Study of interfacial decohesion and damage mechanisms
Loading...
Date
2025
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of M'Sila
Abstract
The composite materials industry is undergoing constant evolution, marked by the emergence of new materials and technologies. Faced with the substitution of fossil-based materials, materials of natural origin, and in particular those of plant origin, are beginning to take their place because the development of composite materials was initially closely linked to the aeronautics and aerospace industry. More recently, their scope of application has expanded considerably, now affecting various sectors such as competitive sports, mechanical engineering, pressurized fluid storage, braking systems, as well as medical fields, particularly in surgery and prosthetics.
This is the framework of our research work. It focuses on the study of the mechanisms of decohesion and interfacial damage present in a composite structure under static loading, reinforced by cellulosic fibers that have been studied for the first time, extracted from a plant called Echinops spinosissimus that grows in the M’sila region (Algeria) as part of environmental design. This research aims to characterize the decohesion force of an epoxy resin and cellulose fiber reinforcement used for the first time. To do this, several treatments are carried out on the fibers in order to analyze them in several ways. Among the existing chemical treatments, alkaline treatment and permanganate treatment were chosen. Three series of characterization are carried out. The first concerns the different analyses of our fibers such as: Fourier Transform Infrared (FTIR) analyses, X-ray diffraction, mechanical tests. The second series is the study of the interface by micromechanical analysis using micro droplets. Finally, the third series is the mechanical characterization of model composites made from different pretreated Echinops spinosissimus fibers. Selecting these fibers is well justified considering that there is almost no work on these fibers in the literature and on the other hand their abundant availability in Algeria. This renewable natural resource deserves to be valued because it is very useful for developing environmentally friendly materials.
The various characterization methods used in this study revealed that these new materials have very high-level properties, particularly mechanical properties, capable of competing with those of conventional composites based on glass and carbon fibers
Description
تشهد صناعة المواد المركبة تطورًا مستمرًا، يتميز بظهور مواد وتقنيات جديدة. في مواجهة استبدال المواد ذات الأصل الأحفوري، بدأت المواد ذات الأصل الطبيعي، وخاصة تلك ذات الأصل النباتي، تأخذ مكانها لأن تطوير المواد المركبة كان مرتبطًا في البداية ارتباطًا وثيقًا بصناعة الطيران والفضاء الجوي. وفي الآونة الأخيرة، توسع نطاق تطبيقها بشكل كبير، حيث أصبح يؤثر الآن على قطاعات مختلفة مثل الرياضة التنافسية، والهندسة الميكانيكية، وتخزين السوائل المضغوطة، وأنظمة الفرامل، فضلاً عن المجالات الطبية، وخاصة في الجراحة والأطراف الصناعية.
هذا هو الإطار الذي يتم من خلاله تنفيذ أعمالنا البحثية. حيث يركز هذا البحث على دراسة آليات فقدان التماسك والضرر السطحي الموجود في بنية مركبة تحت التحميل الساكن، معززة بألياف السليلوز التي تمت دراستها لأول مرة، من نبات يسمى Echinops spinosissimus والذي ينمو في منطقة المسيلة (الجزائر) في سياق التصميم البيئي. يهدف هذا البحث إلى تحديد قوة الانفصال بين راتنج الإيبوكسي وألياف السليلوز المستخدمة لأول مرة. وللقيام بذلك، يتم إجراء العديد من المعالجات على الألياف من أجل تحليلها بعدة طرق. ومن بين المعالجات الكيميائية الموجودة، تم اختيار المعالجة القلوية ومعالجة برمنجنات البوتاسيوم. يتم تنفيذ ثلاث سلاسل من التوصيف. يتعلق الأول بالتحليلات المختلفة لأليافنا مثل: تحليل تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR)، حيود الأشعة السينية، والاختبارات الميكانيكية. السلسلة الثانية هي دراسة الواجهة عن طريق التحليل الميكانيكي الدقيق باستخدام القطرات الدقيقة. وأخيرًا، السلسلة الثالثة هي التوصيف الميكانيكي للمركبات النموذجية المصنوعة من ألياف Echinops spinosissimus المختلفة المعالجة مسبقًا. إن اختيار هذه الألياف مبرر تمامًا نظرًا لحقيقة عدم وجود أي عمل تقريبًا حول هذه الألياف في الأدبيات ومن ناحية أخرى توفرها بكثرة في الجزائر. إن هذا المورد الطبيعي المتجدد يستحق التقدير لأنه مفيد جدًا لتطوير مواد صديقة للبيئة.
وقد كشفت طرق التوصيف المختلفة المستخدمة في هذه الدراسة أن هذه المواد الجديدة تمتلك خصائص عالية المستوى للغاية، وخاصة الخصائص الميكانيكية، القادرة على التنافس مع تلك الموجودة في المركبات التقليدية القائمة على الألياف الزجاجية والكربونية.
Keywords
Echinops spinosissimus, composite, chemical treatment, interface, pull-out, decohesion., . Echinops spinosissimus