بررسی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌های حاصل از پلی اتیلن/ الیاف ساقه ذرت مورد استفاده در صنعت بسته‌بندی

پورعباسی, سارا; ثمریها, احمد

بررسی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌های حاصل از پلی اتیلن/ الیاف ساقه ذرت مورد استفاده در صنعت بسته‌بندی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، گروه صنایع چوب، واحد ملایر، دانشگاه آزاد اسلامی، ملایر، ایران،

² استادیار، گروه صنایع چوب، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران

چکیده

در سراسر جهان، در راستای کاهش استفاده از پلاستیک در بسته‌بندی‌ها و تأثیرات مخرب آن بر محیط زیست، اقدامات نوآورانه مانند تولید کامپوزیت در حال انجام است. در این تحقیق، از پلی اتیلن به عنوان ماتریس پلیمری، الیاف ساقه ذرت به عنوان تقویت‌کننده و ماده سازگارکننده مالئیک انیدرید استفاده شده است. هدف اصلی این تحقیق بررسی خصوصیات مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت تولید شده با تغییر درصد و طول الیاف ساقه ذرت بوده است. در این تحقیق، درصدهای 20، 30 و 40 از الیاف ساقه ذرت در محصول و همچنین دو سطح طولی مش‌های 40 و 80 از آنها استفاده شده است. همچنین 5 درصد ماده سازگارکننده مالئیک انیدرید نیز به محصول اضافه شده است. نتایج آزمایشات نشان داده است که با افزایش طول الیاف و درصد آنها در محصول، جذب رطوبت افزایش می‌یابد. این بدان معناست که کامپوزیت با الیاف بلندتر و درصد بیشتر الیاف، بیشترین مقدار رطوبت را جذب می‌کند. همچنین، با افزایش طول الیاف، تغییرات طولی نمونه‌ها در آزمایشات مقاومت به کشش کاهش می‌یابد. این نتیجه نشان می‌دهد که الیاف بلندتر در محصول، مقاومت به تغییرات طولی را افزایش می‌دهد. در آزمون مقاومت به خمش نیز، افزایش طول و درصد الیاف منجر به افزایش مدول خمشی می‌شود. این به این معناست که استفاده از الیاف بلندتر و با درصد بیشتر در محصول، مدول خمشی کامپوزیت را افزایش می‌دهد. به طور کلی، نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که تغییر درصد و طول الیاف ساقه ذرت در کامپوزیت پلیاتیلن، تأثیر قابل توجهی بر خصوصیات مکانیکی و فیزیکی آن دارد. افزایش طول و درصد الیاف می‌تواند بهبودی در جذب رطوبت و مقاومت به تغییرات طولی و خمشی کامپوزیت ایجاد کند.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.22286675.1403.15.57.2.1

موضوعات

آزمون های بسته بندی

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Physical and Mechanical Properties of Polyethylene/Corn Stalk Fiber Composites Used in the Packaging Industry

نویسندگان [English]

Sara Pourabbasi ¹
Ahmad Samariha ²

¹ Assistant Professor, Department of Wood Industry, Malayer Branch, Islamic Azad University, Malayer, Iran

² Assistant Professor, Department of Wood Industry, Technical and Vocational University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Across the world, in an effort to reduce the use of plastic in packaging and its detrimental environmental impacts, innovative actions such as the production of composites are being undertaken. In this research, polyethylene was used as the polymer matrix, corn stalk fibers were used as the reinforcing agent, and maleic anhydride was used as a compatibilizer. The main objective of this study was to investigate the mechanical and physical properties of the produced composite material by varying the percentage and length of the corn stalk fibers. In this research, 20%, 30%, and 40% contents of corn stalk fibers were used in the composite product. Additionally, two different fiber length levels were tested, using mesh sizes of 40 and 80. Additionally, 5% of the compatibilizer maleic anhydride was also added to the product. The results have shown that the composite material with longer fiber lengths and higher fiber content (percentage) exhibited the highest moisture absorption. As the length of the fibers increased, the elongation or tensile strain of the samples decreased in the tensile strength tests. The findings show that longer fibers in the product increase the resistance to elongation or tensile deformation. In the flexural strength testing, increasing both the length and the percentage of the fibers led to an increase in the flexural modulus of the composite. The use of longer fibers and higher fiber content in the product leads to an increase in the flexural modulus of the composite. The results of this research show that varying the percentage and length of the corn stalk fibers in the polyethylene composite has a significant impact on the mechanical and physical properties of the material. Increasing the fiber length and percentage can improve moisture absorption and enhance resistance to dimensional and flexural changes in the composite.

کلیدواژه‌ها [English]

Wood Plastic Composite
Internal Mixer
Modulus of Elasticity
Polyethylene
Maleic Anhydride
Packaging

مراجع

Friedrich, “Success factors of Wood-Plastic Composites (WPC) as sustainable packaging material: A cross-sector expert study,” Sustainable Production and Consumption, vol. 30 pp. 506-517. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.spc.2021.12.030
H. Duku, S. Gu, and E. B. Hagan, “A comprehensive review of biomass resources and biofuels potential in Ghana,” Renew. Sustain. Energy Rev vol. 15, pp. 404-415, 2011.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.09.033

G. Chuah, A. G. K. Wan Azlina, Y. Robiah, and R. Omar, “Biomass as the renewable energy sources in Malaysia: an overview,” Int. J. Green Energy, vol. 3, pp. 323-346, 2006.

DOI: https://doi.org/10.1080/01971520600704779

Akgül, C. Güler, and Y. Çöpür, “Certain physical and mechanical properties of medium density fiberboards manufactured from blends of corn (Zea mays indurata Sturt.) stalks and pine (Pinus nigra) wood,” TURK J AGRIC FOR, vol 34 pp. 197-206. 2010. DOI: 10.3906/tar-0902-26
C. Ching, A. Rahman, K. Y. Ching, N. L. Sukiman, and H. C. Cheng, “Preparation and characterization of polyvinyl alcohol-based composite reinforced with nanocellulose and nanosilica,” BioRes, vol 10, pp. 3364-3377, 2015. DOI: 10.15376/biores.10.2.3364-3377
Awais, Y. Nawab, A. Amjad, A. Anjang, H. M. Akil, and M. S. Z. Abidin, “Environmental benign natural fibre reinforced thermoplastic composites: A review,” Compos. C: Open Access, vol. 4, pp. 100082. 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2020.100082
J. SepidehDam, “Investigating the characteristics of wood-plastic composite products in packaging,” J. Packag. Sci. Tech., vol. 2, pp 1-12, 1390, (In Persian).
Khonsari, H. R. Taghiyari, A. Karimi, and M. Tajvidi, “Study on the effects of wood flour geometry on physical and mechanical properties of wood-plastic composites,” Maderas. Ciencia y tecnología, vol. 17, pp. 545-558, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000049
F. Ashby, and D. CEBON, “Materials selection in mechanical design,” Le Journal de Physique IV, 3(C7), C7-1. 2011.
Tajvidi, S. Haghdan, and S. K. Najafi, “Physical properties of novel layered composites of wood flour and PVC,” J. Reinf. Plast. Compos. vol. 27, pp. 1759-1765, 2008.

DOI: https://doi.org/10.1177/07316844080270160101

Tanasă, M.Zănoagă, C. A. Teacă, M. Nechifor, and A. Shahzad, “Modified hemp fibers intended for fiber reinforced polymer composites used in structural applications—A review. I. Methods of modification,” Polym. Compos., vol. 41, pp. 5-31, 2020. DOI: https://doi.org/10.1002/pc.25354
Bouafif, A. Koubaa, P. Perre, and A. Cloutier, “Effects of fiber characteristics on the physical and mechanical properties of wood plastic composites,” Composites: Part A, vol. 40, pp. 1975-1981, 2009.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2009.06.003

Zhou, M. Fan, and L. Chen, “Interface and bonding mechanisms of plant fibre composites: An overview,” Compos. B: Eng., vol. 101, pp. 31-45, 2016.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.06.055

Mallakpour and M. Madani, “A review of current coupling agents for modification of metal oxide nanoparticles,” Prog. Org. Coat., vol. 86, pp. 194-207, 2015.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2015.05.023

Graziano, O. A. Titton Dias, B.Sena Maia, and L. Li, “Enhancing the mechanical, morphological, and rheological behavior of polyethylene/polypropylene blends with maleic anhydride grafted polyethylene,” Polym Eng Sci, vol. 61, pp. 2487-2495, 2021. DOI: https://doi.org/10.1002/pen.25775
Prachayawarakorn, P. Sangnitidej, and P. Boonpasith, “Properties of thermoplastic rice starch composites reinforced by cotton fiber or low-density polyethylene,” Carbohydr. Polym., vol. 81, pp. 425-433, 2010.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.02.041

Arbelaiz, B. Fernandez, J. A. Ramos, A. Retegi, R. Llano-Ponte, and I. Mondragon, “Mechanical properties of short flax fibre bundle/polypropylene composites: Influence of matrix/fibre modification, fibre content, water uptake and recycling,” Compos. Sci. Technol., vol. 65, pp. 1582-1592, 2005.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2005.01.008

Sudhakara, D. Jagadeesh, Y. Wang, C. V. Prasad, A. K. Devi, G., Balakrishnan,... and J.I. Song, “Fabrication of Borassus fruit lignocellulose fiber/PP composites and comparison with jute, sisal and coir fibers,” Carbohydr. Polym., vol. 98, pp. 1002-1010, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.06.080
N. Azwa, B. F. Yousif, A. C. Manalo, and W. Karunasena, “A review on the degradability of polymeric composites based on natural fibres,” Materials and Design, vol. 47, pp. 424–442, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2012.11.025
Kazemi Najafi, E. Hamidinia, and M. Tajvidi, “Mechanical properties of composites fromsawdust and recycled plastics,” J. Appl. Polym. Sci., vol. 100, pp. 3641–3645, 2006.

DOI: https://doi.org/10.1002/app.23159

Kazemi Najafi, M. Mostafazadeh, M. Chaharmahali, and M. Tajvidi, “The effects of filler content and water absorption on creep behavior of HDPE waste/MDF flour composites,” Iran. J. Polym. Sci. Technol., vol. 21, pp. 53-59, 2008.
Migneault, A. Koubaa, F. Erchiqui, A. Chaala, K. Englund, and M. P. Wolcott, “Effects of processing method and fiber size on the structure and properties of wood–plastic composites,” Compos Part A, vol. 40, pp. 80-85, 2009.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2008.10.004

R. Sanadi, J. F. Hunt, D. F. Caulfield, G. Kovacsvolgyi, and B. Destree, “High fiber-low matrix composites: kenaf fiber/polypropylene,” In Proceedings of 6th International Conference on Woodfiber-Plastic Composites, pp. 15-16, May 2001.
Yu, J. Ren, J. He, L. Su, and F. Liu, “Effect of compatibilizer on the structure and property of polycarbonate/polypropylene alloys,” J. Appl. Polym. Sci., vol. 139, e52957, 2022. DOI: https://doi.org/10.1002/app.52957
Antypas, and A. Dyachenko, “Physical and mechanical properties analysis of wood-waste composite panels,” Mater. Plast, vol. 59 61-72. 2022. DOI: https://doi.org/10.37358/MP.22.2.5585