چوب پلاست و چوب پلاستیک

اثر افزودن نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست های ساخته شده با نرمه ­MDF­ و پلیپروپیلن

نانو رُس بر خواص چوب پلاست تاثیر گذار است. در مطالعه حاضر به بررسی تاثیر افزودن ذرات نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست نرمه MDF-پلی‌پروپیلن پرداخته شده است. بدین منظور نانو رُس با مشخصات Cloisite® 15A در سه سطح وزنی 2%، 4% و 6% مورد استفاده قرار گرفت. همچنین از پلی­پروپیلن (PP) به عنوان ماده ترموپلاستیک و نرمه MDF در سه سطح (40%، 50% و 60% وزنی) به عنوان ماده پرکننده استفاده شد. از مالئیک اندرید پیوند داده شده با پلی‎پروپیلن (MAPP) نیز به میزان 4% وزنی به عنوان عامل جفت‎کننده استفاده شد. نمونه­های آزمونی با استفاده از اکسترودر به صورت گرانول تهیه گردیدند، سپس با دانسیته اسمی gr/cm31 در ابعادcm 1×cm20×cm30 و با استفاده از روش پرس گرم در 12 تیمار با 3 تکرار تهیه و در ادامه برای تعادل رطوبتی به مدت 3 هفته در محیط قرار داده شدند. سپس آزمونهای مکانیکی مقاومت و مدول خمشی، مدول کششی و مقاومت به ضربه بر روی آنها انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش درصد وزنی نرمه­ MDF از 40% به 60%، مقدار مقاومت­های خمشی، مدول کششی و مقاومت به ضربه نمونه­های آزمونی کاهش پیدا کردند. بیشترین مقاومت‎های خمشی و مدول کششی در سطح 2 درصد وزنی ذرات نانو رُس و بیشترین مقاومت به ضربه در نمونه­های شاهد (0% نانو رُس) بدست آمد.

کلمات کلیدی: نانو رُس بر خواص چوب پلاست، نرمه MDF، مقاومت­ خمشی، مدول کششی، مقاومت به ضربه

  1. مقدمه نانو رُس بر خواص چوب پلاست

نانو کامپوزیت­های پلیمری موضوع جدیدی در پژوهش­های کنونی ایران و دنیا به شمار می­روند [1]. بررسی‌های صورت گرفته در حیطه علم سنجی حاکی از رشد سریع و روز افزون فناوری نانو است و پیشرفت­های اخیر در این زمینه وقوع تغییرات اساسی را در محدوده وسیعی از صنایع نوید می­دهد که می­تواند به کاربردهای جدید بینجامد. این امر ضرورت و اهمیت آگاهی از تولیدات علم و فناوری در صنایع و کشورهای مختلف را نشان می­دهد. دستیابی به خواص مهندسی مطلوب و طراحی شده مستلزم استفاده از مواد تقویت­کننده یا آمیخته ­سازی است. استفاده از این نوع تقویت‎کننده‎ها (ذرات نانو رُس) با توجه به افزایش قابل توجه ویژگی­های مکانیکی در مقابل مصرف کم این نوع مواد، می‎تواند راه‎گشای آینده بسیاری از صنایع و کامپوزیت­های جدید باشد. در دهه اخیر استفاده از تقویت­کننده­ها در ماتریس­های پلیمری توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. در اوایل دهه­ی 1990، محققیین شرکت تویوتا، گروه جدیدی از چوب پلاست­های پلیمر-رُس را تولید کردند که عبارت بود از نانو کامپوزیت­های پلیمری، با کاربردهای متداول در ساخت درب‎های اتوماتیک مانند چهارچوب داخلی درب­های هواپیما. ویژگی‎های گسترده چوب پلاست­ های چوب پلاست باعث کاربردهای گسترده­ی این نوع محصول شده است. چوب پلاست­ های ترموپلاستیک نقش مهمی را در جامعه بازی می‌کنند و در مواردی چون وسایل آشپزخانه تا اجزای شاتل­های فضایی مورد استفاده قرار می­گیرند [2]. از سوی دیگر قیمت پلیمرها در دهه اخیر به علت افزایش مصرف و تقاضای بالا به سرعت افزایش یافته است [3] و این افزایش باعث افزایش قیمت چوب پلاست­ های چوب پلاست خواهد شد، از این رو در ساخت این چوب پلاست ها استفاده از ماده لیگنوسلولزی ارزان قیمت می­تواند راه­کاری در تولید مقرون به صرفه این محصول باشد. در طی مراحل مختلف استحصال چوب از قطع درخت تا ساخت محصولات مختلف چوبی، بخش زیادی از حجم چوب برداشت شده به صورت خاک اره و دیگر ضایعات چوبی در می­آید که از آن جمله می­توان به ضایعات قسمت­های مختلف کارخانه­های تخته خرده چوب و MDF اشاره کرد. این حجم وسیع علاوه بر هدر دادن منابع چوبی، خود به صورت یک معضل در کارخانجات و کارگاه­های صنایع چوب در آمده است که تنها راه خلاصی از آن در بیشتر موارد سوزاندن آنها است [4]. اما باید دانست با توجه به حجم بالای تولید آن و عدم نیاز به پروسه­هایی نظیر آسیاب کردن و الک کردن، این ماده می‎تواند راه‌گشایی جهت تامین ماده اولیه صنایع چوب پلاست باشد.

در سال­های اخیر نانو ذرات در زمینه افزودنی‎های پلاستیک­ها، و به ویژه  چوب پلاست ها معرفی شده­ اند. نانو ذرات در حالت معمولی به مقدار کمتر از 10% و گاهی 2 تا 5 درصد به کار می­روند [1،2،5،6،7]. از مزایای نانو کامپوزیت­ های پلیمر-خاک رُس می­توان به مواردی چون بهبود خواص مکانیکی مانند سفتی و استحکام بیشتر، بهبود خواص نفوذناپذیری در برابر گازها و بهبود خواص گرمایی مانند کاهش سرعت اشتعال اشاره کرد [8]. همچنین نتایج بررسی­های صورت گرفته در مورد استفاده از ذرات نانو (نانو رُس) بر خصوصیات مکانیکی چوب پلاست­ها، حاکی از بهبود خواص مكانيكي-گرمايي [9]، افزایش مدول کششی، مقاومت کششی و سختی کامپوزیت [11،10]، افزایش مدول الاستيسيته خمشي، مدول الاستيسيته ديناميك و درجه كريستاليته [12] می­باشد. در این میان مقاومت به ضربه نمونه­ها کاهش می­یابد و همچنین افزودن پرکننده‌های نانو رُس در مقایسه با پرکننده‌های سنتی، ویسکوزیته یا دانسیته سیستم را چندان تغییر نمی­دهد [2].  افزودن نانو رُس به چوب پلاست موجب افزایش مدول یانگ از  GPa3/2 به GPa 8/3 [13]، افزایش مقاومت کششی چوب پلاست آرد باگاس-پلی‎پروپیلن تا 3% وزنی از نانو رس [7] و افزایش مقاومت‎های خمشی و کششی چوب پلاست آرد چوب کاج و پلی­اتیلن سنگین (HDPE) تا 2% وزنی [11] و افزايش مدول خمشي و ازدیاد طول تا پارگی نانو کامپوزیت­های پلی­استیرن اصلاح شده [1] می­شود. در مقابل نتایج نشان داده است که با افزایش درصد وزنی ذرات نانو رُس در نمونه­های چوب پلاست، مقاومت به ضربه کاهش پیدا کرده و در سطح 5 درصد، کمترین مقدار مقاومت حاصل می­گردد و بیشترین میزان مقاومت کششی، مدول کششی، مقاومت خمشی و مدول خمشی در سطح 3 درصد وزنی بدست می­آید [14]. نوع نانو رس (کلویزیت A10 و نانومر I.30TC) نيز بر خصوصيات -چوب پلاست تاثيرگذار بوده و کلویزیت A10 نسبت به خاک رس اصلاح شده نانومر I.30TC دارای سازگاری بهتری با پلی‎استیرن می­باشد [1]. مطالعه تاثير حضور نانو رس بر اشتعال پذيري چوب پلاست  تری­فنیل­فسفات-نانو رس نيز حاكي از تاثير مثبت اين ذرات ضمن افزايش خصوصويات مكانيكي چند سازه است. . از این رو با توجه به اهمیت نفش نانومواد در دستیابی به مواد با خصوصیات ویژه و با توجه به مرور گزارشات علمی در زمینه مبنی نانوچوب پلاست­های چوب پلاست، در مطالعه حاضر به بررسی تاثیر افزودن ذرات نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست نرمه MDF-پلی­پروپیلن پرداخته شده است.

  1. تجربی

2-1 مواد

ماده لیگنوسلولزی مورد استفاده در این پژوهش نرمه حاصل از سمباده­زنی سطح تخته­های MDF بود که از کارخانه آرین سینا واقع در شهرک صنعتی ساری تهیه گردید. پلی­پروپیلن (PP) درجه V30S صنایع پتروشیمی اراک به عنوان ماده ترموپلاستیک با شاخص مذاب min10/ g18 استفاده شد. از ذرات نانو رُس محصول کارخانه “Southern Clay” امریکا با مشخصات Cloisite® 15A در سه سطح وزنی 2%، 4% و 6% به عنوان ماده افزودنی (تقویت­کننده) برای بررسی و تاثیر بر روی خصوصیات مکانیکی چوب پلاست نرمه MDF-پلی­پروپیلن استفاده شد. مشخصات نانو رس اصلاح شده و ساختار آنها به ترتیب در جداول شماره 1 و 2 آورده شده است. همچنین از مالئیک اندرید پیوند داده شده با پلی­پروپیلن (MAPP) به میزان 4% وزنی به عنوان عامل جفت­کننده با نام تجاری PP-G 101 ساخت شرکت کیمیا جاوید سپاهان (اصفهان) استفاده گردید. آزمایش در 12 تیمار و 3 تکرار انجام شد. (جدول 3)

جدول 1- خصوصیات ذرات نانو رُس مورد استفاده در چوب پلاست

نتایج تفرق پرتو  X d(001)(Å) درصد رطوبت غلظت اصلاح کننده اصلاح کننده آلی نام تجاری نانو رُس اصلاح شده
5/31 2% > 125 meq/100g 2M2HT* Cloisite® 15A

* 2M2HT: dimethyl, dihydrogenatedtallow, quaternary ammonium

جدول 2- ساختار شیمیایی و اندازه ذرات خشک نمونه (بر حسب میکرون)

90 درصد کمتر از 50 درصد کمتر از 10 درصد کمتر از ساختار شیمیایی
mµ 13 mµ 6 mµ 2 CH3

|

CH3 ─ N+ ─ HT

|

HT

Density, g/cc: 1.66

جدول شماره 3- مشخصات تیمار و سطوح متغیر

تیمار )g/cm3 دانسیته( نانو رُس (%) نرمه MDF (%) PP (%) MAPP (%)
1

2

938/0 0% 40% 56% 4%
954/0 2% 40% 54% 4%
3

4

940/0 4% 40% 52% 4%
938/0 6% 40% 50% 4%
5 949/0 0% 50% 46% 4%
6 937/0 2% 50% 44% 4%
7 939/0 4% 50% 42% 4%
8 932/0 6% 50% 40% 4%
9 940/0 0% 60% 36% 4%
10 922/0 2% 60% 34% 4%
11 928/0 4% 60% 32% 4%
12 925/0 6% 60% 30% 4%

2-2 دستگاه­ها

برای تولید نمونه های چوب پلاست مواد ترکیب شده با استفاده از دستگاه اکسترودر دو ماردونه مدل (چوب پلاست – 4815) ساخت شرکت برنا پارس مهر، به صورت گرانول در آورده و با استفاده از آسیاب چکشی آزمایشگاهی، گرانول‌ها به پودر تبدیل گردیدند. بعد از آن مواد بدست آمده پیش پرس گردید سپس  وارد پرس گرم شدند.

جهت بررسی خصوصیات مکانیکی (خمش و کشش) از دستگاه INSTRON-4486 استفاده شد. همچنین برای انجام آزمون مقاومت به ضربه بدون فاق، ماشین ضربه پاندولی ساخت شرکت SANTAM مورد استفاده قرار گرفت.

2-3 روش­ها

2-3-1 آماده سازی نرمه MDF

برای تولید نمونه های چوب پلاست پس از تهیه نرمه‎ها، به منظور رسیدن رطوبت آنها به رطوبت مورد نظر، به مدت 24 ساعت با دمای С°2 ±100 در آون قرار گرفتند و سپس در کیسه­های پلاستیکی بسته­بندی شدند.

 2-3-2 آماده سازی ذرات نانو رُس بر خواص چوب پلاست

برای تولید نمونه های چوب پلاست ذرات نانو رُس قبل از تولید چوب پلاست مورد نظر به مدت 24 ساعت با دمای С°2 ±100 به منظور کاهش رطوبت و همچنین جلوگیری از جذب رطوبت در آون قرار گرفتند. سپس در هنگام اختلاط مواد، ذرات نانو رُس برای جلوگیری از جذب رطوبت در دسیکاتور قرار داده شدند.

2-3-3 اختلاط مواد اولیه

برای تولید نمونه های چوب پلاست دانسیته اسمی نمونه­ها  g/cm31 در نظر گرفته شد و مواد آماده شده برای هر تیمار با استفاده از ترازوی آزمایشگاهی توزین شد. جهت ساخت نمونه­ها، مواد توزین شده برای هر تیمار قبل از پروسه ساخت نمونه­ها، به مدت 10 دقیقه مخلوط گردیدند تا فاز ماتریکس و فاز پرکننده به صورت بهینه با یکدیگر آمیخته شوند.

2-3-4 ساخت نمونه­ها

برای تولید نمونه های چوب پلاست دمای مورد استفاده جهت ساخت نمونه­ها 190 درجه سانتی‌گراد و فشار ویژه پرس 30 بار انتخاب گردید. مدت زمان پرس گرم 15 دقیقه تعیین شد. روش انجام کار بدین صورت بود که پس از پیش پرس، نمونه­ها به پرس گرم منتقل و ابتدا به مدت 7 دقیقه با فشار ویژه 30 بار و در دمای 190 درجه سانتی­گراد پرس گردیدند. سپس دهانه پرس به مدت 1 دقیقه باز گردید تا هوا و بخار محبوس شده از درون چوب پلاست خارج شود، سپس مجدداً دهانه پرس به مدت 7 دقیقه دیگر با همان فشار بسته شد [16]. پس از اتمام مراحل پرس گرم، نمونه­های آزمونی برای جلوگیری از نوسانات ضخامت، در بین چهار گیره دستی به مدت چند ساعت قرار گرفتند. چوب پلاست ها در قالب­های فلزی با ابعاد 30×20 سانتی­متر و ضخامت 1 سانتی­متر در پرس گرم تهیه شدند. این قالب فلزی به منظور جلوگیری از روان شدن ماده پلیمری بر روی صفحه پرس پس از ذوب شدن پلیمر و همچنین کاهش میزان نوسانات ضخامت نمونه­های نانو رُس-نرمه MDF-پلی‎پروپیلن تهیه شدند.

2-3-5 تهیه نمونه­های آزمون

برای تهیه چوب پلاست نمونه­های آزمونی خمش و کشش از استاندارد (CEN/TS 15534–1:2007) استفاده شد، نمونه­های خمشی و کششی در ابعاد cm1cm×2cm×17 با توجه به استاندارد مورد نظر تهیه شدند [17]. همچنین نمونه­های آزمون ضربه بدون فاق، مطابق با آیین‎‌نامه D-4495 استاندارد ASTM، مستطیلی و با ابعاد اسمی cm1cm×5/1cm×8 در نظر گرفته شد [18].

2-3-6 آنالیز آماری داده­های بدست آمده

به منظور آنالیز آماری داده­های حاصل از نتایج آزمایش نمونه های چوب پلاست، نرم افزار PASW Statistics 18 (SPSS 18) مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش از آنالیز فاکتوریل بر پایه طرح دو عاملی براي بررسي اختلاف بين سطوح عوامل مختلف و اثرات مستقل و متقابل هر عامل استفاده گردید.

  1. نتایج و بحث نانو رُس بر خواص چوب پلاست

3-1  مدول الاستیسیته خمشی (MOE) و مقاومت خمشی (MOR) نانو رُس بر خواص چوب پلاست

در نمونه های چوب پلاست درصدهای مختلف ذرات نانو رُس در مدول الاستیسیته خمشی (MOE) و مقاومت خمشی (MOR) مورد بررسی تاثیر دارند. در نمونه های چوب پلاست تاثیر تقویت­کننده نانو رُس بدین صورت می­باشد که بیشترین مقدار افزایش در مدول الاستیسیته خمشی در 2 درصد وزنی نانو رُس حاصل می‌شود. نتایج مشابهی نیز گزارش شده است [13]. در نمونه های چوب پلاست با افزایش این مقدار، مقاومت­ها به طور معنی­دار کاهش پیدا می­کنند (جدول 4). همچنین در 6 درصد وزنی نانو رُس، مقدار مقاومت به مقدار جزئی از نمونه­های شاهد (0% نانو رُس) نیز کمتر است (شکل 1). در نمونه های چوب پلاست معمولاً با افزايش درصد رُس، ساختمان­هاي جديد درهمرفته و سپس توده­هاي رُس در نانوكامپوزيت تشكيل مي­شوند، زيرا ذرات نانو رُس به علت تشكيل اتصال قوي با ماتريس پليمر موجب افزايش مدول در كامپوزيت مي­گردند، البته پس از حد مشخصي روند افزايشي خواص با افزايش درصد رُس كُند و حتي گاهي معكوس خواهد شد. به همين دليل، نتايج نشان مي­دهد که با افزایش درصد ذرات نانو رُس، مقاومت­ها کاهش یافتند [21].

جدول 4- تجزیه واریانس متغيرها بر ميزان مدول الاستیسیته خمشی (MOE)

منبع تغييرات درجه آزادي مجموع مربعات ميانگين مربعات F (آماره آزمون) معني داري
نرمه MDF 2 694/1659381 847/829690 662/11 **000/0
نانو رُس 3 000/1091730 000/363910 115/5 **003/0
نرمه MDF * نانو رُس 6 417/57933 569/9655 136/0 ns991/0
خطا 60 000/4268660 333/71144
كل 71 111/7077705

** معني‌داري در سطح اطمينان 99 درصد، * معني‌داري با سطح اطمينان 95 درصد، ns عدم معني‌داري

پلاست نانو رس 01 300x241 - اثر افزودن نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست های ساخته شده با نرمه ­MDF­ و پلی‎پروپیلن

شکل 1- مدول الاستیسیته خمشی­(MOE) سطوح مختلف ذرات نانو رُس

در نمونه های چوب پلاست همچنین با افزایش مقدار نرمه MDF از 40% به 50% و 60% کاهش مدول الاستیسیته خمشی (MOE) مشاهده شد (شکل 2). با توجه به شکل شماره 2 اثر درصدهای مختلف ذرات نانو رُس در تیمارهای مختلف چوب پلاست نرمه MDF-پلی پروپیلن نیز مشخص است. در نمونه های چوب پلاست بیشترین مدول الاستیسیته خمشی (MOE) در مقدار  2 درصد وزنی ذرات نانو رُس حاصل می­شود که در تیمار شماره 2 بیشترین مقدار را دارد (mpa2723.17) که با نتایج گزارش منتشر شده مطابقت دارد [9،11]. در مقابل کمترین مقدار مدول الاستیسیته خمشی (MOE) مربوط به تیمار شماره 12 می‌باشد که در استفاده 6 درصدی ذرات نانو رُس حاصل گردید (mpa 1951.66).

رس 02 300x200 - اثر افزودن نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست های ساخته شده با نرمه ­MDF­ و پلی‎پروپیلن

شکل 2- مدول الاستیسیته خمشی تیمارهای مختلف

مقاومت خمشی (MOR) نیز همانند مدول الاستیسیته خمشی (MOE)، در 2 درصد وزنی ذرات نانو رُس بیشترین مقدار را نشان می­دهد (شکل3) که با افزایش از این مقدار مقاومت خمشی کاهش می یابد.

شکل شماره 3 نشان می­دهد که با افزایش درصد وزنی نرمه MDF از سطح 40% به 50% و 60% مقاومت­ها کاهش معنی‌داری را پیدا می­کنند. بیشترین مقاومت خمشی (MOR) از ترکیب 40 درصد وزنی نرمه MDF همراه با 2 درصد وزنی نانو رُس حاصل می­شود (mpa 27.66).

رس 03 300x218 - اثر افزودن نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست های ساخته شده با نرمه ­MDF­ و پلی‎پروپیلن

شکل 3- مقاومت خمشی (MOR) تیمارهای مختلف چند سازه نانو رُس-نرمه ­MDF-پلی­پروپیلن

3-2 مدول کششی (Tensile Modulus)

در نمونه های چوب پلاست با افزایش درصد وزنی نرمه­های MDF مدول کششی چوب پلاست مورد نظر کاهش پیدا کرد (شکل 4). گزارشات قبلی نیز   نیز کاهش مدول کششی را با افزایش سطوح پُرکننده (نرمه­های سمباده‎زنی سطح تخته‎خرده‎چوب) نشان داد [18]. همچنین بیشترین مقدار مدول کششی در سطح 2 درصد وزنی ذرات نانو رُس حاصل گردید. نتایج گزارش منتشر شده نیز این یافته­ها را تایید می­کند [13]. در نمونه های چوب پلاست با افزایش این مقدار، مدول کششی نمونه‌های آزمونی چوب پلاست کاهش پیدا کرد و کمترین مقدار در سطح 6 درصد وزنی ذرات نانو رُس بدست امد.

رس 04 01 300x241 - اثر افزودن نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست های ساخته شده با نرمه ­MDF­ و پلی‎پروپیلنرس 04 02.jpg 300x241 - اثر افزودن نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست های ساخته شده با نرمه ­MDF­ و پلی‎پروپیلن

شکل 4- تغییرات مدول کششی در سطوح مختلف ذرات نانو رُس و نرمه­های MDF

با توجه به شکل شماره 5 بیشترین مقدار مدول کششی از ترکیب سطح 2 درصدی ذرات نانو رُس و سطح 40 درصدی نرمه‌های MDF  حاصل می­گردد. که این مقدار برابر با mpa 4486.667 می­باشد. همچنین کمترین مقدار مدول کششی از ترکیب 6 درصدی ذرات نانو رُس و سطح 60 درصدی نرمه­هایMDF   بدست آمد (mpa 2024.667).

رس 05 300x218 - اثر افزودن نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست های ساخته شده با نرمه ­MDF­ و پلی‎پروپیلن

شکل 5- تغیرات مدول کششی تیمارهای مختلف نانو کامپوزیت­های نرمه MDF-پلی­پروپیلن

در نمونه های چوب پلاست استفاده از 2 درصدِ وزنی ذرات نانو رُس در چوب پلاست مورد نظر بیشترین مقاومت­ها را در مدول کششی، مدول الاستیسیته خمشی (MOE) و مقاومت خمشی (MOR) ایجاد کرد. اما با افزایش مقدار ذرات نانو رُس مقاومت­ها کاهش پیدا کردند. که از دلایل این کاهش مقاومت می­توان به افزایش تراکم تنش در استفاده بیش از 2 درصدی ذرات نانو رُس اشاره کرد. در نمونه های چوب پلاست همچنین کمترین مقدار مدول کششی، مدول الاستیسیته خمشی (MOE) و مقاومت خمشی (MOR) مربوط به تیمار شماره 12 می­باشد که از ترکیب 6 درصد وزنی ذرات نانو رُس همراه با سطح60 درصدی نرمه­های MDF حاصل گردید.

3-3 مقاومت به ضربه بدون فاق

در نمونه های چوب پلاست با توجه به شکل شماره 6 مشخص است که با افزایش درصد وزنی ذرات نانو رُس در نمونه­های آزمونی، مقاومت به ضربه نمونه­ها به طور معنی­دار کاهش می­یابند (جدول 5). نتایج مشابهی نیز گزارش شده است [14]. همچنین در نمونه های چوب پلاست با افزایش درصد سطوح وزنی نرمه­های MDF از 40 درصد به 50 و 60 درصد، مقاومت به ضربه نمونه‎های آزمونی کاهش می‎یابد (شکل 7).

جدول 5- تجزيه واريانس تاثير متغیرها بر مقاومت به ضربه بدون فاق

منبع تغييرات درجه آزادي مجموع مربعات ميانگين مربعات F (آماره آزمون) معني داري
نرمه MDF 2 045/2 022/1 245/73 **000/0
نانو رُس 3 923/0 308/0 042/22 **000/0
 نرمه MDF * نانو رُس 6 137/0 023/0 636/1 ns153/0
خطا 60 838/0 014/0
كل 71

** معني داري در سطح 1درصد، * معني داري در سطح 5 درصد، ns عدم معني داري

رس 06 300x241 - اثر افزودن نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست های ساخته شده با نرمه ­MDF­ و پلی‎پروپیلن

شکل 6- تغییرات مقاومت به ضربه سطوح مختلف نانو رُس

با توجه به نمونه های چوب پلاست همان طور که در شکل شماره 7 مشخص است، بیشترین مقاومت­ها در سطوح وزنی 40% نرمه­های MDF حاصل گردیده است. بطور کلی بیشترین مقاومت به ضربه (J/cm² 26/1)، از ترکیب 40 درصد وزنی نرمه­های MDF بدون استفاده از ذرات نانو رُس حاصل ­گردید.

رس07 300x218 - اثر افزودن نانو رُس بر خواص مکانیکی چوب پلاست های ساخته شده با نرمه ­MDF­ و پلی‎پروپیلن

شکل 7- تغییرات مقاومت به ضربه تیمارهای مختلف چوب پلاست نانو رُس- نرمه MDF-پلی­پروپیلن

در نمونه های چوب پلاست با افزایش مقدار الیاف (نرمه MDF)، مقاومت­ها کاهش پیدا کردند. این کاهش مقاومت مستقیماً به کاهش چسبندگی بین الیاف و ماده ترموپلاستیک مصرفی مربوط می­باشد. اصولاً به خاطر طبیعت غیر قطبی پلاستیک و طبیعت قطبی الیاف چوب و عدم ایجاد اتصالات شیمیایی در مواد مرکب چوب پلاست با مقادیر بالای پرکننده، پلاستیک نقش چسب را برای اتصال ذرات چوبی به هم ایفا می­کند. همچنین به همراه کاهش درصد پلاستیک، مقدار این اتصالات نیز کاهش خواهد یافت که در نتیجه آن مقاومت­های مکانیکی کاهش می­یابد [18].

  1. نتیجه­گیری

در این پژوهش، تاثیر سطوح مختلف ذرات نانو رُس بر مقاومت­های مکانیکی چوب پلاست نرمه MDF-پلی­پروپیلن بررسی شد. بر اساس نتایج مشخص گردید که استفاده از سطح 2 درصد وزنی ذرات نانو رُس بیشترین تاثیر مثبت را در مقاومت­ خمشی، مدول خمشی و مدول کششی نمونه­های آزمونی دارد که با افزایش این مقدار، مقاومت­ها کاهش پیدا می­کند. در نمونه های چوب پلاست بطور کلی ذرات نانو رُس به عنوان تقويت­كننده به دلیل داشتن ضریب ظاهری بالا موجب مي­شوند سطح مشترك بين دو فاز افزايش پيدا كند [11]. همچنین نتایج نشان داد در نمونه های چوب پلاست با افزایش درصد وزنی نرمه­های MDF مقاومت­ خمشی، مدول خمشی، مدول کششی و مقاومت به ضربه بدون فاق نمونه­های آزمونی کاهش می­یابد.

در نمونه های چوب پلاست با توجه به اينكه ذرات نانو رُس نواحي تمركز تنش و نقاط شروع شكست را ايجاد مي­كنند، در نتيجه با افزايش مقدار نانو رُس، ميزان مقاومت به ضربه كامپوزيت كاهش مي­يابد. از اين رو افزايش مقدار نانو رُس مناطقي را در ماتريس پليمري به وجود مي­آورد كه موجب تمركز بيشتر تنش شده و رشد ترك را از آن ناحيه آغاز مي‎كند [14].

در نمونه های چوب پلاست همچنین نتایج بدست آمده نشان داد که با توجه به افزایش مقاومت‎ها با وجود مقدار مصرف کم ذرات نانو رُس، در دانسیته نمونه­ها تغییر چندانی مشاهده نشد. این مسئله به دلیل ایجاد اتصالات بسیار قوی بین صفحات پخش شده با ابعاد نانو و ماتریس پلیمر است [20].

  1. مراجع
  2. Mehrabzadeh, M., Kamal, M.R., Effects of Different Types of Clays and Maleic Anhydride Modified Polystyrene on Polystyrene/Clay Nanocomposites, Iranian Journal of Polymer Science and Technology., 2, 151-157.
  3. M, D.De Kee. Wood/polymer/nanoclay composites, environmentally friendly sustainable technology: A review. Chemical engineering research and design., 86, 1083–1093. 2008.
  4. R. G. use of wood fibers as a filler in polyethylene studies on mechanical properties. Plastics rubber processing and applications. Vol 11. No 4. 1998.
  5. J. E. Stark. N. M. Consideration in recycling of wood plastic composite. 2004.
  6. Klyosov, Anatole. book of wood-plastic composite, published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. 1 .726 page. 2007.
  7. P, Pollet. E, Avérous. L., Nano-biocomposites: Biodegradable polyester/nanoclay systems. Progress in Polymer Science., 34, 125–155. 2009.
  8. A, Ashori. A., Influence of Nanoclay and Coupling Agent on the Physical and Mechanical Properties of Polypropylene/Bagasse Nanocomposite. Applied Polymer Science., 112, 1386–1390. 2009.
  9. B., Pursang. F., Sonbolestan. S.E., Preparation of Polyurethane/Clay Nanocomposites: Investigating the Dispersion of Organoclays in PTMEG, Iranian Journal of Polymer Science and Technology., 3, 247-255. 2006.
  10. Chowdhury, F.H, M.V, Hosur., S. Jeelani. Studies on the flexural and thermo mechanical properties of woven carbon/nanoclay-epoxy laminateds. Material Science and Engineering A, 421, 298-306. 2006.
  11. Wan, L., K, Wang., L, Chen., Y, Zhang., C, He. Preparation, morphology and thermal/mechanical properties of epoxy/nanoclay composite. Composite Part A: Applied Science and Manufacturing. 11. 1890-1896. 2005.
  12. Wu, Q., Lei, Y., Clemons, C.M., Yao, F., Xu, Y., and Lian, K. Properties of HDPE/Clay/Wood Nanocomposites, Journal of Plastic Technology., 2, 108-115pp. 2007.
  13. Han, G., Lei, Y., Wu, Q., Kojima, Y. and Suzuki, S. Bamboo–fiber filled high density polyethylene composites; effect of coupling treatment and nanoclay. Journal of Polymer Environment., 21, 1567-1582. 2008.
  14. Yeh, S., Ortiz, D., Al-Mulla, A. and Gupta, R., Mechanical and thermal properties of wood/layered silicate/plastic composites, In Proceedings of the 8th International Conference on Wood fiber-Plastic Composites. (Society of plastic engineers, Wisconsin, MI). 2005.
  15. B, Investigation on the effects of nanoclay particles on mechanical properties of wood polymer composite made of high density polyethylene-wood flour, Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 1, 91-101. 2010.
  16. Feyz. E, Y, Esfandeh. M, Jafari. S.H., Flame Retardant Hybrid System of Triphenyl Phosphate/Nanoclay in Evaluation of Flammability and Mechanical Properties of PC/ABS Compound. Iranian Journal of Polymer Science and Technology., 6, 475-485. 2011.
  17. M, Nadalizadeh. H, Ansell. M. P., Withdrawal strength of fasteners in rice straw fibre-thermoplastic composites under dry and wet conditions, Polymer Testing, 28 301–306. 2009.
  18. British Standard. Wood-plastics Composites (چوب پلاست) – Part 1: Test Methods for Characterization of چوب پلاست Materials and Products; 2007.
  19. A.A, Karimi. A.N, Tajvidi. M., Study on mechanical properties of composite made from sander dust of particleboard-polypropylene, Iranian Journal of Wood and Paper Science Research., 1, 58-68. 2009.
  20. Chaharmahali, M., M. Tajvidi, S. Kazemi Najafi. Mechanical Properties of Wood Plastic Composite Panels Made From Waste Fiberboard and Particleboard, Polymer Composites, 10, 606-610. 2008.
  21. Esmizadeh, E., Naderi, G., Ghoreishy, M.H.R., Bakhshandeh, G.R. Effect of Mixing Conditions on Mechanical and Physical Properties of Nanocomposites Based on NBR/PVC/Nanoclay, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, 4, 293-304. 2010.
  22. Samal, S.K., Nayak, S. and Mohanty, S. Polypropylene Nanocomposites: Effect of organo-modified layered silicates on mechanical, thermal and morphological performance. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2, 243-263pp. 2008.
پژوهش: آرش چاوشی

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید