مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

بررسی خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت‌های هیبریدی اپوکسی - مواد لیگنوسلولزی (ساقه چای ترش، ساقه نی و برگ نخل)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه چوب و کاغذ- دانشکده منابع طبیعی- دانشگاه زابل
2 دانشجوی مقطع دکتری،گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران
10.22034/ijwp.2025.2059284.1709
چکیده
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.
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.
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.
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.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Prasad, L. Kumar, S. Patel, R.V. Yadav, A. Kumar, V. and Winczek, J. 2020. Physical and mechanical behaviour of sugarcane bagasse fibre-reinforced epoxy bio-composites. Materials, 13(23), p.5387.
[2] Devadiga, D.G. Bhat, K.S. and Mahesha, G.T. 2020. Sugarcane bagasse fiber reinforced composites: Recent advances and applications. Cogent Engineering, 7(1), p.1823159.
[3] Vidyashri, V. Lewis, H. Narayanasamy, P. Mahesha, G.T. and Bhat, K.S. 2019. Preparation of chemically treated sugarcane bagasse fiber reinforced epoxy composites and their characterization. Cogent Engineering, 6(1), p.1708644.
[4] Sarikaya, E. Çallioğlu, H. and Demirel, H. 2019. Production of epoxy composites reinforced by different natural fibers and their mechanical properties. Composites Part B: Engineering, 167, pp.461-466.
[5] Chauhan, A.K. Singh, A. Kumar, D. and Mishra, K. 2021. Properties of composite materials. In Composite Materials (pp. 61-78). CRC Press.
[6] Asyraf, M.R.M. Syamsir, A. Supian, A.B.M. Usman, F. Ilyas, R.A. Nurazzi, N.M. Norrrahim, M.N.F. Razman, M.R. Zakaria, S.Z.S. Sharma, S. and Itam, Z. 2022. Sugar palm fibre-reinforced polymer composites: influence of chemical treatments on its mechanical properties. Materials, 15(11), p.3852.
[7] Alshammari, B.A. Saba, N. Alotaibi, M.D. Alotibi, M.F. Jawaid, M. and Alothman, O.Y. 2019. Evaluation of mechanical, physical, and morphological properties of epoxy composites reinforced with different date palm fillers. Materials, 12(13), p.2145.
[8] Sarikaya, E. Çallioğlu, H. and Demirel, H. 2019. Production of epoxy composites reinforced by different natural fibers and their mechanical properties. Composites Part B: Engineering, 167, pp.461-466.
[9] Prithivirajan, R. Jayabal, S. and Bharathiraja, G. 2015. Bio-based composites from waste agricultural residues: mechanical and morphological properties. Cellulose Chemistry and Technology, 49(1), pp.65-68.
[10] Sajith, S. Arumugam, V. and Dhakal, H.N. 2017. Comparison on mechanical properties of lignocellulosic flour epoxy composites prepared by using coconut shell, rice husk and teakwood as fillers. Polymer Testing, 58, pp.60-69.
[11] Huang, Z. Wang, N. Zhang, Y. Hu, H. and Luo, Y. 2012. Effect of mechanical activation pretreatment on the properties of sugarcane bagasse/poly (vinyl chloride) composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 43(1), pp.114-120.
[12] AlMaadeed, M.A. Nógellová, Z. Mičušík, M. Novák, I. and Krupa, I. 2014. Mechanical, sorption and adhesive properties of composites based on low density polyethylene filled with date palm wood powder. Materials & Design, 53, pp.29-37.
 [13] Betelie, A.A. Megera, Y.T. Redda, D.T. and Sinclair, A. 2018. Experimental investigation of fracture toughness for treated sisal epoxy composite. AIMS Materials Science, 5(1), pp.93-104.
[14] Sreekumar, P.A. Joseph, K. Unnikrishnan, G. and Thomas, S. 2007. A comparative study on mechanical properties of sisal-leaf fibre-reinforced polyester composites prepared by resin transfer and compression moulding techniques. Composites science and technology, 67(3-4), pp.453-461.
 [15] Bhuvaneshwaran, M. Sampath, P.S. and Sagadevan, S. 2019. Influence of fiber length, fiber content and alkali treatment on mechanical properties of natural fiber-reinforced epoxy composites. Polimery, 64(2), pp.93-99.
[16] Ward, A.A. Abd-El-Messieh, S.L. Ramadan, R.M. Abdelghany, A.M. Mansour, S.H. Asaad, J.N. and Rozik, N. 2019. High Performance Epoxy Resin/Agro Waste Composites for automotive Applications. Kgk-kautschuk gummi kunststoffe, 72(5), pp.55-60.
[17] Nguyen, T.A. and Nguyen, T.H. 2021. Banana fiber‐reinforced epoxy composites: mechanical properties and fire retardancy. International Journal of Chemical Engineering, 2021(1), p.1973644
[19] Vinod, A. Tengsuthiwat, J. Gowda, Y. Vijay, R. Sanjay, M.R. Siengchin, S. and Dhakal, H.N. 2022. Jute/Hemp bio-epoxy hybrid bio-composites: Influence of stacking sequence on adhesion of fiber-matrix. International Journal of Adhesion and Adhesives, 113, p.103050.
[20] Chaiwong, W. Samoh, N. Eksomtramage, T. and Kaewtatip, K. 2019. Surface-treated oil palm empty fruit bunch fiber improved tensile strength and water resistance of wheat gluten-based bioplastic. Composites Part B: Engineering, 176, p.107331.
 [21] Mohammed, A.A. Bachtiar, D. Siregar, J.P. and Rejab, M.R.M. 2016. Effect of sodium hydroxide on the tensile properties of sugar palm fibre reinforced thermoplastic polyurethane composites. J. Mech. Eng. Sci.
[22] Atiqah, A. Jawaid, M. Sapuan, S.M. and Ishak, M.R. 2017. Effect of surface treatment on the mechanical properties of sugar palm/glass BioResources. 13(1):1174-1188
[23] Cai, M. Takagi, H. Nakagaito, A.N. Li, Y. Waterhouse, G.I. 2016. Effect of alkali treatment on interfacial bonding in abaca fiberreinforced composites. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 90, 589–597.
[24] Vinod, A. Tengsuthiwat, J. Gowda, Y. Vijay, R. Sanjay, M.R. Siengchin, S. and Dhakal, H.N. 2022. Jute/Hemp bio-epoxy hybrid bio-composites: Influence of stacking sequence on adhesion of fiber-matrix. International Journal of Adhesion and Adhesives, 113, p.103050.
[25] Cionita, T. Siregar, J.P. Shing, W.L. Hee, C.W. Fitriyana, D.F. Jaafar, J. Junid, R. Irawan, A.P. and Hadi, A.E. 2022. The influence of filler loading and alkaline treatment on the mechanical properties of palm kernel cake filler reinforced epoxy composites. Polymers, 14(15), p.3063.
 [26] Hosseinkhani, H. 2015. MDF production from date palm pruning residues in pilot plant scale. Iranian journal of wood and paper science research, 29(4), 591-604. (In Persian).
 [27] Khalili Baseri, M. Ghavami Jolandan, S. Soleymani, M. and Zarei, H. 2024. Estimating the amount of annual harvestable reed plant from Horul-Azim wetland for use in biomass power plants. Journal of Research in Mechanics of Agricultural Machinery, 13(1), 57-66. [3]