Investigation of Interphase Adhesion of Epoxy Matrix and Bast Fiber Nettle by Single Fiber Fragmentation Test

Для полимерных композиционных материалов (ПКМ) с армирующим наполнителем из растительных волокон одним из актуальных вопросов является обеспечение надёжной межфазной связи волокно-матрица. Предметом экспериментального исследования явились образцы микропластика из элементарных волокон стебля крапивы (Urtica dioica L.) и эпоксидной матрицы. Цель исследования – оценка межфазной связи образцов микропластика на основе элементарного волокна стебля крапивы и эпоксидного связующего. В экспериментальных исследованиях использованы методы микромеханических испытаний и оптической микроскопии. Из стеблей крапивы ранневесеннего сбора выделены элементарные волокна длиной до 70 мм. Для получения микропластика использовано связующее на основе эпоксидиановой смолы ЭД-20 и ангидридного отвердителя ХТ-152Б. Приготовлены образцы микропластика с одиночными элементарными волокнами. Проведены микромеханические испытания на фрагментацию одиночного волокна. Волокна испытаны на растяжение на испытательной разрывной машине со скоростью движения траверсы 5 мм/мин. Ширина поперечных сечений волокон переменна по длине и составляет от 5 до 30 мкм, соотношение размеров (ширина-толщина) достигает 1:1,5. Вытягивание волокна при разрушении образца микропластика сравнительно невелико и достигает 135 мкм, что соответствует от 8 до 10 величин поперечного размера сечения волокна вместе его вытягивания. Минимальная длина фрагментов составляет 165 мкм. Прочность межфазной адгезии волокно-матрица может быть оценена на уровне 1,38 МПа. Характер разрывов волокон свидетельствует о хрупком механизме его разрушения. Подтверждено, что межфазная связь волокно-матрица в изученных образцах ПКМ объясняется механизмом механической блокировки. Результаты экспериментального исследования могут быть применены для создания ПКМ на основе натуральных волокон и эпоксидной матрицы. For natural fibers reinforcing polymer composite (NFRPs), one of the topical issues is to ensure a reliable fiber-matrix interfacial bond. The subject of the experimental study was samples of microplastics from elementary fibers of the stalk of nettle (Urtica dioica L.) and an epoxy matrix. The aim of the study is to assess fiber-matrix interface of microplastic samples based on elementary nettle stem fiber and an epoxy binder. The experimental studies used the methods of micromechanical testing and optical microscopy. Elementary fibers up to 70 mm in length were isolated from the stalks of early spring nettle. To obtain microplastics, a binder based on ED-20 epoxy resin and HT-152B anhydride hardener was used. Samples of microplastics with single elementary fibers were prepared. Micromechanical tests for fragmentation of a single fiber have been carried out. The fibers were tensile tested on a tensile testing machine at a crosshead speed of 5 mm / min. The width of the cross-sections of the fibers is variable along the length and ranges from 5 to 30 microns, the size ratio (width-thickness) reaches 1:1.5. Fiber elongation during destruction of a microplastic sample is relatively small and reaches 135 μm, which corresponds to 8 to 10 times the cross-sectional dimension of the fiber along with its elongation. The minimum fragment length is 165 µm. The interfacial adhesion fiber-matrix strength can be estimated at 1.38 MPa. The nature of the fiber breaks testifies to the fragile mechanism of its destruction. It was confirmed that the fiber-matrix interface in the studied NFRPs samples is explained by the mechanism of mechanical blocking. The results of the experimental study can be used to create a NFRPs based on natural fibers and an epoxy matrix.