MECHANICAL BEHAVIOR OF HIGH-DENSITY POLYETHYLENE REINFORCED WITH GRAPHENE NANOPLATELETS AND JUTE FABRIC

Abstract

Owing to sustainable characteristics, natural lignocellulosic fibers (FNLs) and graphene nanoplatelets (GNP)- reinforced composites are currently seeing applications in a wide range of industrial fields. Thus, in the present work, the mechanical, and flexural properties of high-density polyethylene (HDPE) reinforced with 0, 0.10, 0.25, and 0.50 wt.% of GNP and 50 vol.% of jute fabric were investigated and statistically validated through ANOVA and the Tukey test. The extrusion process followed by hot pressing resulted in films of GNP-reinforced HDPE nanocomposites that were used to fabricate the jute fabric-reinforced composite plates. In particular, the Jute/ HDPE/0.25%GNP composite outperformed the strength of those described in the literature, even some with higher GNP. Enhancements of 38% were observed for the composite’s flexural modulus as compared to the GNP-free Jute/HDPE composite. Regarding the tensile properties, the ductility of the Jute/HDPE/0.25%GNP was increased by 112% when compared to the Jute/HDPE. Moreover, the toughness of the Jute/HDPE/0.25%GNP was 161% superior to the Jute/HDPE composite. SEM analysis of the fracture surfaces showed that, as GNP concentration rises, the fracture mechanisms change from a shear band to a complex mixture of fibrillation, tearing, and crazing. Consequently, the results reveal the novel Jute/HDPE/0.25%GNP nanocomposite as a promising material for engineering applications.

Debido a sus características sostenibles, las fibras lignocelulósicas naturales (FLN) y los compuestos reforzados con nanoplaquetas de grafeno (GNP) están siendo utilizados en una amplia gama de campos industriales. En este trabajo, se investigaron las propiedades mecánicas y de flexión del polietileno de alta densidad (HDPE) reforzado con 0%, 0.10%, 0.25% y 0.50% en peso de GNP combinado con 50% en volumen de tejido de yute. Se validaron estadísticamente las propiedades mecánicas y flexurales del polietileno de alta densidad (HDPE) reforzado con GNP y tejido de yute utilizando ANOVA y la prueba de Tukey. El proceso de extrusión seguido del prensado en caliente dio como resultado películas de nanocompuestos de HDPE reforzados con GNP que se utilizaron para fabricar las placas compuestas reforzadas con tejido de yute. En particular, se observó que el compuesto Jute/HDPE/0.25%GNP superó la resistencia de los compuestos descritos en la literatura, incluso algunos con mayor concentración de GNP. Se observaron mejoras del 38% en el módulo de flexión del compuesto en comparación con el compuesto Jute/HDPE sin GNP. En cuanto a las propiedades de tracción, se incrementó la ductilidad del Jute/HDPE/0.25%GNP en un 112% en comparación con el Jute/HDPE. Además, la tenacidad del compuesto Jute/HDPE/0.25%GNP fue un 161% superior a la del compuesto Jute/HDPE. El análisis SEM de las superficies de fractura mostró que, a medida que aumenta la concentración de GNP, los mecanismos de fractura cambian de una banda de corte a una mezcla compleja de fibrilación, desgarro y agrietamiento. En consecuencia, los resultados revelan que el novedoso nanocompuesto Jute/HDPE/0.25%GNP es un material prometedor para aplicaciones de ingeniería.

Devido às características sustentáveis, as fibras lignocelulósicas naturais (FNLs) e os compósitos reforçados com nanoplaquetas de grafeno (GNP) estão atualmente tendo aplicações em uma ampla gama de campos industriais. Assim, no presente trabalho, foram investigadas as propriedades mecânicas e de flexão do polietileno de alta densidade (PEAD) reforçado com 0, 0,10, 0,25 e 0,50% em peso de GNP combinado com 50% em volume de tecido de juta. Em particular, o compósito JutaJuta/HDPE/0,25%GNP superou a resistência daqueles descritos na literatura, mesmo para alguns com maior GNP. Melhorias de 38% foram observadas para o módulo de flexão do compósito em comparação com o compósito de juta/HDPE livre de GNP. Com relação às propriedades de tração, a ductilidade da Juta/HDPE/0,25%GNP foi aumentada em 112% quando comparada à Juta/HDPE. Além disso, a tenacidade do compósito Juta/HDPE/0,25%GNP foi 161% superior à do compósito Juta/HDPE. A análise SEM das superfícies de fratura mostrou que, à medida que a concentração de GNP aumenta, os mecanismos de fratura mudam de uma banda de cisalhamento para uma mistura complexa de fibrilação, rasgo e fissura. Consequentemente, os resultados revelam o novo nanocompósito Juta/HDPE/0,25%GNP como um material promissor para aplicações em engenharia.