خواص حرارتی و رئولوژیکی کامپوزیت چوب پلاستیک


اثر سیلان اصلاح شده مواد معدنی بر روی مکانیکی، ریزساختاری
چکیده
این مطالعه تجربی به بررسی تاثیر اندازه میکرو مواد معدنی مبتنی بر سیلیکات silanized در خواص مکانیکی، حرارتی، و رئولوژیکی از چوب (افرا) پلیمر (پلی اتیلن با چگالی بالا) کائوچو و مواد مرکب. مواد معدنی مبتنی بر سیلیکات مورد استفاده در آزمایش ها از باطله معدن آماده از طریق فرایند inertization (به لیچینگ اسید). دو نوع مختلف از سیلان هسته کاربردی از جمله وینیل trimethoxy و آمینو پروپیل سیلان trimethoxy آمینو اتیل (3٪) استفاده را تغییر دهید پرکننده های معدنی است. مقدار مختلف پرکننده های معدنی (1E5٪) به عنوان مواد مرکب چوب اضافه جایگزینی پرکننده و در حالی که خواص کامپوزیت ارزیابی شده است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که علاوه بر این از 1٪ سیلان اصلاح شده مواد معدنی استحکام کاهش می یابد و افزایش شکل پذیری (تا 25٪) از کامپوزیت پلیمر چوب. مواد معدنی ا اصلاح شده با وینیل سیلان موثر تر برای بهبود شد هر دو کششی و خمشی و نقاط قوت کمتر به نفع بر رفتار رئولوژیکی. آمین اصلاح شده مواد معدنی بدون تاثیر منفی بر عملکرد رئولوژیکی حال حتی اگر آنها به طور قابل توجهی کاهش یافته است استحکام کامپوزیت. هر دو مواد معدنی سطح اصلاح شده بهبود پایداری حرارتی از چوب پلاستیک کائوچو و مواد مرکب.
مقدمه
علاوه بر این از پرکننده های معدنی به کامپوزیت مبتنی بر پلیمر خواهد ویژگی های مختلف کامپوزیت مانند را تحت تاثیر قرار فیزیکی (به عنوان مثال، چگالی، رسانایی)، مکانیکی (به عنوان مثال، مدول، سختی، استحکام کششی)، و یا رئولوژیکی (به عنوان مثال، ویسکوزیته، ویسکوالاستیسیته) [1E3]. بین انواع مختلف از پلیمرهای آمورف مانند و بلورین، پلیمر کریستالی (به عنوان مثال، پلی پروپیلن و پلی اتیلن با چگالی بالا) بیشترین تعامل با پرکننده های معدنی [4]. مواد معدنی ا با استفاده از پلیمرهای طبقه بندی می شوند به عنوان ذرات (به عنوان مثال، سیلیس) و لیفی (به عنوان مثال، الیاف شیشه) [5]. علاوه بر این از پرکننده های معدنی ذرات بزرگ ممکن است باعث کاهش مقدار جهت گیری زنجیره ای پلیمر حاصل به مقدار کمتر از انقباض پلیمر و اشتعال پذیری در حالی که علاوه بر این از کوچک ذرات (در مقایسه با ابعاد زنجیره شبکه) ممکن است بعد از زنجیره شبکه [6e8] را افزایش دهد. علاوه بر این، از مواد معدنی پرکننده هدایت حرارتی بالاتر در مقایسه با پلیمر شسته و رفته [9]، خروجی حجمی پرپلیمرهای مذاب افزایش خواهد یافت (بهره وری بالاتر). این پدیده کاهش شدت جریان برق درایو (صرفه جویی در انرژی) و فشار سر و در نتیجه افزایش سرعت پیچ و هزینه نهایی کاهش [10e13].
از آنجا که ارزان و قابل دسترس، آسان به روند بودن، مواد سازگار با محیط زیست و زیست تخریب پذیر، الیاف چوب یک منبع جالب از پرکننده برای کامپوزیت های پلیمری بر اساس [14e17]. هر گونه افزایش در مقدار پرکننده چوب افزایش خواهد یافت کامپوزیت چوب پلاستیک (WPCs) زیست تخریب پذیری، اما آن را نیز عملکرد جریان را تحت تاثیر قرار خواهد برشی بالا بردن و ویسکوزیته کششی از مخلوط مذاب داغ [18e21]. علاوه بر این، بارگذاری بالاتر از پرکننده چوب (> 40٪) در WPC کاهش می یابد bioresistivity کامپوزیت [19]. بنابراین، علاوه بر این از پرکننده معدنی همراه با پرکننده چوب در WPCs ممکن است آماده سازی کل بهبود و عملکرد کامپوزیت. با این حال، پرکننده های معدنی مشابه پرکننده چوب مواد آب دوست هستند از این رو نه سازگار با ماتریس پلیمری. آنها بسیار حساس هستند تراکم عمدتا به دلیل انرژی سطح ویژه بالا [22،23]. از این رو، اصلاح پرکننده های معدنی با سازگارکننده یا عامل شیمیایی (به عنوان مثال، organosilane) را بهبود خواهد بخشید * نویسنده مسئول. پراکندگی و چسبندگی آنها را در داخل ماتریس پلیمری [3،24،25]. این نوع از درمان های شیمیایی را تغییر سطح خواص پرکننده معدنی با معرفی یک عامل اتصال. اشکال دوم یک پل طبیعت شیمیایی مناسب بین پرکننده و ماتریس [3]. در بین کانی های مختلف، سیلیس و کوارتز اند بالاترین واکنش با عوامل جفت سیلان [26].
موثر برای زن و شوهر پرکننده طبیعی و ماتریس پلیمری، مولکول سیلان باید حداقل دو گروه عاملی، که واکنش با هر دو فاز، در نتیجه تشکیل یک پل کووالانسی در بین [9]. سیلان است که به نام هسته کاربردی (organosilane) اگر یک گروه عاملی آلی به مولکول سیلیکون متصل به طور مستقیم و یا از طریق پل آلی (به عنوان مثال، alkyls) برای ایجاد آلی واکنش پذیری. گروه آلی trialkoxysilane (R1Si (OR) 3) است یا واکنش و یا غیر واکنشی است که می تواند با پلیمری copolymerized ماتریس به طور کلی به حضور یک شتاب دهنده یا فعال به علت در دمای بالا [23،27،28].
توانایی اتصال عرضی بالا، انعطاف پذیری بالا،و توانایی ترکیب شدن، برخی از خواص شناخته شده ترین آمین و سیلان بر اساس وینیل. در حالی که درمان وینیل سیلان باعث می شود مواد معدنی آبگریز سطح، سیلان آمین ایجاد هیدروفیل سطح [29]. به طور معمول 0.5e2٪ از سیلان بر اساس مواد معدنی توده برای تغییر و ارائه قابلیت های آلی به کافی است سطح [4]. اصلاح پرکننده با عوامل جفت سیلان به طور کلی از طریق فرآیند سل-ژل رخ می دهد. از طریق فرآیند سل-ژل، یک organosilane هیدرولیز و تبدیل به silanols گروه های عاملی (SiOH). پس از آن، silanols با گروه های OH در سطح واکنش نشان می دهند پرکننده های معدنی از طریق پیوند هیدروژنی. بسته به درجه حرارت و pH، مهر و موم بیشتر از پیوند های هیدروژنی به کووالانسی اوراق قرضه (سیلوکسان) بین ذرات سیلان، مواد معدنی و رخ می دهد مولکول سیلان سیلان [30]. شکل. 1 نشان می دهد یک فرم تغلیظ شده معمولی یک organosilane که محصور یک ماده معدنی ذرات SiO2 و (R1 نشان دهنده قابلیت آلی).
به عنوان یک منبع فراوان از پرکننده های معدنی، فرآوری مواد معدنی باطله در قالب تعلیق ذرات حاوی تولید مواد معدنی مختلف از جمله سیلیکات، اکسیدها، کربناتها، هیدروکسیدها، و سولفیدها [31]. استفاده مجدد و inertization باطله به عنوان سیلیکا پودر از کاهش اثرات زیست محیطی ممکن ارزشمند است (باطله دفن زباله کاهش دفع) [27،32]. ناهمسان روش ارائه شده و مورد استفاده برای تبدیل باطله را به یک مواد پایدار و همگن سیلیکات (به عنوان مثال، انجماد) [33]. که در این مطالعه، باطله از طریق لیچینگ اسید و سیلان اصلاح شده درمان و به عنوان یک منبع مناسب از مواد معدنی سیلیکات استفاده می شود.
به بهترین دانش ما، مطالعات بسیاری که در وجود دارد زمینه WPCs که علاوه بر این از مواد معدنی silanized در نظر گرفته پرکننده به عنوان یک ماده مکمل؛ بنابراین، اصالت این مطالعه شامل در ارزیابی اثر سیلان اصلاح شده پرکننده بر خواص مکانیکی، حرارتی و رئولوژیکی از چوب کائوچو و مواد مرکب پلاستیکی. . تجزیه و تحلیل های مختلف از جمله کششی، خمشی، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، رئولوژی، و حرارتی می باشد انجام برای نظارت بر تاثیر مخلوط پرکننده چوب و مواد معدنی در خواص و عملکرد کامپوزیت چوب پلاستیک.

2. مواد و روش
2.1. مجموعه مواد و آماده
به عنوان یک گونه های جنگلی، آرد چوب افرا (منبع واحد از چوب پرکننده در این مطالعه) از PWI صنعتی شرکت خریداری متوسط وزن مخصوص دیواره سلولی چوب افرا پرکننده 1.5 است، با سطح خاص از 1.1 M2 / G [34،35]. ترکیبات شیمیایی (معمولی) و دانه توزیع اندازه پرکننده چوب افرا نمایش داده می شود در جدول 1 و شکل. 2 هستند.
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) (DOW DMDA-8907 NT7، داو کمیکال) به عنوان ماتریس پلیمری استفاده می شود. علاوه بر این، مالئیک انیدرید پلی اتیلن (MAPE، Fusabond E226، Dupon) به عنوان استفاده عامل پیوند برای پرکننده های چوبی. برای اصالح پرکننده های معدنی، وینیل trimethoxy سیلان و آمینو اتیل آمینو پروپیل سیلان trimethoxy خریداری می شوند از داو کورنینگ شرکت تحت نام های تجاری XIAMETER OFS-6300 و XIAMETER OFS-6020 است. مدیر ویژگی ها و تنظیمات شیمیایی organosilanes که در این آزمایش در جدول 2 و شکل گنجانده شده است. 3.
تنها مرجع پرکننده های معدنی استفاده شده در این مطالعه به دست آمد از (کبک، کانادا) فرآوری مواد معدنی معدن LaRonde است باطله. برای آماده سازی پرکننده معدنی، باطله اول است خشک شده در 125؟ C به مدت 24 ساعت پس از آن leachingwas اسید انجام (با استفاده از اسید نیتریک در 85؟ C) به منظور بهبود همگن، اکسید مواد معدنی سولفید موجود، و برای آماده سازی سطح مواد معدنی برای درمان سیلان (اثر اچ) [27]. پس از آن، پرکننده های معدنی هستند شسته شده (شسته شده با آب) و دوباره خشک شده، و در نهایت یک درام مغناطیسی جدا استفاده می شود برای حذف امکان موجود آهن اکسید هیدروکسیدهمراه مواد معدنی است. وزن مخصوص و سطح مخصوص از مواد معدنی پرکننده مورد مطالعه به عنوان 2.4 و 22.97 M2 / گرم، به ترتیب اندازه گیری شد. کانی از پرکننده های معدنی توسط آنالیز XRD مشخص و اظهار داشت که در جدول 3 در حالی که توزیع اندازه دانه تجمعی خود است سایزر ذرات مالورن Mastersize تعیین و رسم در شکل. 1.
 
 
 
مسکوویت (KAl2 (Si3Al) O10 (OH، F) 2) یک ماده معدنی phyllosilicate است آلومینیوم و پتاسیم، البیت (NaAlSi3O8) فلدسپات پلاژیوکلاز است مواد معدنی، کلریت یک گروه از مواد معدنی phyllosilicate با کلی است فرمول ((کلسیم، سدیم، پتاسیم) (منیزیم، آهن، آل) 9 (سی، آل) 8O20 (OH) 10 $ N (H2O))، کوارتز (سیلیکا) دی اکسید سیلیکون و paragonite است (NaAl3Si3O10 (OH) 2) مشابه مسکوویت معدنی [4،36،37] است. درمان سیلان مواد معدنی با استفاده از حلال های آلی انجام می شود رسوب به عنوان جای دیگر [38] توضیح داد. تولوئن به عنوان حلال استفاده می شود و 3٪ organosilane (بر اساس جرم مواد معدنی) برای اضافه این درمان است. مواد معدنی نهایی silanized یک رنگ خاکستری بود.
2.2. تهیه WPCs و روش های آزمون تجربی
برای تهیه WPCs، مقدار پرکننده چوب، HDPE، و پرکننده های معدنی از 30 تا 40 درصد، 57e67٪ و 1E5٪ متفاوت به ترتیب. در تمام فرمولاسیون WPC آماده، 3٪ MAPE است اضافه به طور مداوم. جدول 4 نمایش تمام مخلوط آماده برای این مطالعه. یک ماشین دو پیچی اکسترودر (داشتن یک سرعت ماردان 50- دور در دقیقه و دمای قالب از 180؟ C دمای قالب) است مورد استفاده قرار ترکیب کامپوزیت. یک دستگاه تزریقهمراه با 180 C در هر بشکه و نازل دما و 160 مگاپاسکال فشار تزریق استفاده می شود برای آماده سازی نمونه برای مکانیکی آزمایش کردن. اطلاعات بیشتر در مورد این موضوع را می توان یافت در جای دیگر [39].
 
 
 
 
تست کشش انجام شده است در ASTM D-638 با سرعت بر اساس 5 میلی متر / دقیقه بر روی نمونه های سگ با استخوان (نوع I) با 3.18 میلی متر ضخامت. برای هر ارزیابی، در مجموع از 5 نمونه شد برای اندازه گیری تست کشش در نظر گرفت. خمشی WPCs رفتار توسط آزمون خمش سه نقطه (حدود دهانه به عمق- نسبت 16: 1 و با سرعت 1.4 میلی متر / دقیقه) با استفاده از ASTMD-790. از آنجا که چسبندگی پرکننده و ماتریس در WPCs نقش کلیدی در است تعیین خواص مکانیکی، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تجزیه و تحلیل استفاده شده است به رعایت پرکننده و ماتریس رابط (هیتاچی S3500-N میکروسکوپ الکترونی روبشی با ولتاژ شتاب از 20 کیلو الکترون ولت و یک انتشار از حدود 110 میلی آمپر). به منظور درک تاثیر پرکننده های معدنی در تخریب WPCs، تجزیه و تحلیل حرارتی (TGA) انجام شده است با استفاده از دستگاه Q600 SDT در اتمسفر نیتروژن بی اثر در 20 C؟ / دقیقه نرخ حرارت تا 600 C؟ اندازه گیری رئولوژیکی انجام شده توسط رئومتر (AR 2000؛ ابزار TA) مرتبط با نرم افزار مربوط (رئولوژی مزیت تجزیه و تحلیل داده، TA) در فضای آزمایشگاهی. دیسک نمونه بین هندسه موازی صفحه قرار می گیرد (25 میلی متر قطر) تنظیم 1.5 میلی متر اندازه فاصله. ابزار برنامه ریزی برای انجام تجزیه و تحلیل رفت و برگشت فرکانس در 200؟ C در 5 دقیقه (که مانع از پرکننده fromwood تخریب) و فرکانس تغییر از 0.1 تا 100 هرتز و فشار است که در 0.1٪ ثابت شده است. نمونه دیسک برای آزمون رئولوژی (25 قطر میلی متر و ضخامت 4 میلی متر) آماده با استفاده از یک قالب دایره ای و یک دستگاه پرس قالب ریزی و ریختهگری داغ در 180؟ C و فشار 200 بار [40].

3. نتایج و بحث
3.1. خواص مکانیکی کامپوزیت
نتایج به دست آمده از آزمون کشش در جدول 5 ارائه شده است. نمودار هیستوگرام رسم در شکل و 4 5 و مقایسه استحکام کششی و مدول کنترل (بدون پرکننده های معدنی) و WPCs حاوی وینیل و آمین اصلاح شده مواد معدنی است. همانطور که می توان از جدول 5 دیده می شود، محتوای پرکننده چوب اصلی است دلیل افزایش سفتی (که همچنین تضمین افزایش مدول الاستیک) و استحکام کششی. در واقع، علاوه بر این از طبیعی الیاف (به عنوان مثال، چوب / گیاهی) را کاهش می دهد انعطاف پذیری ماتریس پلیمری [41]. در این مطالعه، تقویت میزان پرکننده چوبی از 30 تا 40٪ افزایش سختی و استحکام کششی تا 28٪ و 15٪ و طول در شکست تا 16٪ کاهش یافته است. علاوه بر این، با مقایسه قدرت عملکرد تمام نمونه ها، رفتار الاستیک بالاتر از WPCs حاوی هیچ پرکننده معدنی است قابل مشاهده با توجه به مقدار قدرت عملکرد بالاتر که حاکی از دخالت گسترش منطقه خطی. با این حال، علاوه بر این از پرکننده های معدنی اصلاح شده رفتار پلاستیک WPCs با افزایش کشیدگی بهبود یافته در استراحت و کاهش مدول الاستیک. مقدار پلیمر در شکل 4 و 5 برای همه نمونه ها حاوی پرکننده معدنی ثابت (57٪) است در حالی که برای نمونه بدون تغییر پرکننده معدنی از 67٪ (C-30-67) به 57٪ (ج 40-57). همانطور که می توان از شکل مشاهده می شود. 4a و محاسبه شده از جدول 5،
 
 
 
 
و در مقایسه با نمونه شامل 40٪ پر کننده چوب (ج 40-57)، جایگزینی 1٪ چوب پرکننده با 1٪ وینیل اصلاح شده مواد معدنی پر کننده (C-39-57-1 VM) کاهش سفتی از نمونه تا 9٪ در حالی که استحکام کششی است که در همان سطح را حفظ (شکل b4). در مقایسه با نمونه های حاوی 35٪ پر کننده چوب (C-35-62)، مدول الاستیک و استحکام کششی نمونه حاوی 3٪ پر کننده معدنی (C-37-57-3 VM) است 9٪ کمتر و 3٪ بالاتر respectively.When جایگزینی پرکننده چوب افزایش تا 5٪ (C-35-57-5 VM)، سختی و استحکام کششی مطرح تا 4٪ و 11٪ به ترتیب در مقایسه با نمونه شامل 30 درصد از پرکننده چوب (C-30-67).
در مورد مواد معدنی آمین اصلاح شده (شکل 5)، مدول الاستیک و کاهش استحکام کششی بیشتر قابل توجه است (شکل 5a و ب). که در مقایسه با نمونه شامل 40٪ پر کننده چوب (C-40-57)، جایگزینی 1٪ پر کننده چوب با 1٪ آمین اصلاح شده مواد معدنی (ج 39-57-1 AM) کاهش مدول الاستیک و استحکام کششی تا 14٪ و 3٪ بود. هنگامی که این جایگزینی قائل گشته تا 3٪ (ج 37-57-3 AM)، سفتی کامپوزیت به کاهش ارزش تا به دست آمده برای کامپوزیت با 30 درصد از پرکننده چوب (C-30-67)، اما استحکام کششی C-37-57-3AM است 13٪ بالاتر از ج 30-67. در مقایسه با C-30-67 نمونه، جایگزینی 5٪ پرکننده چوب (C-35-57-5 AM) باعث کاهش سفتی و کششی قدرت کامپوزیت با به ترتیب 7 درصد و 3 درصد است.
از آنجا که خواص مکانیکی کامپوزیت های چوب پلاستیک هستند اداره شده توسط بهره وری چسبندگی و استرس انتقال در رابط بین پرکننده و ماتریس [41]، هر گونه کاهش در افزایش طول در نقطه شکست مربوط به افزایش در مناطق رابط است. در واقع، با توجه به شکاف مدول بین پرکننده و ماتریس، تمرکز تنش است واقع در رابط پرکننده / ماتریس. از این رو، تحت بارگذاری کششی، ترک خواهد شد در آن نقاط ناپیوستگی [42] آغاز می شود. درمان پرکننده معدنی با عوامل جفت سیلان افزایش یافته سازگاری پرکننده / ماتریس در WPC منجر به سطحی بهتر چسبندگی بین ماتریس پلیمر و پرکننده. بنابراین، آن است ممکن است به ترکیب پرکننده های معدنی اصلاح شده با پرکننده چوبی برای افزایش قابلیت تجزیه بیولوژیک (با بارگذاری یک مقدار بالاتر از چوب / مواد معدنی پرکننده) و به منظور کاهش هزینه محصول نهایی (توسط کاهش مقدار پلیمر استفاده می شود) در حالی که مکانیک خواص در همان سطح داشت. آمین سیلان است موثر برای کاهش سختی در حالی که کامپوزیت وینیل سیلان در مقاومت به کشش موثر تر است.
جدول 6 نشان دهنده نتایج خمشی WPCs. همانطور که می توان مشاهده شده از جدول 6، علاوه بر این از پرکننده چوبی از 30٪ تا 40٪ مدول و استحکام خمشی افزایش تا 23٪ و 14٪ ترتیب در حالی که کشیدگی مربوط کاهش یافته است کمتر از 1٪ است. تعویض تا 5 پرکننده٪ چوب با وینیل اصلاح شده مواد معدنی کاهش مدول الاستیک و استحکام خمشی کمتر از 1٪ و 4٪ به ترتیب، در حالی که کشیدگی کمتر افزایش از 2٪. جایگزینی تا 5 درصد پرکننده چوب با aminemodified مواد معدنی کاهش مدول و استحکام خمشی کمتر از 5٪ و 1٪ به ترتیب، در حالی که ازدیاد طول افزایش یافته است کمتر از 2٪ (شبیه به اصلاح وینیل). شبیه به دست آمده نتایج حاصل از تست کشش، گروه عاملی آمین کارآمد تر است برای تغییر سختی WPCs در حالی که وینیل صالح تر است به تحت تاثیر قرار استحکام مکانیکی. می توان آن را اظهار داشت که اثرات مواد معدنی-سیلان اصلاح شده بیشتر قابل توجه کششی WPCs شد رفتار در مقایسه با رفتار خمشی. همچنین می شود سودمند است اگر به مقادیر بالاتر از organosilanes (> 3٪) مورد استفاده قرار گرفته به ایجاد تغییر در مواد معدنی به برجسته تاثیر سیلان عامل (بخش ارگانیک) مهمتر بر رفتار کامپوزیت.
 
 
 
3.2. بررسی میکرو
میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شده است به رعایت سطح شکسته از WPCs پس از رفع در نیتروژن مایع. همانطور که می از شکل دیده می شود. 6A، سطح شکسته از C-40-57 میکروگراف نشان می دهد که بسیاری از پرکننده چوب در خارج از پلیمر کشیده ماتریس در طول فرایند شکست. این است که متوجه است که الیاف بیرون کشیده تمیز و معاف از پلیمر روی سطح خود هستند. اینها ویژگی پیشنهاد پیوند سطحی ضعیف بین پرکننده چوب و ماتریس، عمدتا توسط پیوند هیدروژنی [3] تضمین شده است. در C-39- 57-1 و C-VM 39-57-1 AM کائوچو و مواد مرکب (شکل 6b و ج)، پرکننده با ماتریس تا حد زیادی تحت پوشش و شکست رخ می دهد با شکستگی فیبر. این نتیجه را تایید سطحی افزایش چسبندگی به علت حضور organosilane در پرکننده های معدنی سطح، که ممکن است واکنش شیمیایی با پلیمر تحت ماتریس و الیاف چوب. نتیجه سطحی قوی پیوند بین پرکننده و ماتریس در بازتاب بهبود خواص مکانیکی WPCs.
 
 
3.3. تجزیه و تحلیل حرارتی
هر دو مشتق وزن سنجی حرارتی (DTG) و حرارتی وزن سنجی نتایج (TGA) تجزیه و تحلیل در این بخش معرفی شده اند. در حالی که TGA فراهم می کند تغییر وزن کمی، DTG نشان دهنده نقطه که در آن از دست دادن وزن بیشتر مشهود است [43]. در این مطالعه، کاهش وزن از همه کامپوزیت عمدتا در دو مرحله (مرحله رخ داده است: ؟ 360 C، مرحله II:؟ 470؟ C). کاهش وزن مشتق (٪ / ج) ارزش فرمول در مراحل ذکر شده در جدول 7. همانطور ارائه می توان از جدول 7، افزایش میزان پرکننده چوب در دیده از دست دادن وزن مشتق در مرحله I، که حاکی از دخالت تخریب مطرح از بالاتر پرکننده چوب ترکیبات (برای مثال، سلولز، همی سلولز، و لیگنین). از دست دادن وزن مشتق در مورد تجزیه ماتریس پلیمری (مرحله دو) قطره به عنوان HDPE محتوا را در نمونه شاهد (C-30-67، C-35-62، C-40- کاهش 57) [43e45]. با این حال، در نمونه حاوی پرکننده های معدنی، مقدار پلیمر ثابت (57 درصد)، و از این رو هر گونه تغییر در است مرحله II مربوط به پرکننده معدنی و تعامل ماتریس پلیمری است (تجزیه پرکننده های معدنی برگزار خواهد شد در این را ندارد درجه حرارت). بر اساس جدول 7، میان کائوچو و مواد مرکب حاوی مواد معدنی وینیل اصلاح شده، فرمول با مواد معدنی 1٪ بیشتر است پایدار حرارتی (کاهش وزن) در حالی که در میان کائوچو و مواد مرکب حاوی مواد معدنی آمین اصلاح شده 3٪ فرمولاسیون حرارتی ثبات در مرحله دوم است.
 
 
شکل. 7 ارائه DTG (شکل 7A) و TGA (شکل 7B) منحنی های نمونه شاهد (C-40-57) و C-39-57-1 VM و C-39-57-1 AM نمونه. شکل. 7a و B نمایش تخریب پرکننده چوبی ترکیب در؟ 360؟ C و تجزیه پلیمری ماتریس در؟ 470؟ C. از آنجا که ترکیب WPCs انتخاب شده است مشابه و تنها 1٪ پرکننده چوبی با 1٪ مواد معدنی اصلاح شده جایگزین، هر مقایسه بین رفتار حرارتی آنها خواهد شد نشان دهنده تاثیر وینیل و آمین گروه های عاملی در WPCs پایداری حرارتی (تعامل بخش ارگانیک سیلان و ماتریس پلیمری). همانطور که می توان از شکل مشاهده می شود. 7B، از دست دادن وزن در 360؟ C است انتظار می رود که مشابه (تفاوت جزئی در ترکیب WPCs) در حالی که نمونه حاوی organosilane اصلاح شده مواد معدنی نمایشگاه کاهش وزن پایین تر، پس پایداری حرارتی بهتر است. حرارتی بهبود ثبات C-39-57-1 AM و نمونه C-39-67-1 VM نشان می دهد که مخلوط کردن پرکننده چوبی با ماتریس پلی اتیلن HDPE و مواد معدنی اصلاح شده را مهار الیاف تخریب حرارتی توسط کم کردن سرعت سیلان تخریب عامل جفت، با توجه به قوی پیوند شیمیایی بین گروه های سیلانول و polymermatrix [46]. علاوه بر این، خود را به خوبی ثابت شده است که از معرفی حرارتی پرکننده های معدنی پایدار اعطا پایداری حرارتی بهتر به آلی ماتریس پلیمری [47]، به عنوان آن است که در 470 نشان داده شده است C و همچنین.
 
 
3.4. ارزیابی رئولوژیکی
بر اساس فرکانس زاویه ای (0.1e1000 راد / S)، حداکثر و حداقل مقدار G0 مدول ذخیره سازی، از دست دادن G00 مدول، و پیچیده ویسکوزیته ساعت * هر فرمول در جدول 8 ارائه شده است. WhileG0 توصیف خواص الاستیک، G00 توضیح می دهد که چسبناک ویژگی های WPCs. به طور کلی، ویسکوزیته، ذخیره سازی و از دست دادن مقدار مدول افزایش به عنوان مقدار پرکننده چوب در WPCs افزایش می یابد [48]. همانطور که می توان از جدول 8، علاوه بر این از پرکننده چوبی از 30 یافت تا 35٪ افزایش ویسکوزیته پیچیده تا 7٪، اما زمانی که لود پرکننده چوب به 40 درصد رسیده است، ویسکوزیته پیچیده افزایش یافته است تا 43٪ (که حاکی از دخالت مشکلات در پردازش WPCs با مقدار بالا پرکننده چوب). همین روند برای G0 و G00 (افزایش 24٪ رخ داده است برای هر دو هنگامی پرکننده چوب بالا 35-40٪). به غیر از علاوه بر این از 1٪ پر کننده معدنی اصلاح شده، هر دو از 3٪ و 5٪ آمین و مواد معدنی وینیل اصلاح شده فاز G0، G00، و ساعت * مقادیر تغییر به طور مشابه. برای مقایسه تاثیر تغییرات مختلف در رفتار رئولوژیک WPCs، G0 مربوط، G00، و ساعت * نمودار های ج 40-57، C-39-57-1 VM، و C-39-57-1 AM در ارائه انجیر. 8e10. همانطور که در شکل دیده میشود. 8، جایگزینی از 1٪ چوب پرکننده با 1٪ مواد معدنی وینیل اصلاح بزرگ مدول ذخیره سازی تا 19٪. که در به عبارت دیگر، در 200؟ C کامپوزیت حاوی 1٪ وینیل اصلاح شده مواد معدنی رفتار الاستیک بالاتر نمایش داده شود. در واقع، در میان تمام فرمولاسیون آماده (جدول 8)، C-39-57-1 VM نمایش داده بالاترین رفتار الاستیک. تفاوت بین دو نفر دیگر نمونه ها در شکل. 8 جزئی است و تفاوت در 0.6e1.4 راد / S می به خطا عملکرد آزمون نسبت داد.
مشابه به نتایج به دست آمده از G0، 1٪ مواد معدنی وینیل اصلاح شده G00 تقویت تا 26٪ (شکل 9) است که بالاترین ارزش در میان تمام فرمولاسیون (جدول 8). به عبارت دیگر، اصلاح وینیل رفتار بالاترین چسبناک به WPCs ارائه شده است. علاوه بر این، آمینه اصلاح کامپوزیت بر اساس هیچ تنوع در ارزش G00 در مقایسه با نمونه شاهد نشان نمی دهد. به همین ترتیب، جایگزینی 1٪ چوب پرکننده با 1٪ وینیل اصلاح شده مواد معدنی بالاترین ویسکوزیته پیچیده نه تنها در شکل آورده شده است. 10 (تا 35٪)، اما همچنین در میان تمام فرمولاسیون (جدول 8). جایگزینی 1٪ چوب پرکننده با 1٪ مواد معدنی آمین اصلاح شده نمی بطور قابل توجهی ویسکوزیته پیچیده را تحت تاثیر قرار.
 
 
 
به همین ترتیب، جایگزینی 1٪ چوب پرکننده با 1٪ وینیل اصلاح شده مواد معدنی بالاترین ویسکوزیته پیچیده نه تنها در شکل آورده شده است. 10 (تا 35٪)، اما همچنین در میان تمام فرمولاسیون (جدول 8). جایگزینی 1٪ چوب پرکننده با 1٪ مواد معدنی آمین اصلاح شده نمی بطور قابل توجهی ویسکوزیته پیچیده را تحت تاثیر قرار.

4. نتیجه گیری
همانطور که در این مطالعه نشان داده شده است، پرکننده چوب دلیل اصلی است افزایش ویسکوزیته، مدول الاستیسیته، کششی و خمشی استحکام. پایداری حرارتی WPC در 40 درصد محتوای پرکننده چوب بود کاهش در حالی که مقاومت مکانیکی بهبود یافته است. ظاهرا، علاوه بر این از پرکننده چوبی بالاتر از 40٪ را به تحت تاثیر قرار تعامل پرکننده / پرکننده و ماتریس پرکننده منفی (تماس افزایش و در نتیجه فاز ناپیوسته). این است که در این مطالعه نشان داده شده است که هر تغییری در خواص مختلف WPCs بیشتر وابسته هستند به محتوای پرکننده چوبی در مقایسه با محتوای پرکننده معدنی. جایگزینی پرکننده چوب با مبتنی بر سیلیکات سیلان اصلاح شده مواد معدنی، با این حال، یک تاثیر مثبت در استحکام مکانیکی حال توسعه و ثبات حرارتی WPCs به ویژه هنگامی که 1٪ پرکننده معدنی مورد استفاده قرار گرفت. تاثیر وینیل و آمین آلی گروه بر خواص WPCswas کاملا متفاوت. در حالی که وینیل گروه آلی افزایش ویسکوزیته کامپوزیت، آمین کاربردی گروه بدون اثر منفی بر روی ویسکوزیته بود. در مقایسه با نمونه کنترل، هر دو مواد معدنی اصلاح شده بهبود حرارتی ثبات WPCs. نتایج حاصل از آزمون های مکانیکی نشان میدهد که علاوه بر این از مواد معدنی اصلاح شده کاهش مدول الاستیسیته و بهبود شکل پذیری. در این مورد، آمین کاربردی گروه کارآمد تر برای گسترش انعطاف پذیری کامپوزیت در بود نسبت به گروه وینیل، اما وینیل سیلان بدون تاثیر منفی داشته در مقاومت به کشش. یافته های ریزساختاری همچنین پرکننده چوب بهتر و ماتریس پلیمری تعامل به عنوان نمایش داده در نتیجه از مواد معدنی اصلاح شده علاوه بر. شایان است تغییر پرکننده های معدنی با میزان بالاتری از عوامل organosilane به برجسته اثرات بخشی آلی مهمتر.
 
References
[1] Leblanc JL. Filled polymers: science and industrial applications. CRC Press,
Taylor and Francis Group, ch 1; 2009.
[2] Ferreira JAM, Reis PNB, Costa JDM, Richardson BCH, Richardson MOW. A study
of the mechanical properties on polypropylene enhanced by surface treated
nanoclays. Compos Part B Eng 2011;42(6):1366e72.
[3] Kim B-J, Yao F, Han G, Wang Q, Wu Q. Mechanical and physical properties of
coreeshell structured wood plastic composites: effect of shells with hybrid
mineral and wood fillers. Compos Part B Eng 2013;45(1):1040e8.
[4] Ciullo PA. Industrial Minerals and their uses: a handbook and formulary. New
Jersey: William Andrew Inc.; 1996.
[5] Chanda M, Roy SK. Plastics fundamentals, properties, and testing. 1st ed. Boca
Raton: CRC press; 20091-103e1-104.
[6] Rothon R. Particulate-filled polymer composites. iSmithers Rapra Publishing;
2003. p. 368.
[7] Sawyer L, Grubb D, Meyers GF. Polymer microscopy. Springer Science &
Business Media; 2008. p. 366.
[8] Mark JE, Abou-Hussein R, Sen TZ, Kloczkowski A. Some simulations on filler
reinforcement in elastomers. Polymer 2005;46(21):8894e904.
[9] Wong T-t, Lau K-t, Tam W-y, Etches JA, Kim J-K, Wu Y. Effects of silane surfactant
on Nano-ZnO and rheology properties of nano-ZnO/epoxy on the UV
absorbability of nano-ZnO/epoxy/micron-HGF composite. Compos Part B Eng
2016;90:378e85.
[10] Roussel MD, Guy AR, Shaw LG, Cara JE. The use of calcium carbonate in
polyolefins offers significant improvement in productivity. target 2005;300:
350.
[11] Wang Y, Zhang J. Influences of talc on fire performance of low density polyethylene.
Fire Technol 2014;50(4):873e88.
[12] Kulshreshtha AK. Handbook of polymer blends and composites. iSmithers
Rapra Publishing, ch 2; 2002.
[13] Pritchard G. Plastics additives: a Rapra market report. iSmithers Rapra Publishing;
2005. p. 40.
[14] Ashori A. Woodeplastic composites as promising green-composites for
automotive industries! Bioresour Technol 2008;99(11):4661e7.
[15] Zhang ZX, Zhang J, Lu B-X, Xin ZX, Kang CK, Kim JK. Effect of flame retardants
on mechanical properties, flammability and foamability of PP/woodefiber
composites. Compos Part B Eng 2012;43(2):150e8.
[16] Jarukumjorn K, Suppakarn N. Effect of glass fiber hybridization on properties
of sisal fiberepolypropylene composites. Compos Part B Eng 2009;40(7):
623e7.
[17] Lu T, Liu S, Jiang M, Xu X, Wang Y, Wang Z, et al. Effects of modifications of
bamboo cellulose fibers on the improved mechanical properties of cellulose
reinforced poly (lactic acid) composites. Compos Part B Eng 2014;62:191e7.
[18] Li TQ, Wolcott MP. Rheology of wood plastics melt. Part 1. Capillary rheometry
of HDPE filled with maple. Polym Eng Sci 2005;45(4):549e59.
[19] Klyosov AA. Wood-plastic composites. John Wiley & Sons; 2007.
[20] Kontopoulou M. Applied polymer rheology: polymeric fluids with industrial
applications. New Jersey: John Wiley & Sons; 2012. p. 190.
[21] Hidalgo-Salazar MA, Mina JH, Herrera-Franco PJ. The effect of interfacial
adhesion on the creep behaviour of LDPEeAleFique composite materials.
Compos Part B Eng 2013;55:345e51.
[22] Vilgis TA, Heinrich G, Klüppel M. Reinforcement of polymer nano-composites:
theory, experiments and applications. Cambridge University Press; 2009.
p. 96.
[23] Ansarifar A, Azhar A, Ibrahim N, Shiah SF, Lawton JMD. The use of a silanised
silica filler to reinforce and crosslink natural rubber. Int J adhes adhes
2005;25(1):77e86.
[24] Mealey SK, Thomas B, Corning D. Past, present and future of organosilane
treatments for fillers. Rubber world 2005;12:32e4.
 [25] Greco A, Maffezzoli A, Casciaro G, Caretto F. Mechanical properties of basalt
fibers and their adhesion to polypropylene matrices. Compos Part B Eng
2014;67:233e8.
[26] Arkles B. Silane coupling agents: connecting across boundaries v2. 0. Morrisvile,
PA: Gelest. Inc; 2006.
[27] Blatz MB, Sadan A, Kern M. Resin-ceramic bonding: a review of the literature.
J Prosthet Dent 2003;89(3):268e74.
[28] Mittal KL. Silanes and other coupling agents. CRC Press; 2007.
[29] Williams M, Nechaev AN, Lototsky MV, Yartys VA, Solberg JK, Denys RV, et al.
Influence of aminosilane surface functionalization of rare earth hydrideforming
alloys on palladium treatment by electroless deposition and
hydrogen sorption kinetics of composite materials. Mater Chem Phys
2009;115(1):136e41.
[30] Brinker CJ, Scherer GW. Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel
processing. Academic press, ch 3; 2013.
[31] Lottermoser B. Mine wastes: characterization, treatment and environmental
impacts. Springer; 2010.
[32] Bian Z, Miao X, Lei S, Chen S-e, Wang W, Struthers S. The challenges of reusing
mining and mineral-processing wastes. Science 2012;337(6095):702e3.
[33] Colombo P, Brusatin G, Bernardo E, Scarinci G. Inertization and reuse of waste
materials by vitrification and fabrication of glass-based products. Curr Opin
Solid State Mater Sci 2003;7(3):225e39.
[34] Ding W-D, Koubaa A, Chaala A, Belem T, Krause C. Relationship between wood
porosity, wood density and methyl methacrylate impregnation rate. Wood
Mater Sci Eng 2008;3(1e2):62e70.
[35] Koohestani B, Koubaa A, Belem T, Bussiere B, Bouzahzah H. Experimental
investigation of mechanical and microstructural properties of cemented paste
backfill containing maple-wood filler. Constr Build Mater 2016;121:222e8.
[36] Evans AM. Ore geology and industrial minerals: an introduction. John Wiley &
Sons; 2009.
[37] Mineralogy Database [Available from: http://webmineral.com/.
[38] Hermanson GT. Bioconjugate techniques. Elsevier Science; 2010. p. 567.
[39] Migneault S, Koubaa A, Perre P, Riedl B. Effects of wood fiber surface chemistry
on strength of woodeplastic composites. Appl Surf Sci 2015;343:11e8.
[40] Erchiqui F, Godard F, Gakwaya A, Koubaa A, Vincent M, Kaddami H. Engineering
investigations on the potentiality of the thermoformability of HDPE
charged by wood flours in the thermoforming part. Polym Eng Sci 2009;49(8):
1594.
[41] Rong MZ, Zhang MQ, Liu Y, Yang GC, Zeng HM. The effect of fiber treatment on
the mechanical properties of unidirectional sisal-reinforced epoxy composites.
Compos Sci Technol 2001;61(10):1437e47.
[42] Hablot E, Matadi R, Ahzi S, Averous L. Renewable biocomposites of dimer fatty
acid-based polyamides with cellulose fibres: thermal, physical and mechanical
properties. Compos Sci Technol 2010;70(3):504e9.
[43] Ayrilmis N, Kaymakci A, Güleç T. Potential use of decayed wood in production
of wood plastic composite. Ind Crops Prod 2015;74:279e84.
[44] Shahedifar V, Rezadoust AM. Thermal and mechanical behavior of cotton/vinyl
ester composites: effects of some flame retardants and fiber treatment.
J Reinf Plast Compos 2013. 0731684413475911.
[45] Migneault S, Koubaa A, Perre P. Effect of fiber origin, proportion, and chemical
composition on the mechanical and physical properties of wood-plastic
composites. J Wood Chem Technol 2014;34(4):241e61.
[46] Ganetri I, Tighzert L, Dony P, Challioui A. New composites based on castor oil
with isophorone diisocyanate polyurethanes and cellulose fibers. J Mater
Environ Sci 2013;4(4):571e82.
[47] Subramani S, Lee J-Y, Kim JH, Cheong IW. Crosslinked aqueous dispersion of
silylated poly (urethaneeurea)/clay nanocomposites. Compos Sci Technol
2007;67(7):1561e73.
[48] Godard F, Vincent M, Agassant JF, Vergnes B. Rheological behavior and mechanical
properties of sawdust/polyethylene composites. J Appl Polym Sci
2009;112(4):2559e66.
[49] Walcarius A, Mercier L. Mesoporous organosilica adsorbents: nanoengineered
materials for removal of organic and inorganic pollutants. J Mater Chem
2010;20(22):4478e511.
[50] Manakhov A, Moreno-Couranjou M, Boscher ND, Roge V, Choquet P, Pireaux JJ.
Atmospheric pressure pulsed plasma copolymerisation of maleic anhydride
and vinyltrimethoxysilane: influence of electrical parameters on chemistry,
morphology and deposition rate of the coatings. Plasma Process Polym
2012;9(4):435e45.
[51] Rowell RM. Handbook of wood chemistry and wood composites. CRC press;
2012.