مقایسه اثر نانوسیلیس، نانورس، نانوگرافن و نانولوله کربنی بر خواص سایشی و مکانیکی چندسازه ساخته شده از پلی وینیل کلراید- آرد چوب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه سلولزی و بسته بندی، پژوهشکدة شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران.

2 گروه سلولزی و بسته بندی، پژوهشکدة شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران

3 گروه سلولزی و بسته‌بندی، پژوهشکدة شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران.

10.22059/jfwp.2025.396855.1349

چکیده

در این پژوهش عملکرد سایشی چندسازه ساخته شده از پلی‌وینیل کلراید- آرد چوب که با نانوسیلیس، نانورس، نانوگرافن و نانولوله‌ کربنی تقویت شده است، مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفت. همچنین خواص مکانیکی و سختی نمونه‌های دارای نانوذرات و نمونه‌های شاهد مقایسه شدند. برای این منظور، آرد چوب با نسبت وزنی50 درصد با پلی‌وینیل کلراید به روش اختلاط مذاب با یکدیگر ترکیب شدند. نانوذرات در مقادیر مختلف 1، 2، 3 و 5 درصد وزنی به‌کار گرفته شد. آزمون سایش مطابق روش پین دیسک بر روی نمونه‌ها انجام، مقاومت به سایش و ضریب اصطکاک آن‌ها انداز‌ه‌گیری شد. جنبه‌ ریخت‌شناسی نمونه‌ها به منظور مطالعه نحوه پراکنش نانوذرات در چندسازه‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) انجام شد. نتایج نشان داد وجود نانوذرات موجب بهبود رفتار سایشی چندسازه‌ها از طریق کاهش نرخ سایش و افزایش ضریب اصطکاک آن می شود. همچنین در هنگام استفاده از نانوذرات در مقادیر زیاد (5 درصد وزنی)، خواص سایشی نمونه‌ها کاهش می‌یابد. کمترین مقدار کاهش وزن به ترتیب در نمونه‌های حاوی نانوسیلیس، نانوگرافن، نانولوله کربنی و نانورس برابر 11/0، 14/0، 19/0، و 22/0 گرم در سطح بارگذاری 3 درصد مشاهده شد. مقدار کاهش وزن در نمونه‌های شاهد معادل نمونه‌های شاهد معادل 33/0 گزارش شد. یافته‌های حاصل از ارزیابی سختی و استحکام مکانیکی (مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته خمشی، مقاومت کششی و مدول الاستیسیته کششی) نشان داد که بیشترین مقدار این ویژگی‌ها در چندسازه‌های حاصل از اختلاط با 3 درصد نانوسیلیس به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparison of the effect of nanosilica, nanoclay, nanographene and carbon nanotubes on the tribological and mechanical properties of polyvinyl chloride-wood flour composites

نویسندگان [English]

  • Behzad Kord 1
  • Mehdi Roohani 2
  • Farnaz Movahedi 3
1 Cellulosic Materials and Packaging Research Group, Research Center of Chemistry and Petrochemistry, Standard Research Institute, Karaj, Iran
2 Cellulosic Materials and Packaging Research Group, Research Center of Chemistry and Petrochemistry, Standard Research Institute, Karaj, Iran
3 Cellulosic Materials and Packaging Research Group, Research Center of Chemistry and Petrochemistry, Standard Research Institute, Karaj, Iran.
چکیده [English]

In this study, the abrasion performance of the polyvinyl chloride-wood flour the tribological performance of the composites reinforced with nanosilica, nanoclay, nanographene, and carbon nanotubes has been investigated. Moreover, the mechanical strength and hardness of the specimens containing nanoparticles with the control samples were compared. To meet this objective, wood flour was mixed with polyvinyl chloride at a weight ratio of 50% by melt compounding. Nanoparticles were used in the various loading levels of 1, 2, 3 and 5% (by weight). Tribological test was performed on the samples according to the pin on disk method, and their wear resistance and friction coefficient were measured. The morphological of the specimens were characterized using FE-SEM to study the dispersion of nanoparticles in the composites. The results indicated that the presence of nanoparticles in the polymer matrix improves the tribological behavior of the composite by reducing the wear rate and increasing its friction coefficient. Furthermore, the tribological properties of the samples decreased with the inclusion of high levels of nanoparticles (5% by weight). The lowest weight loss was determined for the specimens containing nanosilica, nanographene, carbon nanotube, and nanoclay followed by 0.11, 0.14, 0.19, and 0.22 gr at 3 wt% loading level, respectively. The amount of weight loss in the control samples was reported to be 0.33 gr. The findings from the evaluation of hardness and mechanical strength (flexural strength, flexural modulus, tensile strength, and tensile modulus) demonstrated that the highest values of these properties were obtained in the composites containing 3% nanosilica.

کلیدواژه‌ها [English]

  • composites
  • friction coefficient
  • weight loss
  • wear resistance
  • nanoparticles