اثر نانو رس بر ویژگی‌های مکانیکی، حرارتی و آتش‌گیری کامپوزیت‌های ترکیبی آرد چوب زبان گنجشک و ضایعات پلی‌پروپیلن

بیان مساله و اهداف:با توجه به اهمیت مسائل زیست‌محیطی و نیاز به استفاده از مواد پایدار، تولید کامپوزیت‌های ترکیبی از مواد طبیعی و پلیمرها به موضوعی کلیدی در تحقیقات صنعتی تبدیل شده است. آرد چوب زبان گنجشک به عنوان یک منبع طبیعی با خواص مکانیکی مناسب و پلی‌پروپیلن به عنوان یک پلیمر پرکاربرد، می‌توانند در ایجاد کامپوزیت‌های با کیفیت موثر باشند. اما یکی از چالش‌های اصلی در این زمینه، بهبود خواص مکانیکی، حرارتی و آتش‌گیری این کامپوزیت‌هاست. نانو رس به عنوان یک تقویت‌کننده می‌تواند در این راستا موثر باشد، اما نیاز به تحقیقات بیشتری پیرامون تاثیرات آن بر ویژگی‌های مختلف کامپوزیت‌ها احساس می‌شود. هدف اصلی این پژوهش، بررسی تاثیر نانو رس بر خواص مکانیکی، حرارتی و آتش‌گیری کامپوزیت‌های حاصل از آرد چوب زبان گنجشک و ضایعات پلی‌پروپیلن است.مواد و روش‌ها:برای این منظور پلی‌پروپیلن (در سطح ثابت 50 درصد)، آرد چوب زبان گنجشک (در سطح ثابت 50 درصد)، نانو رس (در چهار سطح 0، 2، 4 و 6 درصد وزنی) و انیدرید مالئیک پیوند داده‌شده با پلی‌پروپیلن در سطح ثابت 3 درصد، به‌وسیله اکسترودر دو ماردونی (دو مارپیچه) با یکدیگر مخلوط و نمونه‌های آزمونی استاندارد با استفاده از روش قالب‌گیری تزریقی ساخته شدند. سپس خواص مکانیکی شامل مقاومت کششی و خمشی، مدول کششی و خمشی، مقاومت به ضربه فاق‌دار، و خواص حرارتی، آتشگیری اندازه‌گیری شدند.نتایج:نتایج نشان داد افزودن نانو رس به چندسازه حاصل از آرد چوب زبان گنجشک و پلی پروپیلن ضایعاتی تا حدی منجر به بهبود در خواص مکانیکی، حرارتی و آتش‌گیری چندسازه می‌شود که می‌تواند کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف داشته باشد. افزایش نانو رس تا سطح 2 درصد باعث افزایش مقاومت و مدول کششی و مدول خمشی به ترتیب برابر 7.9، 3.6 و 6.4 شد. افزایش نانو رس تا سطح 4 درصد باعث افزایش 5.6 درصدی مقاومت خمشی شد. افزایش نانو رس تا سطح 6 درصد باعث کاهش 20.5 درصدی مقاومت به ضربه فاقدار و افزایش 4.7 درصدی شاخص اکسیژن محدود شد. با افزایش نانو رس تا 6 درصد ثبات حرارتی افزایش می‌یابد و میزان زغال بیشتری نیز باقی می‌ماند.نتیجه‌گیری:افزودن نانو رس به چندسازه موجب افزایش قابل توجهی در مقاومت و مدول کششی و خمشی آن می‌شود. این بهبود ناشی از توزیع یکنواخت نانو رس در ماتریس و ایجاد پیوند قوی بین نانو رس و ماتریس پلیمری است. همچنین، نانو رس باعث ارتقای مقاومت حرارتی چندسازه می‌گردد؛ زیرا ساختار لایه‌ای آن مسیر انتقال حرارت را بهبود می‌بخشد. در حوزه آتش‌گیری، نانو رس موجب کاهش سرعت احتراق می‌شود که این امر به تشکیل لایه محافظ سیلیکاتی در زمان احتراق مربوط می‌شود و از انتشار گازها و مواد سوختنی جلوگیری می‌کند. در مجموع، افزودن نانو رس به چندسازه‌های حاصل از آرد چوب زبان گنجشک و ضایعات پلی‌پروپیلن، به بهبود خواص مکانیکی، حرارتی و آتش‌گیری منجر می‌شود و این ویژگی‌ها می‌تواند کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف فراهم آورد.

studying the effect of nanoclay on the mechanical, thermal and fire properties of composites made from ash wood flour and waste polypropylene

problem definition and objectives: given the importance of environmental issues and the need to use sustainable materials, the production of composite materials from natural substances and polymers has become a key topic in industrial research. ash wood flour, as a natural resource with suitable mechanical properties, and polypropylene, as a widely used polymer, can effectively contribute to the creation of high-quality composites. however, one of the main challenges in this field is improving the mechanical, thermal, and flame-retardant properties of these composites. nanoclay, as a reinforcing agent, can be effective in this regard, but further research is needed to understand its effects on various properties of the composites. the primary objective of this study is to investigate the impact of nanoclay on the mechanical, thermal, and flame-retardant properties of composites made from ash wood flour and waste polypropylene.methodology: to this end, polypropylene (at a fixed level of 50%), ash wood flour (at a fixed level of 50%), nanoclay (at four levels of 0, 2, 4, and 6 weight percent), and maleic anhydride grafted polypropylene at a fixed level of 3% were mixed together using a twin-screw extruder. standard test samples were then produced using the injection molding method. subsequently, mechanical properties, including tensile and flexural strength, tensile and flexural modulus, and impact resistance, as well as thermal and flame-retardant properties, were measured.results: the results indicated that the addition of nanoclay to the composite made from ash wood flour and waste polypropylene leads to improvements in mechanical, thermal, and flame-retardant properties, which can have diverse applications in various industries. increasing the nanoclay content to 2% resulted in increases in tensile strength, tensile modulus, and flexural modulus of 7.9%, 6.3%, and 4.6%, respectively. an increase in nanoclay to 4% led to a 5.6% increase in flexural strength. however, raising the nanoclay content to 6% resulted in a 20.5% decrease in impact resistance and a 4.7% increase in the oxygen index. additionally, thermal stability increased with the addition of nanoclay up to 6%, and a greater amount of char was retained.conclusion: the addition of nanoclay to the composite significantly enhances its tensile and flexural strength and modulus. this improvement results from the uniform distribution of nanoclay within the matrix and the strong bonding created between the nanoclay and the polymer matrix. furthermore, nanoclay enhances the thermal resistance of the composite due to its layered structure, which improves heat transfer pathways. in terms of flame retardancy, nanoclay reduces the rate of combustion, as it forms a protective silicate layer during combustion that prevents the release of gases and flammable materials. overall, incorporating nanoclay into composites made from ash wood flour and waste polypropylene leads to improved mechanical, thermal, and flame-retardant properties, which can provide diverse applications in various industries.