Production and characterization of Althea officinalis L. (marshmallow) fiber reinforced polyester composites

Abstract

Bu çalışmada Althea Officinalis L. (Hatmi) lifleri polyester kompozitler üretilmesinde takviye malzemesi olarak kullanılmıştır. Althea officinalis l. bitkisi Mordoğan, İzmir'den (Türkiye) toplanmıştır. Lif eldesi suda havuzlama ve kimyasal (NaOH) çıkarım ile yapılmıştır. Çıkarım işleminin ardından althea liflerin mekanik, ısıl ve morfolojik özellikleri incelenmiştir. Liflerin kristalinite indeksi Rigaku D-max-2200-PC XRD (X-ışını difraktometresi) kullanılarak; liflerin yüzey morfolojisi ve kompozitlerin kırılma yüzeyleri JEOL-JJM 6060 model SEM kullanılarak incelenmiştir. Althea lifi/polyester kompozitleri el yatırması yöntemiyle üretilmiştir. Althea lifi takviyeli kompozit numuneler %5, %10 ve %20 olmak üzere farklı ağırlık oranlarında üretilmiştir. Kompozit malzemelerinin üretilmesinin ardından kompozit plakaların işlenmesiyle test numuneleri üretilmiştir. Kompozitlerin mekanik; çekme ve eğilme özellikleri incelenmiştir.Sonuçlar althea officinalis liflerinin %5 NaOH içeren çözeltide kaynatılmasının yüzey empüritelerinin giderilmesine, çekme dayanımı ve kristalinitenin sırasıyla %37 ve %74 artmasına neden olduğunu göstermiştir. Ayrıca FTIR analizleri göstermiştir ki althea liflerinin %5 NaOH içeren çözeltide kaynatılmasıyla hemiselüloz ve lignine ait bazı piklerin şiddetleri azalmış ve/veya pikler yok olmuştur. Suda havuzlanmış ve kimyasal olarak çıkarılmış liflerin yoğunlukları sırasıyla 1,2584 g/cm3 ve 1,3378 g/cm3 olarak bulunmuştur.Kompozit malzemeler açısından bakıldığında ise artan lif takviye oranına ve artan lif uzunluğuna bağlı olarak çekme ve eğilme dayanımları artış göstermiştir. Çekme dayanımı, 50mm lif boyutlu %20 takviye oranında takviyesiz polyestere göre neredeyse üç kat daha yüksektir.

In this study Althea officinalis l. (marshmallow) fiber was used as reinforcement to produce polyester matrix composites. A. officinalis L. was obtained from Mordoğan, Izmir (Turkey). Extraction of fibers from stem was done by water and chemical (NaOH) retting. After extraction process mechanical and thermal properties of althea fibers were measured and morphological structure was examined. Crystallinity indexes (CI) of fibers were determined by Rigaku D-max-2200-PC XRD (X-ray diffractometer); surface morphologies of fibers and fractured regions of composites were determined and investigated by JEOL-JJM 6060 model SEM. Althea fiber/polyester composites were produced by conventional hand lay-up method. Althea fiber reinforced composite specimens were prepared with different weight fractions such as 5%, 10%, and 20%. After preparation process of composite materials, test specimens were produced by machining of composite plates. Mechanical; tensile and flexural properties of composites were examined.The results showed extraction of althea officinalis fibers by alkali boiling in a solution including 5% NaOH led to removal of surface impurities and improved tensile strength and cellulose crystallinity about 37% and 74% respectively. Also FTIR analyses showed that alkali boiling caused change of chemical composition by decreasing and/or disappearing of some peaks which belong to hemicellulose and lignin. Densities of water and chemically retted fibers was determined as 1,26 g/cm3 and 1,34 g/cm3 respectively.For composite materials, increasing fiber loading and fiber length resulted in increasing tensile and flexural strength. Tensile strength was almost three times higher for 20% loading of 50mm fibers length than neat polyester resin.