An experimental study of parameters affecting physical and mechanical properties of hemp composites

Abstract

A new approach in the field of sustainable building materials is based on the use of renewable raw materials instead of non-renewable ones. A great potential for the use of fast renewable raw material has a group of plants that are the source of fibers and non-fibrous components. The use of plant fibers and/or part icles as fillers into building material with reinforcement function of composite is motivated by the need to develop environmentally friendly products in accordance with principles of sustainable development in the building industry. Our research interest is concentrated on the possibilities of using technical hemp especially hemp waste–hurds/shives like non-fibrous fraction originating from the production of hemp fibers into lightweight composite. This paper gives an overview of the results of an experimental study of the parameters affecting the physical and mechanical properties of hemp composite based on MgO-cement as a binder. The influence of parameters such as he mp proportion (20-60 vol.%) and mean particle length of anisometric hemp hurds slices ( 2,33 – 7,42 mm; 40 vol. % hemp hurds) on some physical (density, thermal conductivity, water absorption) and mech anical properties (compressive strength) of composite after different curing time is studied. Composites prepared by varying the proportion of hemp hurds in the mixture reached increase in values of compressive strengths in dependence on organic filler content and hardenin g time. Strength characteristics of hardened composites depend not only on the proportion of hemp hurds in the mixture, but also on the mean lenght of hemp particles. Effect of mean length of hemp hurds slices on the above mentioned characteristics of composites was confirmed. Ph ysical properties of hardened composites are improved when mean hemp particle length decrease s what is related to the creation of more dense structure for composite with particle dimensions smaller. Новий підхід в області виробництва будівельних матеріалів базується на використанні поновлюваних джерел сировини замість непоновлюваних. Великий потенціал як швидко поновлювана сировина мають певні групи рослин, що можуть служити джерелом волокнистих та неволокнистих матері алів. Використання органічних волокон та/або просто частин рослин як наповнювачів в композитних будівельних матеріалах мотивовано необхідністю розробки екологічно чистих продуктів згідно з принципами розвитку будівельної промисловості. Наші зусилля були зосереджені на дослідженні можливості використання технічних конопель, а саме відходів їх переробки у волокно,–костриці– для виготовлення легких композитних матеріалів. Здійснено огляд результатів експериментального дослідження параметрів, що впливають на фізичні та механічні властивості композитів на базі конопель з MgO-цементом як зв’язуючої речовини. Досліджувався вплив таких параметрів, як вміст костриці (20 – 60 об. %) та середня довжина анізометричних фрагментів костриці (2,33 – 7,42 мм; при вмісті 40 об. %) на деякі фізичні (густина, теплопровідність, водопоглинання та стійкість) та механічні (міцність на стиск) властивості композитів залежно від тривалості затвердівання . Композити з різним вмістом костриці досягають значень міцності на стиск залежно від вмісту органічного наповнювача. Міцність загартованого композиту залежить не тільки від об’єму костриці в суміші, але й від 284 середньої довжини фрагментів. Був підтверджений вплив середньої довжини частинок костриці на вищезгадані параметри. Фізичні властивості загартованих композитів змінюються із зменшенням середньої довжини фрагмента, що пов’язано з утворенням більш щільної структури композиту при менших лінійних розмірах частинок.