بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق با هدف بررسی استفاده از خاکستر درخت بلوط به عنوان پرکننده و تاثیر آن بر خصوصیات مکانیکی کامپوزیت چوب پلاستیک حاصل از آرد چوب نراد، پلیپروپیلن، انیدریدمالئیک پلیپروپیلن انجام گردید. بدین منظور از آردچوب نراد بعنوان فاز طبیعی و پلیپروپیلن بهعنوان فاز مصنوعی با نسبت 50 به 50 درصد وزن تخته، خاکستر بهعنوان پرکننده در چهار سطح 0 - ، 10، 15، - 25 درصد وزنی نسبت به ماده چوبی به همراه آرد چوب نراد به عنوان فاز طبیعی و همچنین انیدریدمالئیک پلیپروپیلن به میزان 3 درصد در تمامی ترکیبات که نسبت به پلیپروپیلن میباشد، مورد استفاده قرار گرفت. فرآیند اختلاط مواد توسط دستگاه مخلوطکن داخلی صورت گرفت و پس از خروج مخلوط مواد از دستگاه و آسیاب آنها، جهت ساخت نمونههای آزمونی به دستگاه قالب گیری تزریقی منتقل شد. سپس آزمون مقاومت خمشی و مدول خمشی بر روی نمونهها مطابق با استاندارد ASTMانجام گردید. نتایج نشان داد که نمونههای حاوی%15 ذرات خاکستر دارای بهترین مقاومت خمشی و مدول خمشی میباشد. از طرفی دیگر نیز با افزایش درصد خاکستر از %15 به %25 درصد از این مقاومتها در چند سازه ساخته شده کاسته شد.
کلمات کلیدی: پلیپروپیلن، مخلوط کن داخلی، مقاومت خمشی، خاکستر، انیدریدمالئیک پلیپروپیلن.
مقدمه
با توجه به اهمیت و رشد روز افزون کامپوزیتهای چوب پلاستیک، پژوهشهای زیادی در مورد بررسی خواص چوب پلاستیک انجام شده است. به همین دلیل امکان تولید انواع کامپوزیتهای کاملا جدید از منابع مختلف یا ترکیب کردن آنها به وجود آمده است، که در طی سالیان اخیر، استفاده از الیاف طبیعی به عنوان تقویت کننده و یا پرکننده در ساخت کامپوزیتهای پلیمری - چوب پلاستیک - مورد توجه صنایع و پژوهشگران قرار گرفته است 7]و.[5 در راستای محدودیتهای گسترش روز افزون چندسازههای چوب-پلاستیک، میتوان به بررسی ضعیف بودن آنها در مقابل بارهای مکانیکی و همچنین به بررسی هزینه پرداخت، که در راستای مقامت، این ضعف از ماهیت متفاوت دو فاز چوب و پلاستیک میباشد، به طوری که ماده چوبی طبیعت آب دوست و ماتریس پلیمری طبیعتی آب گریز دارد[1]، همچنین در راستای هزینه با افزایش نسبی قیمت پلاستیکها در چند سال گذشته، افزودن آرد چوب و پرکنندههای طبیعی به منظور کاهش هزینهها در صنعت پلاستیک و در برخی موارد افزایش تولید، مورد توجه قرار گرفته.[6]
با توجه به ترکیب شیمیایی خاکستر که حاوی مقدار زیادی سیلیس است، از مخلوط کردن آن با مواد لیگنوسلولوزی یک نوع ماده چسباننده هیدرولیکی ساخته میشود که باعث افزایش مقاومتهای اتصالات است .[3] به همین خاطر امروزه جهت رفع بسیاری از این مشکلات رویکردهای جدیدی از جمله استفاده از پرکنندههای متنوع مورد توجه قرار گرفته است. که در این تحقیق از پرکنندههای معدنی دیگر همچون خاکستر چوب نیز استفاده شد، و میزان اثر گذاری این پرکننده را بر مقاومتهای مکانیکی کامپوزیت چوب پلاستیک مورد ارزیابی قرار گرفت. بنابراین با توجه به اهمیت موضوع و ناشناخته بودن ساز و کار این مواد، بسیاری از مسایل از جمله پرداختن تاثیر و نوع پرکننده به خواص مکانیکی کامپوزیتهای چوب-پلاستیک نیاز به مطرح شدن دارد و انجام این تحقیق را ضروری میسازد.
مواد و روشها
در این تحقیق از آرد چوب نراد به میزان 50 درصد وزن تخته آزمایشگاهی به عنوان پرکننده و از پلیپروپیلن بهعنوان فاز زمینه مورد استفاده قرار گرفت که این پلیمر محصول پتروشیمی تبریز با درجه جریان مذاب 6 gr /10 min - درجه حرارت 190 درجه سانتیگراد و وزن 2/164 کیلوگرم - و به نام اختصاصی پلینار تبریز با درجه SI-060 میباشد. خاکستر چوب بلوط که از جنگلهای بلوط زاگرس مرکزی واقع در استان چهارمحال و بختیاری تهیه شده به عنوان پرکننده مورد استفاده قرارگرفت، از MAPP که پلیپروپیلن اصلاحشده با انیدریدمالئیک است بهعنوان سازگارکننده یا عامل جفتکننده با شاخص جریان مذاب - 2/16 kg 230° c - و میزان مالئیک انیدرید %1/6-0/2، با نام تجاری PGW203 از محصولات شرکت Slovay کشور بلژیک مورد استفاده قرار گرفت.
فرآیند اختلاط مواد و ساخت نمونههای آزمونی استاندارد
فرآیند اختلاط مواد مطابق جدول 1در ابتدا مواد به صورت دستی مخلوط و سپس به درون محفظه دستگاه ریخته شدند. دمای اکسترودر 90 درجه سانتیگراد میرسید، و سرعت دورانی مارپیچه 70 rpm و سرعت خروج مواد از دستگاه 2 m/min میباشد. فرایند اختلاط مواد توسط دستگاه اکسترودر دو ماردونه ناهمسوگرد واقع در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران انجام شد. پس از سرد شدن بهمنظور تهیه گرانول وارد دستگاه خردکن گردیدند. به منظور خرد کردن مواد خنک خارج شده از دستگاه اکسترودر و تبدیل آنها به گرانول، از آسیاب نیمه صنعتی شرکت Wieser مدل WG-LS 200/200 ساخت کشور آلمان واقع در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران استفاده شد.
نمونههای مربوط به آزمونهای مکانیکی به روش قالب گیری تزریقی ساخته شدند، برای این منظور از دستگاه تزریق نیمه صنعتی ساخت شرکت ایمن ماشین تهران، موجود در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران استفاده شد. مواد لیگنوسلولزی خشک شده و ماده پلی پروپیلن به همراه مواد سازگارکننده با نسبت درصد وزنی مورد نظر مطابق جدول1 برای ساخت تخته ها مخلوط شدند. هر یک از اختلاط ها - ترکیب ها - بر اساس نوع ماده لیگنوسولزی و مقدار ماده سازگارکننده شماره گذاری شدند. دمای سیلندر تزریق در ناحیه اول دستگاه 150، در ناحیه دوم 160 و در ناحیه سوم دستگاه 170 درجه سانتیگراد بود. دمای قالب 40 oC، فشار تزریق 10MPa و زمان دوره تزریق کمتر از 20 ثانیه در نظر گرفته شد. . ابتدا پلیمر داخل دستگاه ریخته شد و پس از ذوب کامل پلیمر، مواد لیگنوسلولزی و ماده سازگارکننده طبق شرایط اختلاط اضافه شدند.
اندازه گیری خواص مکانیکی
آزمون خمش مطابق با استاندارد ASTM آییننامه D790 و با سرعت بار گذاری 2mm/min بر روی نمونهها صورت پذیرفت. برای این منظور از دستگاه HOUNS مدل H 25 KS با ظرفیت N25000 واقع در آزمایشگاه مکانیک چوب، دانشگاه زابل استفاده شد. رایانه متصل به دستگاه پس از انجام آزمون مربوط به هر تیمار اطلاعاتی نظیر مقاومت خمشی، مدول خمشی را ارائه نمود.
نتایج
نمودار 1 و 2 تاثیر درصد ماده خاکستر بر روی روند مقاومت خمشی و مدول خمشی در چندسازه ساخته شده را نشان میدهد. با افزایش مقدار درصد خاکستر تا %15 مقاومت و مدول خمشی کامپوزیتها افزایش یافته است. و هر چه درصد خاکستر به 25 درصد میل میکند از این مقاومت کاسته میشود. بهطوری که بیشترین میزان مقاومت خمشی برابر با 48/21 مگاپاسکال و کمترین میزان آن مربوط به نمونه حاوی %10 خاکستر برابر با 45/27 مگاپاسکال میباشد. و همچنین بیشترین میزان مدول خمشی برابر با 5682/11 مگاپاسکال و کمترین میزان آن مربوط به نمونه حاوی %10 خاکستر برابر با 5177/44 مگاپاسکال میباشد.
