Date Palm Midrib Fibers as an Ecofriendly Reinforcement in Composite Materials

Date Palm Midrib Fibers as an Ecofriendly Reinforcement in Composite Materials. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
‏‏‏‏‏‏‏‏Rakan Alabdali Thesis Report.pdf
Restricted to Repository staff only until 1 June 2023.

Download (6MB)

Arabic Abstract

الهدف من هذا العمل هو استخدام ألياف جريد النخل كبديل صديق للبيئة للألياف الصناعية في المواد المركبة وأن يكون منافساً للمنتجات والألواح الخشبية التجارية المصنعة والمستوردة. الألياف السليلوزية الطبيعية، كألياف النخيل، لها خصائص ميكانيكية منافسة للألياف الصناعية. المملكة العربية السعودية أحد أكبر منتجي التمور في العالم، حيث فيها الكثير من النخيل التي لا يستفاد من بقاياها غالبا. النخيل لها عملية تنظيف وتقليم (تكريب) سنوية تنتج قرابة الثلاث مئة ألف طن سنويا من المخلفات الزراعية التي يمكن الاستفادة منها لصنع منتجات ذات قيمة مضافة. في هذا العمل، الألياف المستخرجة من لب الجريد هي المادة الخام التي ستنتج منها المادة المركبة، وقد اختير لب الجريد لأنه من الأجزاء المتوفر طول العام وبكميات كبيرة وفيها كثافة ألياف عالية. عملية استخراج الألياف تقوم على غلي قطع الجريد في الماء لتطرية اللجنين وإضعاف روابطه مع الألياف السليلوزية. بعد ذلك تطرق قطع الجريد لتفتيت اللجنين وعزل الألياف واستخراجها، ثم تجفيف هذه الألياف المستخرجة. المادة الرابطة المستعملة في تجهيز المادة المركبة في هذا العمل هي الإيبوكسي (الراتنج). بعد تدعيم المادة الرابطة بالألياف، اختبرت العينات لمقارنة الطريقة المتبعة في هذا العمل مع الأبحاث الأخرى من حيث الخواص الميكانيكية وتقييم فعاليتها. متوسط نتائج اختبار الشد للمادة المركبة هي: 3 جيجاباسكال لمعامل المرونة، وهي القيمة المطلوبة لغالبية المنتجات الخشبة التجارية. أعلى قيمة لمعامل المرونة كانت 9 جيجاباسكال وهي قيمة توضح الإمكانيات التي يمكن الوصول إليها بطريقة الاستخراج والمعالجة هذه مع بعض التحسينات التي ستذكر في باب العمل المستقبلي. قوة الشد وصلت إلى 40 ميجاباسكال، وقيمة متوسطة هي 27 ميجاباسكال، وهي متوافقة مع متطلبات المنتجات التجارية. بالإضافة لذلك، أجريت اختبارات على الألياف مفردة وذلك لمعرفة خصائصها لأغراض النمذجة الحسابية. وصلت القيمة المتوسطة لمعامل المرونة لليفة الواحدة إلى 17 جيجاباسكال، وقوة الشد إلى 333 ميجاباسكال. أخيرا، أجري اختبار انتزاع الليفة لتحديد قوة الترابط البيني بين الليفة والمادة الرابطة من أجل نمذجة المادة المركبة حسابيا. قوة الترابط البينية تراوحت قيمها بين 6 إلى 12 ميجاباسكال. نتائج هذا العمل واعدة ومبشرة ومنافسة للمنتجات الخشبية التجارية ومقاربة لكثير من الأبحاث الأخرى.

English Abstract

The goal of this work is to use date palm midrib fibers as an ecofriendly substitution for synthetic fibers in composite materials and to make it competitive with the commercial wood products. Natural cellulosic fibers, such as date palm fibers, have mechanical properties comparable to synthetic fibers. Saudi Arabia is one world’s leading producers of dates and thus has an exorbitant number of date palms trees whose crop residue goes largely unused. Date palms have an annual pruning process which produce about 300,000 tons/year of agricultural residue that can be used to make value-added products. Date palms’ midrib core is the raw material for this work because it is one of the most available by-products, available throughout the year, and has a dense packing of fibers. The fiber-extraction process entails boiling the midribs with water to soften the lignin, followed by hammering the midribs to separate the fibers from the lignin, and then drying the isolated fibers. The matrix portion of the composite in this work is an epoxy resin. After reinforcing the matrix with the date palms midrib fibers, samples were mechanically tested to compare mechanical properties of this methodology with prior literature establishing the significance of this methodology. For the composite, the average modulus of elasticity is in the range of 3 GPa which is the requirement for the majority of the commercial wood products. A maximum value of 9 GPa was reached for the elastic modulus. This demonstrates the potential of this extraction technique and processing route that can be achieved with improvements suggested in the future work section. The tensile strength reached as high as 40 MPa and average value of 27 MPa which also meets commercial products requirements. Tests were also performed on single fibers in order to understand their properties for modeling purposes. For single fibers, the average tensile strength and modulus of elasticity values are 333 MPa and 17 GPa, respectively. Finally, single fiber pull-out test was performed to determine the interfacial shear strength between the fibers and matrix necessary for modeling the composite material. The interfacial strength ranged between 6 – 12 MPa. Results from this effort are compared to the literature and currently available commercial products and are found to have a promising outlook.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Engineering
Mechanical
Department: College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor: Leseman, Zayd
Committee Members: Mahmoud, Morsi and Garrison, Thomas
Depositing User: RAKAN ALABDALI (g202007100)
Date Deposited: 19 Jun 2022 07:11
Last Modified: 19 Jun 2022 07:11
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142163