al-Kaabi K.: Composites Part B: Engineering 2009, 40 (7), 601. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2009.04.018
• Mohd Nurazzi N., Khalina A., Sapuan S.M. et al.: Pertanika Journal of Science & Technology 2017, 25 (4), 1085.
• Nurazzi N.M., Khalina A., Sapuan S.M. et al.: Journal of Materials Research and Technology 2020, 9 (2), 1606. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.11.086
• Mostafa N.H.: Materials Research Express 2019, 6 (8), 085102. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab21f9
• Zin M.H., Abdan K., Norizan M.N., Mazlan N.: Pertanika Journal of Science & Technology 2018, 26 (1), 161.
• Aruchamy K., Subramani S.P., Palaniappan S.K. et al.: Journal of Materials Research and Technology 2020, 9 (1), 718. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.11.013
• Sreekumar P.A., Thomas S.: “Properties and Performance of Natural-Fibre Composites”, Woodhead Publishing, 2008, pp. 67–126. https://doi.org/10.1533/9781845694593.1.67
• John M.J., Thomas S.: Carbohydrate Polymers 2008, 71 (3), 343.https://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2007.05.040
• Shahzad A.: Journal of Reinforced Plastics and Composites 2011, 30 (16), 1389. https://doi.org/10.1177/0731684411425975
• Venkata Reddy G., Venkata Naidu S., Shobha Rani T.: Journal of Reinforced Plastics and Composites 2008, 27 (16–17), 1789. https://doi.org/10.1177/0731684407087380
• Thwe M.M., Liao K.: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2002, 33 (1), 43. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(01)00071-9
• Nguyen A.V., Charlet K., Bouzgarrou B.C. et al.: “Key Engineering Materials”, Trans Tech Publications Ltd., 2019, pp. 101–106. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ KEM.801.101
• Vieira C.A.B., Susin S.B., Estevão F. et al.: Materials Research 2009, 12 (4), 433. http://dx.doi.org/10.1590/S1516-14392009000400011
• Pothan L.A., Thomas S., George J.: 12th International Conference on Composite Materials, Paris, France 1999, p. 1267.
• Mishra S., Mohanty A.K., Drzal L.T. et al.: Composites Science and Technology 2003, 63 (10), 1377. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00084-8
• Khanam P.N., Khalil H.A., Jawaid M. et al.: Journal of Polymers and the Environment 2010, 18 (4), 727. https://doi.org/10.1007/s10924-010-0210-3
• Fiore V., Valenza A., Di Bella G.: Journal of Composite Materials 2012, 46 (17), 2089. https://doi.org/10.1177/0021998311429884
• Nor A.F.M., Sultan M.T.H., Jawaid M. et al.: BioResources 2018, 13 (2), 4404. https://doi.orh/10.15378/biores.13.2.4404-4415
• Aslan M., Tufan M., Küçükömeroğlu T.: Composites Part B: Engineering 2018, 140, 241. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.12.039
• Bharath K.N., Sanjay M.R., Jawaid M. et al.: Journal of Industrial Textiles 2019, 49 (1), 3. https://doi.org/10.1177/1528083718769926
• Mohd Nurazzi N., Khalina A., Sapuan S.M., Ilyas R.A.: Polimery 2019, 64, 665. https://dx.doi. org/10.14314/polimery.2019.10.3
• Manuneethi Arasu P., Karthikayan A., Venkatachalam R.: Polimery 2019, 64, 499. https://dx.doi.org/10.14314/polimery.2019.7.6
• Norizan M.N., Abdan K., Salit M.S., Mohamed R.: Journal of Physical Science 2017, 28 (3), 115. https://doi.org/10.21315.jps2017.283.8
• Mahjoub R., Yatim J.M., Sam A.R.M., Hashemi S.H.: Construction and Building Materials 2014, 55, 103. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.01.036
• Nurazzi N.M., Khalina A., Chandrasekar M. et al.: Polimery 2020, 65, 115. https://dx.doi.org/10.14314/polimery.2020.2.5
• Norizan M.N., Abdan K., Salit M.S., Mohamed R.: Sains Malaysiana 2018, 47 (4), 699. https://dx.doi.org/10.17576/jsm-2018-4704-07
• Wulfsberg J., Herrmann A., Ziegmann G. et al.: Procedia Engineering 2014, 81, 1601. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.197

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).