Free vibration and mechanical behavior of treated woven jute polymer composite

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction: Recently, the use of natural fibers have been increased to replace the use of synthetic fibers to save our environment from waste disposal problems, natural fibers have a lower level of mechanical properties. The purpose of work: This study examines the effect of treating the surface and deeper layers of jute fiber on the mechanical behavior and characteristics of free vibrations of a composite material based on it. The methods of investigation: due to the uniform distribution of stresses in the WARP and WEFT directions, four-layer basket weave jute fibers were used in this study. Result and discussion: the mechanical and free vibration properties of composite materials are significantly improved when NaOH is applied to jute fibers because it eliminates the weak matrix material lignin and makes the fibers stiffer and stronger. However, increasing the percentage of NaOH and soaking time for the fibers in NaOH solution have little effect on these properties. The highest value of tensile strength and tensile modulus are found 50 ± 1.17 MPa and 1.94 ± 0.23 GPa respectively seen in case of basket weave jute fiber composite with 1 hour treatment. Tensile strength and tensile modulus increase about 12 % and 40 % over the stokes value, respectively. Similarly the value of flexural strength and flexural modulus are found 95 ± 1.17 MPa and 3.99 ± 0.23 GPa respectively in case of basket weave jute fiber composite with 1 hour treatment. It also shows the highest value of fundamental frequency 77.837 Hz.The presence of an O-H bond in the composite, as revealed by FTIR study, gives it a hydrophilic character and limits its use in humid environments. The fiber to matrix ratio is shown in SEM images.

About the authors

S. Singh

Email: savendrasingh123@gmail.com
Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology Patna, Patna, Bihar, 800005, India, savendrasingh123@gmail.com

C. Hirwani

Email: hirwani.ck22@gmail.com
Doctor of Philosophy, Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology Patna, Patna, Bihar, 800005, India, hirwani.ck22@gmail.com

References

  1. Rajesh M., Singh S.P., Pitchaimani J. Mechanical behavior of woven natural fiber fabric composites: Effect of weaving architecture, intra-ply hybridization and stacking sequence of fabrics // Journal of Industrial Textiles. – 2018. – Vol. 47 (5). – P. 938–959. – doi: 10.1177/1528083716679157.
  2. Singh S.P. FTIR spectroscopy & mechanical behaviour study on jute fiber polymer composite // Journal of Advanced Engineering Research. – 2019. – Vol. 6 (1). – P. 34–38.
  3. The hydroscopic effect on dynamic and thermal properties of woven jute, banana, and intra-ply hybrid natural fiber composites / M. Rajesh, K. Jayakrishna, M.T.H. Sultan, M. Manikandan, V. Mugeshkannan, A.U.M. Shah, S.N.A. Safri // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (5). – P. 10305–10315. – doi: 10.1016/j.jmrt.2020.07.033.
  4. Rajesh M., Pitchaimani J. Experimental investigation on buckling and free vibration behavior of woven natural fiber fabric composite under axial compression // Composite Structures. – 2016. – Vol. 163. – P. 302–311. – doi: 10.1016/j.compstruct.2016.12.046.
  5. Rajesh M., Pitchaimani J. Mechanical properties of natural fiber braided yarn woven composite: comparison with conventional yarn woven composite // Journal of Bionic Engineering. – 2017. – Vol. 14. – P. 141–150. – doi: 10.1016/S1672-6529(16)60385-2.
  6. Fatigue life and residual strength of a short- natural-fiber-reinforced plastic vs Nylon / M. Mejri, L. Toubal, J.C. Cuillière, V. François // Composites. Part B: Engineering. – 2017. – Vol. 110. – P. 429–441. – doi: 10.1016/j.compositesb.2016.11.036.
  7. Tian F., Zhong Z. Modeling of load responses for natural fiber reinforced composites under water absorption // Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2019. – Vol. 125. – doi: 10.1016/j.compositesa.2019.105564.
  8. Sarikaya E., Çallioglu H., Demirel H. Production of epoxy composites reinforced by different natural fibers and their mechanical properties // Composites. Part B: Engineering. – 2019. – Vol. 167. – P. 461–466. – doi: 10.1016/j.compositesb.2019.03.020.
  9. Effect of natural fiber reinforced polymers on confined compressive strength of concrete / T. Jirawattanasomkul, T. Ueda, S. Likitlersuang, D. Zhang, N. Hanwiboonwat, N. Wuttiwannasak, K. Horsangchai // Construction and Building Materials. – 2019. – Vol. 223. – P. 156–164. – doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.06.217.
  10. Characterization of silane treated and untreated natural cellulosic fiber from corn stalk waste as potential reinforcement in polymer composites / Y. Liu, X. Lv, J. Bao, J. Xie, X. Tang, J. Che, Y. Ma, J. Tong // Carbohydrate Polymers. – 2019. – Vol. 218. – P. 179–187. – doi: 10.1016/j.carbpol.2019.04.088.
  11. Study on the acoustic characteristics of natural date palm fibers: Experimental and theoretical approaches / E. Taban, A. Khavanin, A. Ohadi, A. Putra, A.J. Jafari, M. Faridan, A. Soleimanian // Building and Environment. – 2019. – Vol. 161. – P. 106274. – doi: 10.1016/j.buildenv.2019.106274.
  12. Devnani G.L., Sinha S. Effect of nanofillers on the properties of natural fiber reinforced polymer composites // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 18, pt. 3. – P. 647–654. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.06.460.
  13. Elemental analysis of brake pad using natural fibers / S. Sri Karthikeyan, E. Balakrishnan, S. Meganathan, M. Balachander, A. Ponshanmugakumar // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 16, pt. 2. – P. 1067–1074. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.05.197.
  14. Singh S.P., Dutt A., Hirwani C.K. Experimental and numerical analysis of different natural fiber polymer composite // Materials and Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 38, iss. 3. – P. 322–332. – doi: 10.1080/10426914.2022.2136379.
  15. Mechanical behaviour of Natural and Glass fiber reinforcedwith polymer matrix composite / M. Balachandar, B. Vijaya Ramnath, P. Jagadeeshwar, R. Yokesh // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 16, pt. 2. – P. 1297–1303. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.05.227.
  16. Bakri M.K.B., Jayamani E. Comparative study of functional groups in natural fibers: Fourier transform infrared analysis (Ftir) // International Journal of Current Engineering and Scientific Research (IJCESR). – 2016. – Vol. 3 (1). – P. 154–161.
  17. Jayamani E., Loong T.G., Bakri M.K.B. Comparative study of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis of natural fbres treated with chemical, physical and biological methods // Polymer Bulletin. – 2020. – Vol. 77. – P. 1605–1629. – doi: 10.1007/s00289-019-02824-w.
  18. Fabrication and characterization of coir/carbon-fiber reinforced epoxy based hybrid composite forhelmet shells and sports-good applications: influence of fiber surface modifications on themechanical, thermal and morphological properties / Y. Singh, J. Singh, S. Sharma, T.-D. Lam, D.-N. Nguyen // Journal of Material Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (6). – P. 15593–15603. – doi: 10.1016/j.jmrt.2020.11.023.
  19. Natural fiber-reinforced thermoplastic composites from woven-nonwoven textile preforms: Mechanical and fire performance study / B.K. Kandola, S.I. Mistik, W. Pornwannachai, S.C. Anand // Composites Part B: Engineering. – 2018. – Vol. 153. – P. 456–464. – doi: 10.1016/j.compositesb.2018.09.013.
  20. Sekaran A.S.J., Kumar K.P. Study on drilling of woven sisal and aloevera natural fiber polymer composite // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 16, pt. 2. – P. 640–646. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.05.140.
  21. Fabrication and mechanical property evaluation of non-woven banana fiber epoxy-based polymer composite / S.P. Gairola, Y.K. Tyagi, B. Gangil, A. Sharma // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 44 (6). – P. 3990–3996. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.10.103.
  22. Baghaei B., Skrifvars M., Berglin L. Characterization of thermoplastic natural fiber composites made from woven hybrid yarn prepregs with different weave pattern // Composites: Part A. – 2015. – Vol. 76. – P. 154–161. – doi: 10.1016/j.compositesa.2015.05.029.
  23. Venkatesha B.K., Saravanan R., Anand Babu K. Effect of moisture absorption on woven bamboo/glass fiber reinforced epoxy hybrid composites // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 45, pt. 1. – P. 216–221. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.10.421.
  24. Arumugam C., Arumugam S., Muthusamy S. Mechanical, thermal and morphological properties of unsaturated polyester/chemically treated woven kenaf fiber/AgNPs@PVA hybrid nano bio composites for automotive applications // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (6). – P. 15298–15312. – doi: 10.1016/j.jmrt.2020.10.084.
  25. Chemical and mechanical reprocessed resins and bio-composites based on five epoxidized vegetable oils thermosets reinforced with flax fibers or PLA woven / C. Di Mauro, A. Genua, M. Rymarczyk, C. Dobbels, S. Malburet, A. Graillot, A. Mija // Composites Science and Technology. – 2021. – Vol. 205. – P. 108678. – doi: 10.1016/j.compscitech.2021.108678.
  26. Experimental investigation on the mechanical properties of woven hybrid fiber reinforced epoxy composite / V. Santhanam, R. Dhanaraj, M. Chandrasekaran, N. Venkateshwaran, S. Baskar // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 37 (2). – P. 1850–1853. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.07.444.
  27. Mechanical and dynamic mechanical thermal properties of ensete fiber/woven glass fiber fabric hybrid composites / T.A. Negawo, Y. Polat, Y. Akgul, A. Kilic, M. Jawaid // Composite Structures. – 2021. – Vol. 259. – P. 113221. – doi: 10.1016/j.compstruct.2020.113221.
  28. Bhattacharjee A., Roy H. Assessment of tensile and damping behaviour of hybrid particle/woven fiber/polymer composites // Composite Structures. – 2020. – Vol. 244. – P. 112231. – doi: 10.1016/j.compstruct.2020.112231.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».