بررسی تأثیر ذرات نانورس بر خواص مکانیکی کامپوزیت آرد چوب- پلی‌پروپیلن با استفاده از تحلیل گرمایی- مکانیکی- دینامیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه سلولزی و بسته‌بندی، پژوهشکده شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشدگروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس، چالوس، ایران

چکیده

این تحقیق با هدف بررسی تأثیر مقدار ذرات نانورس بر خواص مکانیکی کامپوزیت آرد چوب- پلی‌پروپیلنبا استفاده از تحلیل گرمایی- مکانیکی- دینامیکی انجام شد. برای این منظور، آرد چوب با نسبت وزنی60 درصد با پلی‌پروپیلن مخلوط شد و نانورس نیز در سه سطح 0، 3 و phc 5 استفاده گردید، همچنین ماده سازگارکننده مالئیک‌دار به میزان phc 2 در تمام ترکیب‌ها بکار رفت. درنهایت نمونه‌های آزمونی با استفاده از روش قالب‌گیری تزریقی ساخته شدند. آزمون‌های استاتیک شامل خمش و کشش بر روی نمونه‌ها انجام گرفت. آزمونگرمایی- مکانیکی- دینامیکی در محدوده دمایی 60- تا 150+ درجه سانتی‌گراد با نرخ حرارت دهی 5 درجه سانتی‌گراد بر دقیقه و فرکانس 1 هرتز انجام گردید. همچنین به منظور مطالعه نحوه پراکنش ذرات نانورس در نمونه‌ها از دستگاه تفرق اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شد. نتایج نشان داد با افزایش مقدار نانورس از 0 به phc 3، استحکام مکانیکی و مدول ذخیره نمونه‌ها افزایش‌یافته و سپس با افزایش مقدار نانورس تا phc 5، کاهش می‌یابد. همچنین انتقال آلفا و بتا (دمای انتقال شیشه‌ای) در نمونه‌‌ها بر اثر افزودن نانورس به دماهای بالاتر انتقال می‌یابد. مطالعات ریخت‌شناسی نانوکامپوزیت‌ها به کمک روش پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داد که توزیع ذرات نانورس در زمینه پلیمری از نوع ساختار بین‌لایه‌ای است.

کلیدواژه‌ها


[1]      Agarwal, B.D., and Broutman, L.J., 1980. Analysis and performance of fiber composites, John Willy & Sons, Inc, USA, 342p.

[2]      Wolcott, MP., 1993. Wood fiber polymer composites; Fundamental concept processes and material options, Forest Product Society, USA, 68p.

[3]      Felix, R., 1993. Handbook of polymer- fiber composites, Longman Group, UK, 418p.

[4]      Woodhams, R.T., Thomas, G., and Rodgers, D.K. 1984. Wood fibers as reinforcing fillers for polyoefins. Journal of Polymer Engineering Science, 24: 1166–1171.

[5]      Rowell, R.M., Sandi, A.R., Gatenholm, D.F., and Jacobson, R.E., 1997. Utilization of natural fibers in plastic composites: Problem and opportunities in lignocellulosic composites. Journal of Composite, 18: 23-51.

[6]      Oksman, K., and Sain, M., 2008. Wood-Polymer Composites, Woodhead Publishing Ltd, Great Abington, Cambridge, UK, 366p.

[7]      Tjong, S.C., 2006. Structural and mechanical properties of polymer nanocomposites; A review. Journal of Material Science Engineering, 53: 73-197.

[8]      Utracki, L.A., Sepehr, M., and Boccaleri, E., 2007. Synthetic layered nanoparticles for polymeric nanocomposites (PNCs); A review. Journal of Polymer Additives Technology, 8: 1-37.

[9]      Viswanathan, V., Laha, T., Balani, K., Agarwal, A. and Seal, S., 2006. Challenges and advances in nanocomposite processing techniques; A review. Journal of Material Science Engineering, 54: 121-285.

[10]  Alexandre, M., and Dubois, P., 2008. Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, properties and use of a new class of materials; A review. Journal of Material Science Engineering, 28: 1-63.

[11]  Wang, L., Wang, K., Chen, L., Zhang, Y., and He, C., 2005. Preperation, morphology and thermal/mechanical properties of epoxy/nanoclay composite. Journal Applied Polymer Science, (103), 1681-1689.

[12]  Wu, Q., Lei, Y., Clemons, C.M., Yao, F., Xu, Y., and Lian, K., 2007. Properties of HDPE/Clay/Wood Nanocomposites. Journal of Plastic Technology, 27(2): 108-115.

[13]  Kord, B., 2009. Investigation on the physical, mechanical and morphological properties of wood flour/polypropylene/nanofiller hybrid composite, PhD Thesis, Science and Research Branch, Islamic Azad University. (In Persian)

[14]  Tajvidi, M., 2003. Investigation on engineering and viscoelastic properties of thermoplastic-natural fiber composites using dynamic mechanical analysis, PhD Thesis, Tehran University. (In Persian)

[15]  Oksman, K., Lindberg, H., and Holmergen, A., 1998. The nature and location of SEBS-MA compatibilizer inpolyethylene-wood flour composites. Journal of Applied Polymer Science, 69, 201-209.

[16]  Sandi, A.R., and Caulfield, D.F., 2009. Transcrystalline interphases in natural fiber-PP composites: effect of coupling agent. Composite Interfaces, 7(1), 31-43.

[17]  Tajvidi, M., Ebrahimi, G.H., and Enayati, A.A., 2003. Dynamic mechanical analysis of compatibilizer effect on mechanical properties of wood flour-polypropylene composites.Iranian Journal of Natural Resources, 47-59. (In Persian)

[18]  Yin, S., Rials, T.G., and Wolcott, M.P., 1999. Crystallization behavior of polypropylene and its effect on wood fiber plastic composites, Proceeding of 5th International Conference on wood fiber plastic composites, Forest Product Society & Laboratory, Madison, 139-146.

[19]  ASTM D E1640., 2013. Standard test method for assignment of the glass transition temperature by dynamic mechanical analysis, American Society of Testing and Materials.

[20]  Lei, Y., Wu, Q., Clemons, C.M., Yao, F. and Xu, Y., 2007. Influence of nanoclay on properties of HDPE/wood composites. Journal of Applied Polymer Science, 18: 1425-1433.

[21]  Zhao, Y., Wang, K., Zhu, F., Xue, P., and Jia, M., 2006. Properties of poly (vinylchloride)/ woodflour/montmorillonite composites: effects of coupling agents and layered silicate. Journal of Polymer Degradation Stability, 91: 2874-2883.

[22]  Hemmasi, A., Khademieslam, H., Talaiepoor, M., Kord, B., and Ghasemi, I., 2010. Effect of nanoclay on the mechanical and morphological properties of wood polymer nanocomposite. Journal of Reinforced Plastic and Composites, 29(7): 964-971.

[23]  Hetzer, M., and Kee, D., 2008. Wood/polymer/nanoclay composites, environmentally friendly sustainable technology; a review. Journal of Chemical Engineering, 16: 1016-1027.

[24]  Han, G., Lei, Y., Wu, Q., Kojima, Y., and Suzuki, S., 2008. Bamboo–fiber filled high density polyethylene composites; Effect of coupling treatment and nanoclay. Journal of Polymer Environment, 21: 1567-1582.

[25]  Kord, B., Hemmasi, A., and Ghasemi, I., 2011. Properties of PP/wood flour/ organomodified montmorillonite nanocomposite. Wood Science and Technology, 45: 111-119.

[26]  Kodgire, P., Kalgaonkar, R., Hambir, S., Bulakh, N., and Jog, J.P., 2001. PP/clay nanocomposites: Effect of clay treatment on morphology and dynamic mechanical properties. Journal of Applied Polymer Science, 81(7): 1786-1794.

[27]  Mohanty, S., and Nayak, S.K., 2007. Effect of clay exfoliation and organic modification on morphological, dynamic mechanical and thermal behavior of melt compounding polyamide-6 nanocomposites. Journal of Polymer Composite, 153-162.

[28]  Kord, B., 2011.  Nanofiller reinforcement effects on the thermal, dynamic mechanical and morphological behavior of HDPE/rice husk flour composites. BioResources, 6(2): 1351-1358.

[29]  Venkatesh, G.S. Deb, A., Ajay Karmarkar, A., and Chauhan, S. 2012. Effect of nanoclay content and compatibilizer on viscoelastic properties of montmorillonite/polypropylene nanocomposites. Materials and Design, 37: 285–291.

[30]  Pirani, S.I., Krishnamachari, P., and Hashaikeh, R., 2014. Optimum loading level of nanoclay in PLA nanocomposites: Impact on the mechanical properties and glass transition temperature. Journal of Thermoplastic Composite Materials, DOI: 10.1177/0892705712473627, In Press.