خواص مکانیکی دینامیکی و گرمایی کامپوزیت های هیبریدی باگاس/الیاف شیشه/پلی پروپیلن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

استادیار علوم و صنایع چوب و کاغذ، گروه سلولزی و بسته‌بندی، پژوهشکده شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج

چکیده

این پژوهش به منظور ارزیابی خواص گرمایی و مکانیکی دینامیکی کامپوزیت های هیبریدی باگاس/الیاف شیشه/پلی پروپیلن انجام شد. کامپوزیت های هیبریدی با روش اختلاط مذاب ساخته شدند و خواص آنها با آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی(DSC) و آزمون مکانیکی دینامیکی(DMA) مورد بررسی فرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی مشخص کرد که با افزودن باگاس و الیاف شیشه، دمای ذوب و دمای بلورینگی به دماهای بالاتر انتقال یافت و درجه بلورینگی افزایش پیدا کرد. این یافته ها آشکار ساخت که باگاس و الیاف شیشه نقش عامل هسته زا را در کامپوزیت ایفا می کنند. آزمون مکانیکی دینامیکی نشان داد که با وارد کردن باگاس و الیاف شیشه به ماتریس پلی پروپیلنی، مدول ذخیره ( ) و مدول اتلاف ( ) افزایش یافته، درحالی که از فاکتور اتلاف (tanδ) کاسته شد. به منظور ارزیابی اثر تقویت کنندگی با افزایش دما، ضریب اثربخشی (C) در دامنه های دمایی مختلف محاسبه و مشخص شد که در دماهای بالا بهبود خواص مکانیکی در اثر حضور الیاف، ملموس تر است. کیفیت چسبندگی الیاف- ماتریس با محاسبه فاکتور چسبندگی (A) بر حسب فاکتور اتلاف کامپوزیت (tan δc)، فاکتور اتلاف پلیمر (tan δp) و جزء حجمی الیاف (fФ) تعیین شد. مقادیر محاسبه شده فاکتور چسبندگی (A) نشان داد که با افزودن الیاف شیشه به سیستم باگاس/پلی روپیلن، چسبندگی الیاف- ماتریس بهبود می یابد. کامپوزیت هیبریدی متشکل از 25 درصد باگاس و 15 درصد الیاف شیشه، چسبندگی الیاف- ماتریس بهتری را بروز داد.

کلیدواژه‌ها


[1] Amash, A. and  Zugenmaier, P., 2000. Morphology and properties of isotropic and oriented samples of cellulose fibre–polypropylene composites. Polymer, 41 (4):1589-1596.

[2] Joseph, P. V., Mathew, G., Joseph, K., Groeninckx, G. and Thomas, S., 2003. Dynamic mechanical properties of short sisal fibre reinforced polypropylene composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 34(3):275-290.

[3] Ornaghi, H. L., Bolner, A. S., Fiorio, R., Zattera, A. j. and Amico S. C., 2010. Mechanical and dynamic mechanical analysis of hybrid composites molded by resin transfer molding. Journal of Applied Polymer Science, 118 (2):887-896.

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

[5] Rowell, R.M., 2005. Hanbook of Wood Chemistry and Wood Composite. CRC Press; 2nd edition, 703p.

[6] Fu, S. Y., Xu, G. and Mai, Y. W., 2002. On the elastic modulus of hybrid particle/shortfiber/polymer composites. Composites Part B: Engineering, 33(4): 291–299.

[7] Karger-Kocsis, J., 2000. Reinforced polymer blends. In D. R. Paul, & C. B. Bucknall (Eds.), Polymer blends (p. 395). New York: John Wiley & Sons.

[8] Thwe, M. M. and Liao, K., 2003. Environmental effects on bamboo–glass/polypropylene hybrid composites. Journal of Materials Science, 38(2): 363–376.

[9] Thwe, M. M. and Liao, K., 2003. Durability of bamboo–glass fiber reinforced polymer matrix hybrid composites. Composites Science and Technology, 63(3–4): 375–387.

[10] Jawaid, M. and Abdul Khalil, H.P.S., 2011. Cellulosic/synthetic fibre reinforced polymer hybrid composites: a review. Carbohyd Polym, 86(1): 1–18.

[11] Panthapulakkal, S. and Sain, M., 2007. Studies on the water absorption properties of short hemp-glass fiber hybrid polypropylene composites. J. Comp. Mater, 41(15):1871-1883.

[12] John, K. and Naidu, S. V., 2007. Chemical Resistance of Sisal/Glass Reinforced Unsaturated Polyester Hybrid Composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 26(4): 373-376.

[13] Aquino, E. M. F., Sarmento, L. P. S., Oliveira, W. and Silva, R.V., 2007. Dynamic mechanical analysis of pineapple leaf/glass hybrid fiber reinforced polyester composites. Polymer Composites,31(6):956-965.

[14] Ahmed, K. S. and Vijayarangan, S., 2006. Elastic property evaluation of jute-glass fibre hybrid composite using experimental and CLT approach. Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, 13(5): 435-442.

[15] Schledjewski, R. and Karger-Kocsis, J., 1994. Dynamic mechanical analysis of glass mat-reinforced polypropylene (gmt-pp). Journal of Thermoplastic Composite Materials, 7:270-277.

[16] Idicula, M., Malhotra, S. K., Joseph, K. and Thomas, S., 2005. Dynamic mechanical analysis of randomly oriented intimately mixed short banana/sisal hybrid fibre reinforced polyester composites. Composites Science and Technology, 65(7–8):1077–1087.

[17] Correa, C. A., Razzino, C. A. and Hage, Jr., 2007. Role of Maleated Coupling Agents on the Interface Adhesion of Polypropylene–Wood Composites. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 20:323-329.

[18] Swaminathan, G. and Shivakumar, K., 2009. A re-examination of DMA testing of polymer matrix composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 28(8): 979–994.

[19] Pothan, L. A., George, C. N., John, M. J.and Thomas, S., 2010. Dynamic mechanical and dielectric behavior of banana–glass hybrid fiber reinforced polyester composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 29(8):1131–1145.

[20] Devi, L. U., Bhagawan, S. S. and Thomas, S., 2010. Dynamic mechanical analysis of pineapple leaf/glass hybrid fiber reinforced polyester composites. Polymer Composite, 31: 956–965.

[21] Ornaghi, HL., da Silva H. S. P. and  Zattera, A. J., 2011. Hybridization effect on the mechanical and dynamic mechanical properties of curaua composites. Material Science Engineering, 528: 7285–7289.

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

[23] Kubat, J., Rigdhal, M. and Welander, M., 1990. Characterization of interfacial interaction in high density polyethylene filled with glass spheres using dynamic mechanical analysis. Journal of Applied Polymer Science, 39: 1527–1539.

[24] Matuana, L. M. and Kim, J. W., 2007. Fusion characteristics of rigid PVC/wood-flour composites by torque rheometry. Journal of Vinyl and Additive Technology, 13(1): 7–13.

[25] Ndiaye, D., Matuana, L. M., Morlat-Therias, S., Vidal, L., Tidjani, A. and Gardette, J. L., 2010. Thermal and Mechanical Properties of Polypropylene/ Wood-Flour Composites. Journal of Applied Polymer Science, 119: 3321–3328.

[26] Nayak, S. K., Mohanty, S. and Samal, S. K., 2009. Influence of short bamboo/glass fiber on the thermal, dynamic mechanical and rheological properties of  polypropylene hybrid composites. Materials Science & Engineering A, 523(1-2): 32-38.