在Borassus flabellifer纤维/环氧生物纳米复合材料中使用超参数调节的ANN和响应表面优化方法来研究空隙含量
Suresh Thirupathi1, Venkatachalam Gopalan2, Elango Mallichetty1
1School of Mechanical Engineering, Vellore Institute of Technology, Chennai, Tamil Nadu, 600127, India.
Scientific reports
|July 2, 2025
概括
这项研究通过添加纳米填充剂,如多层碳纳米管 (MWCNT),六边形化 (h-BN) 和 (Al2O3) 来解决天然纤维复合材料中空隙形成的问题. 一种优化的Borassus flabellifer纤维和h-BN的组合实现了最低的空隙含量,提高了复合材料的性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物复合材料 聚合物复合材料
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 空隙开发是天然纤维聚合物复合材料的一个关键问题,限制了它们在苛刻的行业中的应用.
- 这些空隙会对复合材料的物理和机械性能产生负面影响.
研究的目的:
- 调查各种纳米填充剂 (MWCNT,h-BN,Al2O3) 对以环氧为基础的博拉索斯状纤维 (BFF) 复合材料中空气含量的影响.
- 分析纳米填充剂类型,BFF网状尺寸和纤维重量百分比对空隙形成的影响.
- 开发一个优化的预测模型,以最大限度地减少生物纳米复合材料中的空隙.
主要方法:
- 使用手工布置技术制造复合材料.
- 纳米尺寸MWCNT,h-BN和Al2O3纳米填充剂的结合.
- 设计实验 (DOE) 方法用于参数分析.
- 人工神经网络 (ANN) 建模与超参数优化.
- 使用SEM成像和光学显微镜进行微结构性表征.
主要成果:
- 增加纳米填充器体积分数导致纤维体积分数减少,复合材料密度增加,空隙含量增加.
- 由于其理论密度较低,MWCNT填充的复合材料表现出最高的空隙含量.
- 一个优化的组合 (1重%BFF,75微米网格大小,1重%h-BN) 导致最小空隙含量为1.90%.
结论:
- 该研究提供了对生物纳米复合材料中空隙形成机制的基本理解.
- 开发了一种有效的预测模型,以最大限度地减少这些材料中的空隙.
- 这些发现有助于推进各种应用的高性能生物纳米复合材料.
