بررسی تاثیر نوع فرایند اختلاط بر خواص فیزیکی و مکانیکی چوب پلاست نرمه ام دی اف-پلی­ پروپیلن

پژوهش: آرش چاوشی

بخش سوم (پایانی)

(این پژوهش در 3 بخش ارائه میگردد و ترتیب خواندن اهمیت دارد)

3-2 خواص فیزیکی چوب پلاست

3-2-1 میزان جذب آب پس از 2 و 24 ساعت غوطه­وری چوب پلاست

در نمونه های چوب پلاست های تولیدی جدول شماره 4 نتايج آناليز واریانس یک طرفه، جهت بررسي اثر متغير نرمه MDF را نشان مي‌دهد. براساس نتايج آناليز واريانس یک طرفه مشخص گرديد که اثر مستقل متغير نرمه MDF با سطح اطمينان 99 درصد، تاثير کاملاً معني‌داري بر میزان جذب آب پس از 2 و 24 ساعت غوطه­وری نمونه ­های چوب پلاست چوب پلاست­ های ساخته شده با روش ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط دارد.

جدول 4- تجزیه واریانس یک طرفه متغیر نرمه MDF بر میزان جذب آب 2 و 24 ساعت غوطه­وری

منبع تغييرات		درجه آزادي	مجموع مربعات		ميانگين مربعات		F (آماره آزمون)		معني­داري
			2 ساعت	24 ساعت	2 ساعت	24 ساعت	2 ساعت	24 ساعت	2 ساعت	24 ساعت
نرمه MDF	ذوب- مخلوط	2	734/22	17/151	367/11	585/75	311/10	702/56	**002/0	** 000/0
	خشک- مخلوط	2	001/132	394/162	66	197/81	292/133	92/77	**000/0	**000/0
خطا	ذوب- مخلوط	15	536/16	995/19	102/1	333/1
	خشک- مخلوط	15	427/7	631/15	495/0	042/1
كل	ذوب- مخلوط	17	27/39	166/171
	خشک- مخلوط	17	428/139	025/178

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

با توجه به شکل شماره (6) کاملاً مشخص است که در چوب پلاست های ساخته شده با افزایش سطوح وزنی نرمه­های MDF میزان جذب آب در هر دو نوع روش اختلاط (ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط) افزایش می­یابد، که این افزایش با توجه به جدول شماره (4) کاملاً معنی­دار است. همچنین در چوب پلاست های ساخته شده با توجه به شکل مشخص است که میزان جذب آب در روش اختلاط خشک- مخلوط نسبت به روش اختلاط ذوب- مخلوط بیشتر است.

شکل 6- تاثیر نوع روش ساخت در سطوح مختلف نرمه MDF بر میزان جذب آب 2 و 24 ساعت غوطه­وری

3-2-2 میزان واکشیدگی ضخامت پس از 2 و 24 ساعت غوطه­وری چوب پلاست

براساس نتايج آزمون آماري t كه نمونه­های چوب پلاست چوب پلاست ­های ساخته شده با روش ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط با يكديگر مقايسه شدند مشخص گرديد، اختلاف معني‌داري با سطح اطمينان 99 درصد در افزايش میزان واکشیدگی ضخامت (2 و 24 ساعت غوطه­وری) بين نمونه­های چوب پلاست چوب پلاست ­های ساخته شده با روش ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط وجود دارد. در جدول شماره (5) نتايج آماري آزمون t بين روش اختلاط ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط آمده است.

جدول 5- نتايج آزمون t مستقل جهت مقايسه ميزان واکشیدگی ضخامت در چوب پلاست های با روش ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط

	درجه آزادي	t	معني‌داري
واکشیدگی ضخامت 2 ساعت غوطه­وری	206/17	341/6-	000/0
واکشیدگی ضخامت 24 ساعت غوطه­وری	942/17	689/9-	000/0

شکل شماره (7) تغیرات میزان واکشیدگی ضخامت را در سطوح مختلف نرمه MDF در چوب پلاست های ساخته شده را نشان می­دهد که با توجه به شکل کاملاً مشخص است بیین سطوح مختلف نرمه MDF اختلاف وجود دارد که با افزایش درصد وزنی نرمه­های MDF، میزان واکشیدگی ضخامت افزیش پیدا می­کند. در چوب پلاست های ساخته شده همچنین کاملاً مشخص است که میزان واکشیدگی ضخامت در روش ذوب- مخلوط نسبت به روش اختلاط خشک- مخلوط کمتر است که این تاثیر (نوع روش ساخت) با توجه به جدول شماره (5)، با سطح اطمینان 99 درصد کاملاً معنی­دار می­باشد.

شکل 7- تاثیر نوع روش ساخت جوب پلاست در سطوح مختلف نرمه MDF بر میزان واکشیدگی ضخامت 2 و 24 ساعت غوطه­وری

1. بحث و نتیجه ­گیری

نتایج بدست آمده نشان داد که خواص مکانیکی و فیزیکی چوب پلاست نرمه MDF-پلی­پروپیلن با توجه به نوع روش ساخت (ذوب-مخلوط و خشک-مخلوط) دارای تفاوت می­باشند که این مقدار در روش ذوب-مخلوط برای مقاومت­های مکانیکی بیشتر و برای خواص فیزیکی کمتر بودند. با افزایش درصد وزنی نرمه­های MDF در چوب پلاست نرمهMDF-پلی­پروپیلن، مدول الاستیسیته خمشی (MOE)، مقاومت خمشی (MOR)، مدول الاستیسیته کششی، مقاومت کششی و قدرت نگهداری پیچ و میخ عمود بر سطح نمونه‎های چوب پلاست کاهش پیدا کردند.. این کاهش مقاومت‌ها را می­توان به تضعیف اتصال میان مواد لیگنوسلولزی و ماده ترموپلاستیک به دلیل کاهش مقدار استفادۀ ماده ترموپلاستیک نسبت داد. میزان کاهش مقاومت‏ها در فرایند اختلاظ خشک-­مخلوط بیشتر از روش دیگر بود که می­توان این کاهش مقاومت­ها را به شکل پلیمر مصرفی (گرانول بودن) در فرایند خشک-مخلوط نسبت داد. در سطح شکست نمونه­های چوب پلاست فرایند خشک-مخلوط، پلیمرهای ذوب نشده بصورت گرانول­های ریز قابل مشاهده بود، که نشان دهنده ترکیب نشدن مناسب نرمه­های MDF با مواد ترموپلاستیک می‎باشد. استفاده از پلیمر (پلی­پروپیلن) به شکل گرانول و ابعاد ریز نرمه­های MDF و همچنین فرایند خشک-مخلوط از دلایل اختلاط نامناسب مواد با یکدیگر می­باشد. این نتایج به ترتیب در شکل شماره (8) و (9) که از سطح شکست نمونه­های چوب پلاست توسط دستگاه FE-SEM گرفته شده است، قابل مشاهده است.

شکل 8- تصویر FE-SEM نمونه چوب پلاست سطح 50% نرمه MDF چوب پلاست نرمه MDF-پلی­پروپیلن (فرایند خشک-مخلوط)

شکل 9- تصویر FE-SEM از نمونه چوب پلاست سطح 40% نرمهMDF  چوب پلاست نرمهMDF -پلی­پروپیلن (فرایند خشک-مخلوط)

دلایل افزایش خواص فیزیکی و مکانیکی چوب پلاست نرمهMDF-پلی­پروپیلن در روش اختلاط ذوب-مخلوط را می­توان به نوع پروسه تولید نسبت داد. در نتیجه از آنجایی که ابعاد ذرات نرمه MDF بسیار کوچک می­باشند، در حین پروسه تولید نیاز به اختلاط مناسب و پوشش­دهی کامل پلیمر دارند. اما این اختلاط در سطوح وزنی بالای نرمه MDF به صورت کامل صورت نگرفته است. شکل (10) و (11) تصاویر FE-SEM را از تیمارهای سطوح 40 و 60 درصد وزنی چوب پلاست نرمهMDF -پلی‎پروپیلن را نشان می­دهد. با توجه به شکل مشخص است که در سطح 40 درصد وزنی نرمهMDF، سطح الیاف با فاز پلیمری بصورت بهینه­تری ترکیب شده است. اما در سطح 60 درصد وزنی نرمه MDF سطوح الیاف که پوشش‎دهی مناسبی از پلیمری در آنها صورت نگرفته است، مشخص است.

شکل 10- تصویر FE-SEM از نمونه­ چوب پلاست سطح 40 درصد وزنی نرمهMDF (فرایند ذوب-مخلوط)

شکل 11- تصویر FE-SEM از نمونه­ چوب پلاست سطح 60 درصد وزنی نرمه MDF (فرایند ذوب-مخلوط)

بیشترین میزان تفاوت در نوع فرایند تولید چوب پلاست (ذوب-مخلوط و خشک-مخلوط) مربوط به خواص فیزیکی نمونه­های چوب پلاست بودند به طور کلی با توجه به ابعاد ریز نرمه­های MDF، نمونه­های چوب پلاست ساخته شده به روش ذوب-مخلوط خواص فیزیکی و مکانیکی بهتری در مقایسه با روش خشک-مخلوط از خود نشان دادند که مهمترین دلیل آن، اختلاط مناسبتر فاز پرکننده (نرمه MDF) و فاز زمینه (پلی‎پروپیلن) در فرایند ذوب-مخلوط نسبت به فرایند خشک-مخلوط بود.

2. منابع

• Adhikary, Kamal B., Shusheng Pang, and Mark P. Staiger. “Dimensional stability and mechanical behaviour of wood–plastic composites based on recycled and virgin high-density polyethylene (HDPE).” Composites: Part B, no. 39 (2008): 807–815.
• Anatole A.Klyosov, 2007, book, wood-plastic composite, published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey.726 page.
• Bengtsson, M. Baillif, M. L. Oksman, K. Extrusion and mechanical properties of highly filled cellulose fibre–polypropylene composites. Composites: Part A 38 (2007) 1922–1931
• Bledzki AK, Faruk O. Extrusion and injection moulded microcellular wood fibre reinforced polypropylene composites. Cell Polym 2004; 23(4): 211–27.
• British Standard. Wood-plastics Composites (چوب پلاست) – Part 1: Test Methods for Characterization of چوب پلاست Materials and Products; 2007.
• Clemons CM, Ibach RE. Effects of processing method and moisture history on laboratory fungal resistance of wood-HDPE composites. Forest Prod J 2004; 54(4):50–7.
• Crookston, K. A. Mark Young, T. Harper, D. Guess, F. M. Statistical reliability analyses of two wood plastic composite extrusion processes. Reliability Engineering and System Safety 96 (2011) 172–177.
• Dominkovics, Danyadi, L. Pukanszky, B. Surface modification of wood flour and its effect on the properties of PP/wood composites. Composites: Part A 38 (2007) 1893–1901
• El-Haggar, Salah M. and Kamel, Mokhtar A. Wood Plastic Composites. Advances in Composite Materials – Analysis of Natural and Man-Made Materials. 2011. 325-344
• Madhoushi, M. Nadalizadeh,. H. Ansell, M. P. Withdrawal strength of fasteners in rice straw fibre-thermoplastic composites under dry and wet conditions, Polymer Testing 28 (2009) 301–306
• Michaeli W, Menges G. Prediction of product properties in extrusion and injection molding. Adv Polym Tech 1989; 9(1):69–85
• Migneault, S. Koubaa, A. Erchiqui, F. Chaala, A. Englund, K. Wolcott d, M. P. 2009. Effects of processing method and fiber size on the structure and properties of wood–plastic composites. Composites: Part A 40. 80–85.
• Rocha, N. Kazlauciunas, A. Gil, M.H. Gonçalves, P.M. Guthrie. J.T. Poly (vinyl chloride)–wood flour press mould composites: The influence of raw materials on performance properties. Composites: Part A 40 (2009) 653–661
• Singh, S. Mohanty, A.K. Wood fiber reinforced bacterial bioplastic composites: Fabrication and performance evaluation. Composites Science and Technology. 67 (2007) 1753–1763
• Stark, NM. Effect of weathering cycle and manufacturing method on performance of wood flour and high-density polyethylene composites. J Appl Polym Sci 2006; 100:3131–40.
• Valente, M. Sarasini, F. Marra, F. Tirillo, J. Pulci, G. 2011. Hybrid recycled glass fiber/wood flour thermoplastic composites: Manufacturing and mechanical characterization. Composites: Part A 42 649–657
• Wechsler, A. Hiziroglu, S. Some of the properties of wood–plastic composites. Building and Environment 42 (2007) 2637–2644
• Yeh, S. Gupta, R. K. Improved wood–plastic composites through better processing. Composites: Part A 39 (2008) 1694–1699
• Yeh, Shu-Kai, Sushant Agarwal, and Rakesh K. Gupta. “Wood–plastic composites formulated with virgin and recycled ABS.” Composites Science and Technology, no. 69(2009): 2225–2230.
• Stark NM, Matuana LM, Clemons CM. Effect of processing method on surface and weathering characteristics of wood-flour/HDPE composites. J Appl Polym Sci 2004;93:1021–30.