بررسی تأثیر دمای اختلاط بر خواص مکانیکی و حرارتی کامپوزیت آرد چوب نوئل و پلی‌اتیلن بازیافتی

ابراهیم پور کاسمانی, جعفر; ثمریها, احمد; خاکی فیروز, علیرضا

doi:10.22092/ijwpr.2025.370499.1812

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشیار، گروه مهندسی چوب و کاغذ، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران

² گروه علوم مهندسی، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران

³ پژوهشکده شیمی و پتروشیمی، گروه پژوهشی بسته بندی و سلولزی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران

https://doi.org/10.22092/ijwpr.2025.370499.1812

چکیده

بیان مسئله و اهداف: با توجه به افزایش روزافزون توجه به کامپوزیت‌ها در صنایع مختلف، بررسی و بهبود خواص مکانیکی و حرارتی این مواد اهمیت ویژه‌ای دارد. با توجه به مشکلات زیست‌محیطی ناشی از استفاده از مواد سنتزی، استفاده از مواد طبیعی و تجدیدپذیر مانند آرد چوب نوئل در ترکیب با پلیمری مثل پلی‌اتیلن بازیافتی می‌تواند راه‌حلی مؤثر برای تولید مواد پایدار و سازگار با محیط‌زیست باشد. این تحقیق باهدف بررسی تأثیر دمای اختلاط بر خواص مکانیکی و حرارتی کامپوزیت حاصل از آرد چوب نوئل و پلی‌اتیلن بازیافتی انجام شد. دما به‌عنوان یکی از پارامترهای کلیدی در فرایند تولید کامپوزیت‌ها، می‌تواند تأثیر زیادی بر خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی آن‌ها داشته باشد. در این راستا، بررسی تأثیر دما بر رفتار مکانیکی و حرارتی این کامپوزیت می‌تواند به توسعه محصولات جدید و بهبود عملکرد آن‌ها در صنایع مختلف کمک کند.
مواد و روشها: استفاده از آرد چوب به‌عنوان ماده طبیعی و تجدیدپذیر، در کنار پلی‌اتیلن بازیافتی، می‌تواند به توسعه محصولاتی سبز و پایدار کمک کند. برای این منظور، پلی‌اتیلن (در سطح ثابت 50 درصد)، آرد چوب نوئل (در سطح ثابت 50 درصد)، دمای پرس تزریق (150، 170 و 190 درجه سانتی‌گراد) و انیدرید مالئیک پیوند داده‌شده با پلی‌پروپیلن (در سطح ثابت 3 درصد) به‌وسیله اکسترودر دو ماردونی (دو مارپیچه) با یکدیگر مخلوط شدند. در این پژوهش، نمونه‌های آزمونی استاندارد با استفاده از روش قالب‌گیری تزریقی ساخته شدند. خواص مکانیکی شامل مقاومت کششی و خمشی، مدول‌کششی و خمشی و مقاومت به ضربه فاق‌دار اندازه‌گیری و ارزیابی گردیدند. علاوه بر این، خواص حرارتی و آتش‌گیری نمونه‌ها نیز بررسی شد.
نتایج: نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که افزایش دمای پرس از 150 به 190 درجه سانتی‌گراد، باعث افزایش در مقاومت و مدول‌کششی و خمشی نمونه‌ها به ترتیب برابر با 8، 9/3، 7/5 و 4/6 شده است. مقاومت به ضربه فاق‌دار 3/0 درصد کاهش یافت. این تغییرات نشان‌دهنده تأثیر دما بر رفتار مکانیکی و توانایی این کامپوزیت در برابر بارهای مختلف است. علاوه بر این، با افزایش دمای تزریق، ثبات حرارتی تغییرات زیادی نداشت و میزان خاکستر باقی‌مانده نیز به ترتیب برابر با 96/10، 96/10، 92/11 و 56/0 درصد بود. این نتایج نشان‌دهنده این است که حتی با تغییر دما، پایداری حرارتی کامپوزیت چندان تحت تأثیر قرار نگرفته و میزان خاکستر باقی‌مانده ثابت مانده است.
نتیجه گیری: نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که دمای اختلاط به‌طور مستقیم بر خواص مکانیکی و حرارتی کامپوزیت حاصل از آرد چوب نوئل و پلی‌اتیلن بازیافتی تأثیر می‌گذارد. افزایش دما می‌تواند به بهبود عملکرد نهایی این نوع کامپوزیت‌ها در کاربردهای مختلف، ازجمله بسته‌بندی و صنعت خودروسازی، کمک کند. انتخاب صحیح دما و ترکیب مواد، می‌تواند به توسعه محصولاتی با ویژگی‌های مطلوب و عملکرد بالا منجر شود. به‌طورکلی، این تحقیق بر اهمیت دما در طراحی و بهینه‌سازی کامپوزیت‌ها تأکید دارد و می‌تواند به‌عنوان یک مبنای علمی برای توسعه مواد جدید و پایدار در آینده مورد استفاده قرار گیرد. بررسی‌های بعدی می‌تواند شامل ارزیابی دقیق‌تر اثرهای دما بر دیگر خواص فیزیکی و شیمیایی این کامپوزیت باشد تا به درک بهتری از رفتار آن‌ها در شرایط مختلف برسیم.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

چوب پلاستیک

مراجع

-Adhikary, K.B., Pang, S. & Staiger, M.P., 2008. Dimensional stability and mechanical behavior of wood–plastic composites based on recycled and virgin high-density polyethylene (HDPE). Composites Part B: Engineering, 39 (5), 807-815. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2007 .10.005

-Ayrilmis, N., Jarusombuti, S., Fueangvivat, V. & Bauchongkol, P., 2011. Effect of thermal-treatment of wood fibres on properties of flat-pressed wood plastic composites. Polymer Degradation and Stability, 96(5), 818-822. https://doi.org/10.1016/j. polymdegradstab.2011.02.005

-Cabrera, F. C. (2021). Eco‐friendly polymer composites: A review of suitable methods for waste management. Polymer Composites, 42(6), 2653-2677. https://doi.org/10.1002/pc.26033

-Goodship, V., 2007. Introduction to plastics recycling: iSmithers Rapra Publishing.

-Faruk, O., Bledzki, A. K., Fink, H. P., & Sain, M. (2012). Biocomposites reinforced with natural fibers: 2000–2010. Progress in polymer science, 37(11), 1552-1596. https://doi.org/10. 101 6/j.progpolymsci. 2012.04.003

-Friedrich, D., 2021. Thermoplastic moulding of Wood-Polymer Composites (WPC): A review on physical and mechanical behaviour under hot-pressing technique. Composite Structures, 262, 113649. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113649

-Jayamani, E. & Balakrishnan, V., 2021. Thermal Properties and Flammability of Wood Plastic Composites. In Wood Polymer Composites: Recent Advancements and Applications (pp. 161-178). Singapore: Springer Singapore. https://doi.org/ 10. 1007/978-981-16-1606-8_8

-Kazemi, Y., Cloutier, A. and Rodrigue, D., 2013. Mechanical and morphological properties of wood plastic composites based on municipal plastic waste. Polymer composites, 34(4): 487-493. https://doi. org/10.1002/pc.22442

-Kiliaris, P. and Papaspyrides, C.D., 2010. Polymer/ layered silicate (clay) nanocomposites: an overview of flame retardancy. Progress in polymer science, 35(7), 902-958. https://doi.org/10.1016/j. progpolymsci.2010.03.001

-Maake, T., Asante, J.K., Mhike, W. and Mwakikunga, B., 2025. Fire-Retardant Wood Polymer Composite to Be Used as Building Materials for South African Formal and Informal Dwellings-A Review. Fire, 8(2), 81. https://doi.org/10.3390/ fire 8020081

-Migneault, S., Koubaa, A., Erchiqui, F., Chaala, A., Englund, K., Krause, C. and Wolcott, M., 2020. "Effects of processing method and fiber size on the structure and properties of wood-plastic composites." Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 130, 105767. https://doi.org/ 10.1016/j.compositesa.2008.10.004

-Najafi, S.K., 2013. Use of recycled plastics in wood plastic composites–A review. Waste management, 33(9): 1898-1905. https://doi.org/10.1016/j.wasman. 2013.05.017

-Ramli, R.A., 2024. A comprehensive review on utilization of waste materials in wood plastic composite. Materials Today Sustainability, 27, 100889. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2024. 100 889

-Stark, N.M. and Rowlands, R.E., 2003. Effects of wood fiber characteristics on mechanical properties of wood/polypropylene composites. Wood and fiber science. 35(2): 167-174.

-Turku, I., Kärki, T. & Puurtinen, A., 2018. Durability of wood plastic composites manufactured from recycled plastic. Heliyon, 4(3). https://doi.org/ 10.10 16/j. heliyon.2018.e00559

-Yang, H., Yan, R., Chen, H., Lee, D.H. and Zheng, C., 2007. Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis. Fuel, 86(12-13),1781-1788. https:// doi.org/10.1016/j.fuel.2006.12.013

-Yeh, S.K., Agarwal, S. and Gupta, R.K., 2009. Wood–plastic composites formulated with virgin and recycled ABS. Composites Science and Technology, 69(13), 2225-2230. https://doi.org/ 10. 1016/j.compscitech.2009.06.007

تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران

بررسی تأثیر دمای اختلاط بر خواص مکانیکی و حرارتی کامپوزیت آرد چوب نوئل و پلی‌اتیلن بازیافتی

مراجع

مراجع

دوره 41، شماره 1 - شماره پیاپی 94
فروردین 1405
صفحه 1-14

بررسی تأثیر دمای اختلاط بر خواص مکانیکی و حرارتی کامپوزیت آرد چوب نوئل و پلی‌اتیلن بازیافتی

مراجع

مراجع

دوره 41، شماره 1 - شماره پیاپی 94فروردین 1405صفحه 1-14

دوره 41، شماره 1 - شماره پیاپی 94
فروردین 1405
صفحه 1-14