Sự Chỉnh Sửa Sợi Tự Nhiên và Ảnh Hưởng Của Nó Đến Các Tính Chất Giao Diện Sợi-Matrix Trong Vật Liệu Biocomposite

Fibers and Polymers - Tập 21 Số 4 - Trang 677-689 - 2020
Stephen Amiandamhen1, Martina Meincken1, Luvuyo Tyhoda1
1Department of Forest and Wood Science, Stellenbosch University, Stellenbosch, 7602, South Africa

Tóm tắt

Tóm tắtVật liệu biocomposite được sản xuất từ sợi tự nhiên và ma trận polymer đại diện cho một nhóm sản phẩm composite kỹ thuật với nhiều ứng dụng khác nhau. Những vật liệu này ngày càng được ứng dụng nhiều hơn do tính linh hoạt trong thiết kế, tính chất vượt trội và sức hấp dẫn về mặt thẩm mỹ. Tuy nhiên, khả năng áp dụng của các biocomposite này phụ thuộc vào tương tác trong giao diện sợi-ma trận. Bài báo này xem xét nghiên cứu hiện trạng về tương tác giao diện sợi-ma trận dựa trên tài liệu xuất bản. Một bối cảnh ngắn gọn về vật liệu biocomposite được trình bày. Tập trung của bài đánh giá này là sự chỉnh sửa sợi tự nhiên và ảnh hưởng của nó đến độ bám dính giữa sợi-ma trận và các tính chất. Ngoài ra, tác động của xử lý hóa học lên thành phần sợi và cơ chế liên kết giao diện sợi-ma trận cũng được thảo luận.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

B. J. Mohr, N. H. El-Ashkar, and K. E. Kurtis, “Fiber-cement Composites for Housing Construction: State-of-the-art Review”, pp. 112–128, Proc. NSF Hous. Res. Agenda Work, 2004.

A. A. Moslemi, “Technology and Market Considerations for Fiber Cement Composites”, pp. 113–129, 11th International Inorganic-Bonded Fiber Composites Conference, 2008.

S. O. Amiandamhen, M. Meincken, and L. Tyhoda, Wood Sci. Technol., 52, 653 (2018).

S. Misra, M. Misra, S. S. Tripathy, S. K. Nayak, and A. K. Mohanty, Polym. Compos., 23, 164 (2002).

A. Komuraiah, N. S. Kumar, and B. D. Prasad, Mech. Compos. Mater., 50, 359 (2014).

H. Hajiha, M. Sain, and L. H. Mei, J. Nat. Fibers, 11, 144 (2014).

A. K. Mohanty, M. Misra, and L. T. Drzal, Compos. Interfaces, 8, 313 (2001).

R. Kumar, S. Obrai, and A. Sharma, Pelagia Res. Libr., 2, 219 (2011).

J. Cruz and R. Fangueiro, Procedia Eng., 155, 285 (2016).

N. M. Stark, Z. Cai, and C. Carll, “Wood Handbook: Wood as an Engineering Material”, Centennial edition, Chap.11, pp. 11.1–11.28, General Technical Report GTR-190. USDA Forest Service, FPL, Madison, WI, 2010.

M. Irle, M. C. Barbu, R. Reh, L. Bergland, and R. M. Rowell in “Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites”, 2nd ed. (R. M. Rowel Ed.), pp. 321–411, CRC Press, London, 2013.

J. A. Youngquist, “Wood Handbook — Wood as an Engineering Material”, pp. 10.1–10.31, General Technical Report GTR-113, USDA Forest Service, FPL, Madison, WI, 1999.

S. R. Karade, M. Irle, and K. Maher, Holzforschung, 57, 672 (2003).

A. S. Wagh, ISRN Ceram., 2013, 1 (2013).

S. O. Amiandamhen, M. Meincken, and L. Tyhoda, SN Appl. Sci., 1, 910 (2019).

P. K. Donahue and M. D. Aro, Constr. Build. Mater., 24, 215 (2010).

S. K. Ramamoorthy, M. Skrifvars, A. Persson, and S. Kumar Ramamoorthy, Polym. Rev., 55, 107 (2015).

D. Jones, G. O. Ormondroyd, S. F. Curling, C.-M. Popescu, and M.-C. Popescu, “Advanced High Strength Natural Fibre Composites Construction”, pp. 23–58, 2017.

S. Rizal, Ikramullah, D. Gopakumar, S. Thalib, S. Huzni, and H. Abdul Khalil, Polymers (Basel), 10, 1316 (2018).

J. Bhaskar, S. Haq, A. K. Pandey, and N. Srivastava, J. Mater. Environ. Sci., 3, 605 (2012).

B. Effah, A. Van Reenen, and M. Meincken, Springer Sci. Rev., 3, 97 (2015).

K. G. Kuder and S. P. Shah, Constr. Build. Mater., 24, 181 (2010).

S. O. Amiandamhen, M. Meincken, and L. Tyhoda, Ind. Crops Prod., 94, 746 (2016).

P. Tittelein, A. Cloutier, and B. Bissonnette, Cem. Concr. Compos., 34, 218 (2012).

D. Dai and M. Fan, Ind. Crops Prod., 74, 417 (2015).

F. Nindiyasari, E. Griesshaber, T. Zimmermann, A. P. Manian, C. Randow, R. Zehbe, L. Fernandez-Diaz, A. Ziegler, C. Fleck, and W. W. Schmahl, J. Compos. Mater., 50, 657 (2016).

X. Li, L. G. Tabil, and S. Panigrahi, J. Polym. Environ., 15, 25 (2007).

M. R. Pelaez-Samaniego, V. Yadama, E. Lowell, and R. Espinoza-Herrera, Wood Sci. Technol., 47, 1285 (2013).

M. S. Sweet and J. E. Winandy, Holzforschung, 53, 311 (1999).

J. L. Shi, D. Kocaefe, and J. Zhang, Holz als Roh — und Werkst., 65, 255 (2007).

A. Klüppel and C. Mai, Holzforschung, 66, 493 (2012).

M. M. Kabir, H. Wang, T. Aravinthan, F. Cardona, and K.-T. Lau, “Effects of Natural Fibre Surface on Composite Properties: A Review”, pp. 94–99, Energy, Environ. Sustain., 2011.

K. L. Pickering, M. G. A. Efendy, and T. M. Le, Compos. Part A-Appl. Sci. Manuf., 83, 98 (2016).

M. Abdelmouleh, S. Boufi, M. N. Belgacem, and A. Dufresne, Compos. Sci. Technol., 67, 1627 (2007).

F. R. Oliveira, L. Erkens, R. Fangueiro, and A. P. Souto, Plasma Chem. Plasma Process., 32, 259 (2012).

A. K. Bledzki, H. P. Fink, and K. Specht, J. Appl. Polym. Sci., 93, 2150 (2004).

T. E. Amidon, C. D. Wood, A. M. Shupe, Y. Wang, M. Graves, and S. Liu, J. Biobased Mater. Bioenergy, 2, 100 (2008).

M. R. Pelaez-Samaniego, V. Yadama, T. Garcia-Perez, E. Lowell, and T. Amidon, Holzforschung, 68, 807 (2014).

M. A. Sawpan, K. L. Pickering, and A. Fernyhough, Compos. Part A-Appl. Sci. Manuf., 42, 888 (2011).

N. P. G. Suardana, Y. Piao, and J. K. Lim, Mater. Phys. Mech., 11, 1 (2011).

B. Wang, S. Panigrahi, L. Tabil, and W. Crerar, J. Reinf. Plast. Compos., 26, 447 (2007).

M. M. Kabir, H. Wang, F. Cardona, and T. Aravinthan, “Incorporating Sustainable Practice in Mechanics and Structures of Materials”, pp. 1–6, 2008.

M. M.-U. Haque, M. A. A. Zaman, M. H. Rahaman, M. Z. Hossain, and M. Maniruzzaman, Int. J. Mater. Sci. Appl., 3, 106 (2014).

Y. Zhou, M. Fan, and L. Chen, “Interface and Bonding Mechanisms of Plant Fibre Composites: An Overview”, Vol. 101, Elsevier Ltd., 2016.

P. F. Vena, J. F. Görgens, and T. Rypstra, Cellul. Chem. Technol., 44, 153 (2010).

D. M. de Carvalho, O. Sevastyanova, J. H. de Queiroz, and J. L. Colodette, Energy Convers. Manag., 124, 315 (2016).

P. F. Vena, M. Brienzo, M. P. García-Aparicio, J. F. Görgens, and T. Rypstra, Holzforschung, 67, 863 (2013).

G. Faludi, G. Dora, K. Renner, J. Móczó, and B. Pukánszky, Compos. Sci. Technol., 89, 77 (2013).

S. Mohanty and S. K. Nayak, J. Appl. Polym. Sci., 102, 3306 (2006).

A. M. Daniel, “Interfacial Properties of Fibre Reinforced Ceramic Matrix Composites”, Ph.D. Thesis, University of Warwick, 1994.

F. A. Ramirez, L. A. Carlsson, and B. A. Acha, Compos. Part A-Appl. Sci. Manuf., 40, 679 (2009).

Z. Ding, B. Dong, F. Xing, N. Han, and Z. Li, Ceram. Int., 38, 6281 (2014).

C. H. Hsueh, Mater. Sci. Eng. A, 149, 1 (1991).

R. B. Yallee and R. J. Young, Compos. Sci. Technol., 58, 1907 (1998).

S. Zhifei, C. Yanhua, and Z. Limin, Compos. Sci. Technol., 65, 1203 (2005).

H. Chi, “Interfacial Properties of Chemical Bonded Phosphate Ceramics and Sugar Maple”, MSc Thesis, Washington State University, 2012.

B. A. Budiman, K. Takahashi, K. Inaba, and K. Kishimoto, J. Compos. Mater., 49, 465 (2015).

J. Koyanagi, S. Ogihara, H. Nakatani, T. Okabe, and S. Yoneyama, Adv. Compos. Mater., 23, 551 (2014).

F. A. Kamke, J. A. Nairn, L. Muszynski, J. L. Paris, M. Schwarzkopf, and X. Xiao, Wood Fiber Sci., 46, 15 (2014).

T. Joffre, K. Segerholm, C. Persson, S. L. Bardage, C. L. Luengo Hendriks, and P. Isaksson, Ind. Crops Prod., 95, 43 (2017).

H. Chi and K. R. Englund, Holzforschung, 68, 575 (2014).

F. L. Matthews and R. D. Rawlings, “Composite Materials: Engineering and Science”, 2nd ed., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, 1999.

P. D. Evans, O. Morrison, T. J. Senden, S. Vollmer, R. J. Roberts, A. Limaye, C. H. Arns, H. Averdunk, A. Lowe, and M. A. Knackstedt, Int. J. Adhes. Adhes., 30, 754 (2010).

G. W. Beckermann and K. L. Pickering, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 39, 979 (2008).

H. S. Lee, D. Cho, and S. O. Han, Macromol. Res., 16, 411 (2008).

M. T. Zafar, S. N. Maiti, and A. K. Ghosh, Fiber. Polym., 17, 266 (2016).

K. J. Wong, B. F. Yousif, and K. O. Low, Proc. IMechE Part I-J. Mater. Des. Appl., 224, 139 (2010).

F. Wang, M. Lu, S. Zhou, Z. Lu, and S. Ran, Molecules, 24, 2682 (2019).

Y. Chang, T. Sun, C. Fan, and X. Zhou, Compos. Interfaces, 25, 981 (2018).

B. Fathi, M. Foruzanmehr, S. Elkoun, and M. Robert, J. Compos. Mater., 53, 2229 (2019).

A. Širvaitienė, V. Jankauskaitė, P. Bekampienė, and A. Kondratas, Fibres Text. East. Eur., 21, 123 (2013).

I. Sable, U. Grinfelds, A. Jansons, L. Vikele, I. Irbe, A. Verovkins, and A. Treimanis, Bioresources, 7, 1771 (2012).

T. Räisänen and D. Athanassiadis, “Basic Chemical Composition of the Biomass Components of Pine, Spruce and Birch”, pp. 1–4, Forest Refine, 2013.

M. Ramírez, J. Rodríguez, C. Balocchi, M. Peredo, J. P. Elissetche, R. Mendonça, and S. Valenzuela, J. Wood Chem. Technol., 29, 43 (2009).

J. Rencoret, A. Gutiérrez, and J. C. del Río, “Chemical Composition of Different Eucalyptus Wood Species used for Paper Pulp Manufaturing”, pp. 447–450, 9th European Workshop on Lignocellulosics and Pulp, Vienna, Austria, August 27–30, Advances in Chemistry and Processing of Lignocellulosics, 2006.

A. Bismarck, I. Aranberri-Askargorta, J. Springer, T. Lampke, B. Wielage, A. Stamboulis, I. Shenderovich, and H.-H. Limbach, Polym. Compos., 23, 872 (2002).

P. Cappelletto, M. Brizzi, F. Mongardini, B. Barberi, M. Sannibale, G. Nenci, M. Poli, G. Corsi, G. Grassi, and P. Pasini, Ind. Crops Prod., 13, 101 (2001).

M. Jonoobi, J. Harun, A. Shakeri, M. Misra, and K. Oksmand, BioResources, 4, 626 (2009).

S. Karakus, D. N. Roy, and K. Goel, J. Wood Chem. Technol., 21, 157 (2001).

E. F. Alves, S. K. Bose, R. C. Francis, J. L. Colodette, M. Iakovlev, and A. Van Heiningen, Carbohydr. Polym., 82, 1097 (2010).

C. A. Cardona, J. A. Quintero, and I. C. Paz, Bioresour. Technol., 101, 4754 (2010).

C. A. Rezende, M. A. de Lima, P. Maziero, E. R. Deazevedo, W. Garcia, and I. Polikarpov, Biotechnol. Biofuels, 4, 1 (2011).

A. Rakha, P. Åman, and R. Andersson, J. Cereal Sci., 54, 324 (2011).

S. Boufi and A. Gandini, RSC Adv., 5, 3141 (2015).

G. M. Scott and A. Smith, “Sludge Characteristics and Disposal Alternatives for the Pulp and Paper Industry”, pp. 269–279, Proc. Int. Environ. Conf., 1995.

M. J. Jackson and M. A. Line, J. Agric. Food Chem., 45, 2354 (1997).

J. Roux, G. H. J. Kemp, and M. J. Wingfield, South African For. J., 174, 35 (1995).

P. B. Venter, N. D. Senekal, G. Kemp, M. Amra-Jordaan, P. Khan, S. L. Bonnet, and J. H. Van Der Westhuizen, Phytochemistry, 83, 153 (2012).

K. Panyasart, N. Chaiyut, T. Amornsakchai, and O. Santawitee, Energy Procedia, 56, 406 (2014).

U. Nirmal, S. T. W. Lau, and J. Hashim, J. Compos., 2014, 350737 (2014).

Z. Ren, C. Wang, Q. I. Zuo, S. Hussain, and S. Yousfani, Sains Malaysiana, 48, 173 (2019).

H.-S. Kim, B.-H. Lee, S.-W. Choi, S. Kim, and H.-J. Kim, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 38, 1473 (2007).

K. Okubo, T. Fujii, and N. Yamashita, JSME Int. J., 48, 199 (2005).

H. Mohit and V. A. M. Selvan, Compos. Interfaces, 25, 629 (2018).