地质聚合物与植物纤维——他们的属性是什么?

最近的一篇论文发表在杂志上聚合物综述了植物纤维增强地质聚合物的机械性能(PFRGs)。

研究:植物纤维增强地质聚合物的机械性能:一个回顾。图片来源:mrdoggs / Shutterstock.com

背景

纤维增强水泥基复合材料更加深入人心。然而,水泥基材料制备消耗了大量的能源,不满足可持续发展的目标。

地质聚合物,无机高分子材料的三维(3 d)组成的网络结构oxidoperoxy alumane (Al-O(含氧的)₄)和正硅酸盐(Si-O₄)四面体单元,被认为是最适合取代水泥胶结材料。

地质聚合物生产过程简单与普通水泥相比,进而减少碳排放和节约能源。这些聚合物可以廉价地制造和使用大量的原材料,如矿渣、粉煤灰和硅灰。欧洲杯足球竞彩

地质聚合物也有利与有机高分子材料由于其强大的抗氧化能力,热稳定性好,强度高,硬度高。欧洲杯足球竞彩然而,地质聚合物对裂纹敏感和具有足够的抗拉强度和抗弯强度由于其脆性性质。

克服地质聚合物的脆性,纤维可以改善其韧性,添加限制微裂隙的增长,并提高其抗拉强度、韧性和延展性。

植物纤维(PF)、天然高分子材料粗糙表面,高纵横比和较低的密度,可以添加到地质聚合物来提高其力学性能。PFs是轻量级的,便宜的,可生物降解,容易获得,并且可以反复进行处理。

PF可以改善韧性,减少矩阵收缩,缩短矩阵养护时间的复合材料具有低硬度和强度高。目前,PFRGs广泛研究和工程应用程序中使用。稻草纤维、木纤维、草纤维,种子纤维,叶纤维、韧皮纤维是常用的PFs。

分类常用的PFs。图片来源:刘,J et al .,聚合物

这项研究

在本文中,作者回顾了PFRGs的机械性能,特别是PF除了在地质聚合物力学性能的影响,包括弯曲、拉伸、压缩性能。他们也确定了PFRG的局限性。

抗压强度

在PFRGs,抗压强度取决于债券PFs和矩阵和矩阵之间的材料的抗压强度。纤维类型和纤维含量主要影响地质聚合物的抗压性能。

研究表明,地质聚合物的抗压强度随着纤维含量减少。具体地说,超过1%的PF的内容减少了PFRG抗压强度。

PF内容的一个均匀分布的适量矩阵改善了复合密实度和减少裂缝和孔隙度,导致更高的抗压强度。例如,添加0.5%椰壳纤维含量增加了地质聚合物复合材料的抗压强度。

添加捷径亚麻纤维,竹纤维和拉菲纤维减少地质聚合物的抗压强度,同时添加棉秆粉、椰壳纤维、剑麻纤维和玉米秸秆纤维有效地增加了抗压强度。

不同的纤维铺设形式矩阵也影响复合材料抗压强度。地质聚合物的力学性能改善编织亚麻纤维添加时使用手动上篮技术。

PFRGs的抗压强度随纤维含量的增加,织物铺设水平,纤维可以均匀分布和吸收截面上的负载。

抗弯强度

纤维性能和纤维类型起到至关重要的作用在提高复合材料断裂特性,如抗弯强度、PFRGs。这项研究的结果显示,5%半纤维素、纤维素和木质素增强地质聚合物的挠曲强度。

然而,进一步提高半纤维素和木质素含量降低了抗压和抗弯强度。增加0.5 - 1 wt %亚麻纤维、棉纤维、棉花秸秆纤维、椰壳纤维、剑麻纤维PFRGs挠曲强度的增加。几项研究表明,人造纤维的影响的挠曲强度PFRGs高于天然纤维。

PF的基本结构。图片来源:刘,J et al .,聚合物

抗拉强度

的抗拉强度brittle-natured地质聚合物可以通过添加PFs改进。PFRGs表现出较高的断裂韧性和强度两个wt %时添加了天然纤维含量。

添加纤维素II-NA增加密度和机械强度和减少PFRGs的孔隙度。抗压强度降低,而抗弯强度PFRGs增加与增加亚麻牵引一wt %的内容。然而,分裂无钢筋的抗拉强度矩阵是高于亚麻tow-reinforced矩阵。

此行为和韧性

较高含量的甜高粱作为纤维增强减少PFRGs的单位重量。甲流虽然纤维降低了抗压强度,韧性,弯曲强度、分裂最初抗拉强度增加,然后降低当内容增加到两个wt %。

甜高粱PFRG显示延性失败的脆性破坏了纯粹的地质聚合物。此外,甜高粱的加入显著提高甲流延性比纯地质聚合物在峰值负载突然失败。

增加天然纤维的内容在一个特定的水平减少PFRGs的断裂韧性。例如,添加0.5 wt %棉纤维PFRGs的断裂韧性增加,而0.7%和一个wt %纤维降低韧性。

在所有复合材料中,PFRGs钢筋为4.1 wt %亚麻纤维含量最高的挠曲强度显示。添加十vol. %新西兰麻tenax纤维PFRGs挠曲强度明显增加,改变了失败从脆韧性。

纤维预处理

治疗PFs和修改他们的表面是必要的,以确保更好的兼容性和强附着力的纤维复合矩阵。对待PFs拥有更少的杂质,提高了接触表面的粘结。

例如,椰壳纤维的预处理24小时5%氢氧化钠消除杂质如油和蜡和改善纤维的表面纹理。

不同的纤维预处理方法导致不同的影响PFRG属性。碱性化,一个共同的生物材料的化学改性技术,用于预处理PFs。欧洲杯足球竞彩

在所有PFRGs,聚乙烯醇(PVA)对棉花茎powder-reinforced地质聚合物表现出最高的抗弯和抗压强度。PVA溶液大幅改善的绑定属性矩阵和粉末。

同样,碱处理的椰壳纤维增加了韧性,PFRGs的抗弯强度和抗压强度。浪费马尼拉麻纤维表面性能改善通过预处理增强纤维之间的附着力和地质聚合物矩阵。

黄麻纤维的预处理,razorgrass纤维,地球棕榈纤维,并使用杂交松纤维,8%的氢氧化钠溶液,角质化,和热水治疗,分别提高了矩阵和纤维之间的兼容性。

扫描电镜(一个)未经处理的椰壳纤维和(b椰壳纤维预处理。图片来源:刘,J et al .,聚合物

结论

PFs可以有效提高抗弯强度比抗压强度PFRGs。高纤维素含量会导致更大的增强和增韧的复合材料。木纤维显示更好的兼容地质聚合物相比,非木材纤维。

然而,传统的纤维比PFs具有优越的力学性能。PFs将加速糖,如木质素、半纤维素,纤维素,在碱性环境中,这可以防止胶结材料的强度发展。欧洲杯足球竞彩此外,PFs附着力差显示以碱性胶结材料,容易降低矩阵,这PFRGs的长期性能带来负面影响。欧洲杯足球竞彩

表面改性和修复PFs是必不可少的要充分利用他们的自我属性。此外,还需要更多的研究来评估PFs的界面增韧和结合机制的地质聚合物矩阵。PFs的长期耐久性还必须评估识别潜在的应用在建筑工程的外部组件。

源

刘,J。郭,G。张,Y。等。植物纤维增强地质聚合物的机械性能:一个回顾。聚合物2022年。https://www.mdpi.com/2073-4360/14/19/4134

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