انجمن علوم و صنایع چوب و کاغذ ایران مجله صنایع چوب و کاغذ ایران 2008-9066 17 1 2026 04 21 Investigation of mechanical and physical properties of epoxy hybrid composites reinforced with lignocellulosic materials (roselle stem, reed stem, and palm leaf) بررسی خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت‌های هیبریدی اپوکسی - مواد لیگنوسلولزی (ساقه چای ترش، ساقه نی و برگ نخل) 1 19 735472 10.22034/ijwp.2025.2059284.1709 FA محمد عربی گروه چوب و کاغذ- دانشکده منابع طبیعی- دانشگاه زابل 0000-0002-2502-9964 صادق سرابی دانشجوی مقطع دکتری،گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران Journal Article 2025 05 25 Problem definition and objectives: Currently, due to high prices and non-biodegradability of synthetic fibers, there has been a significant increase in using natural fibers as reinforcement in polymer composites. Natural fibers have been welcomed by engineers and researchers as suitable alternatives to synthetic fibers, considering their unique characteristics such as low density, low production cost, good modulus and strength, abundance, accessibility, renewability, recyclability, biodegradability, and environmental compatibility. The type and proportion of lignocellulosic materials in combination with polymer resins play a crucial role in determining the final properties of these composites and significantly influence their ultimate applications. Therefore, this study aims to explore the possibility of manufacturing and reinforcing polymer composites (epoxy resin) using different proportions of lignocellulosic materials (reed stem, roselle stem, and palm leaf) and analyze their physical and mechanical properties.<br>Materials and Methods: Reed stem, roselle stem, and palm leaf were obtained from the Chahnameh Nursery and Baqiyatallah Educational and Research Complex at Zabol University. The materials were dried in a laboratory oven at 103°C for 24 hours. Epoxy resin (AD-301) and epoxy hardener (HA-12) from Mokarrar Company were used in a 100:10 ratio. The study variables initially included three lignocellulosic materials: roselle stem (TS), reed stem (RS), and palm leaf (PL) at three levels: 10, 30, and 50 percent (weight ratio of lignocellulosic materials to epoxy resin). Lignocellulosic-reinforced epoxy composites were manufactured using a manual layup method with a wooden mold (300 × 300 × 50 mm) under press conditions (80°C and 6.2 MPa pressure for 3 hours). Tensile, flexural, and water absorption tests were conducted according to ASTM D3033, ASTM D790, and ASTM D570 standards, respectively. The best treatment was subsequently alkaline-treated at 5 and 10 percent levels to improve physical and mechanical properties, and the impact of alkaline treatment was evaluated.<br>Results: Epoxy composites reinforced with 10% roselle stem exhibited the lowest tensile strength, flexural strength, and water absorption. Mechanical properties increased with lignocellulosic material proportion up to 30%, with palm leaf composites at 30% showing the highest mechanical properties. Increasing the lignocellulosic material proportion from 30% to 50% resulted in decreased tensile and flexural strength. The highest water absorption was observed in samples with 50% roselle stem, while the lowest was found in samples with 10% palm leaf. The optimal treatment, based on physical and mechanical properties, was identified as 30% palm leaf reinforcement. Alkaline treatment at 3% and 5% improved the mechanical and physical properties of epoxy composites, with flexural strength, flexural modulus, and tensile strength increasing by 11.9%, 12.7%, and 15%, respectively, compared to untreated samples.<br>Conclusion: The study demonstrated that incorporating lignocellulosic materials in epoxy resin enhances the mechanical properties of hybrid epoxy-lignocellulosic composites. Utilizing these renewable resources not only reduces dependence on petroleum-based materials and costs but also contributes to natural resource conservation and environmental pollution reduction. The findings underscore the potential of these composites as lightweight, robust, and environmentally friendly materials in various industries, including automotive, construction, and packaging. بیان مساله: در حال حاضر، به علت قیمت بالا و تجزیه ناپذیری الیاف مصنوعی گرایش به استفاده از الیاف طبیعی به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت‌های پلیمری به طور قابل توجهی افزایش یافته است. الیاف طبیعی با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد مثل چگالی پایین، هزینه تولیدکم، مدول و مقاومت خوب، فراوانی و در دسترس بودن، تجدید پذیری، قابلیت بازیافت ، تجزیه بیولوژیکی و سازگاری با محیط زیست به عنوان جایگزینی مناسب با الیاف مصنوعی در کامپوزیت‌های زمینه پلیمری مورد استقبال مهندسین و محققین قرار گرفتند. نوع و نسبت مواد لیگنوسلولزیدر ترکیب با رزین‌های پلیمری نقش بسزایی در تعیین خواص نهایی این نوع کامپوزیت‌ها دارد و تا حد زیادی تعیین کننده کاربرد نهابی آنها خواهد بود.. از این رو در این مطالعه نیز تلاش بر این است که امکان ساخت و تقویت کامپوزیت‌های پلیمری (رزین اپوکسی) با استفاده از نسبت‌های مختلف مواد لیگنوسلولزی(ساقه نی، ساقه چای ترش و برگ خرما ) بررسی و خواص فیزیکی و مکانیکی انها مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. <br>مواد و روش‌‌ها: متغییرهای این مطالعه ابتدا شامل نوع ماده اولیه ساقه گیاه چای ترش (TS)، ساقه نی (RS)و برگ خرما (PL) در سه سطح 10 30 و 50 درصد (نسبت وزنی مواد لیگنوسلولزی به رزین اپوکسی) بود و در ادامه بهترین تیمار به منظور بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی در دو سطح 5 و 10 درصد تیمار قلیایی شد. کامپوزیت‌های اپوکسی تقویت شده با مواد لیگنوسلولزی به روش لایه‌چینی دستی، با استفاده از قالب چوبی با ابعاد 300 در 300 در 50 میلی‌متر تحت فشار و دمای پرس (دمای80 درجه سانتیگراد و فشار 6/2 مگاپاسکال به مدت 3 ساعت) ساخته شدند. پس از عمل آوری نمونه‌ها، آزمون کششی‌، خمشی و جذب آب به ترتیب بر مطابق استاندارد ASTMD3033 ، ASTMD790 و ASTEMD570 انجام شد. <br>نتایج: کامپوزیت‌های اپوکسی تقویت شده با ساقه چای ترش و با نسبت 10 درصد کم‌ترین مقدار مقاومت کششی و خمشی و جذب آب را نشان دادند و با افزایش نسبت مواد لیگنوسلولزیدر ترکیب با رزین اپوکسی تا 30 درصد خواص مکانیکی کامپوزیت‌های اپوکسی تقویت شده افزایش یافت، بطویکه که کامپوزیت‌های تقویت شده با 30 درصد برگ نخل بیشترین مقادیر خواص مکانیکی را نشان دادند . با افزایش نسبت مواد لیگنوسلولزیاز 30 به 50 درصد مقاومت کششی و خمشی کامپوزیت ها کاهش یافت. بیشترین مقادیر جذب آب در نمونه‌های تقویت شده با 50 درصد ساقه چای ترش و کمترین مقدار جذب آب در نمونه های ساخته شده با 10 درصد برگ نخل مشاهده شد. بهترین تیمار باتوجه خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه های تقویت شده با 30 درصد برگ نخل شناخته شدند. تیمار قلیایی 3 و 5 درصد یرگ نخل منجر به بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت‌های اپوکسی گردید. <br>نتیجه‌گیری: بطور کلی نتایج این مطالعه نشان داد که استفاده از مواد لیگنوسلولزیدر ترکیب با رزین اپوکسی علاوه بر امکان افزایش مقاومت مکانیکی کامپوزیت‌های تولیدی، زمینه استفاده بهینه از مواد لیگنوسلولزیرا نیز فراهم می‌کند. با توجه نتایج خواص فیزیکی و مکانیکی و با انجام تحقیات جامع‌تر، امکان استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری رزین اپوکسی تقویت شده با مواد لیگنوسلولزیدر صنایع مختلف همچون خودروسازی، ساختمان‌سازی و بسته‌بندی، به عنوان مواد سبک، مقاوم و دوستدار محیط زیست وجو دارد. و استفاده از این منابع تجدید شونده، علاوه بر کاهش وابستگی به مواد نفتی و کاهش هزینه‌ها، به حفظ منابع طبیعی و کاهش آلودگی محیط زیست کمک می‌کند و ضرورت توسعه و به‌کارگیری این نوع مواد در فناوری‌های نوین را برجسته می‌سازد. https://www.ijwp.ir/article_735472_a6374046cad07f39898c977b1cf3cb96.pdf