دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

 آمار

تعداد نشریات13
تعداد شماره‌ها664
تعداد مقالات6,941
تعداد مشاهده مقاله10,196,564
تعداد دریافت فایل اصل مقاله9,426,719
ابراهیم پور کاسمانی, جعفر, ثمریها, احمد. (1404). بهبود خواص حرارتی و مکانیکی چندسازه‌های مبتنی بر آرد چوب نوئل با افزودن نانو گرافن. , 32(3), 59-77. doi: 10.22069/jwfst.2025.23527.2105
جعفر ابراهیم پور کاسمانی; احمد ثمریها. "بهبود خواص حرارتی و مکانیکی چندسازه‌های مبتنی بر آرد چوب نوئل با افزودن نانو گرافن". , 32, 3, 1404, 59-77. doi: 10.22069/jwfst.2025.23527.2105
ابراهیم پور کاسمانی, جعفر, ثمریها, احمد. (1404). 'بهبود خواص حرارتی و مکانیکی چندسازه‌های مبتنی بر آرد چوب نوئل با افزودن نانو گرافن', , 32(3), pp. 59-77. doi: 10.22069/jwfst.2025.23527.2105
ابراهیم پور کاسمانی, جعفر, ثمریها, احمد. بهبود خواص حرارتی و مکانیکی چندسازه‌های مبتنی بر آرد چوب نوئل با افزودن نانو گرافن. , 1404; 32(3): 59-77. doi: 10.22069/jwfst.2025.23527.2105

بهبود خواص حرارتی و مکانیکی چندسازه‌های مبتنی بر آرد چوب نوئل با افزودن نانو گرافن

پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 32، شماره 3، مهر 1404، صفحه 59-77    اصل مقاله (1.03 M)
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwfst.2025.23527.2105
نویسندگان
جعفر ابراهیم پور کاسمانی* 1؛ احمد ثمریها2
1دانشیار، گروه چوب و کاغذ، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران
2استادیار، گروه علوم مهندسی، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
چکیده
سابقه و هدف
نانوکامپوزیت‌ها به دلیل ترکیب ویژگی‌های مواد نانو با ماتریس‌های پلیمری، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. این تحقیق با هدف بررسی تأثیر میزان نانوگرافن و آرد چوب بر ویژگی‌های فیزیکی، مکانیکی و حرارتی نانو چندسازه ساخته‌شده از آرد چوب نوئل و پلی‌پروپیلن بازیافتی انجام شد. نانوگرافن به عنوان یک تقویت‌کننده مؤثر در بهبود خواص مکانیکی و حرارتی این کامپوزیت‌ها معرفی شده است.
مواد و روش‌ها
در این تحقیق، پلی‌پروپیلن بازیافتی (در سطح ثابت 50 درصد)، آرد چوب نوئل (در سطح ثابت 50 درصد)، نانوگرافن در چهار سطح (0، 5/0، 1 و 5/1 درصد) 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. خواص مکانیکی شامل مقاومت کششی و خمشی، مدول کششی و خمشی، و مقاومت به ضربه فاق‌دار، همچنین خواص حرارتی و آتش‌گیری، بر اساس استاندارد ASTM اندازه‌گیری شدند.
یافته‌ها
نتایج تجزیه واریانس بیانگر این است که تأثیر نانو گرافن بر مدول کشش، مقاومت خمش و مقاومت به ضربه فاق‌دار در سطح اطمینان 95% معنی‌دار نیست. در حالی‌که تأثیر نانو گرافن بر مقاومت کشش و خمش و شاخص اکسیژن محدود در سطح اطمینان 95% معنی‌دار است. نتایج نشان داد که با افزایش مقدار نانوگرافن تا 1 درصد وزنی، مقاومت کششی و خمشی، مدول خمشی و کششی چندسازه افزایش می‌یابد. با این حال، با افزودن مقدار 5/1 درصد وزنی نانوگرافن، این خواص کاهش می‌یابند. همچنین، افزایش میزان نانوگرافن منجر به افزایش میزان خاکستر باقیمانده و بهبود ثبات حرارتی شد.
نتیجه‌گیری
این تحقیق به بررسی تأثیر میزان نانوگرافن و آرد چوب بر ویژگی‌های فیزیکی، مکانیکی و حرارتی نانو چندسازه‌های ساخته‌شده از آرد چوب نوئل و پلی‌پروپیلن بازیافتی پرداخته است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش مقدار نانوگرافن تا ۱ درصد وزنی، خواص مکانیکی شامل مقاومت کششی و خمشی، مدول کششی و خمشی، افزایش می‌یابد. این افزایش به دلیل بهبود چسبندگی بین نانوگرافن و ماتریس پلیمری است که موجب تقویت ساختار کلی و افزایش استحکام می‌شود.
با این حال، افزودن ۵/۱ درصد وزنی نانوگرافن منجر به کاهش این خواص می‌شود که به کلوخه شدن و توزیع نامناسب نانوگرافن در ماتریس نسبت داده می‌شود. این پدیده نقاط ضعف در ساختار ماده ایجاد کرده و عملکرد مکانیکی را کاهش می‌دهد. همچنین، نتایج نشان می‌دهد که با افزایش میزان نانوگرافن، میزان خاکستر باقیمانده نیز افزایش یافته و ثبات حرارتی چندسازه بهبود می‌یابد. نانوگرافن با ایجاد لایه زغالی در دماهای بالا، روند تخریب حرارتی را کاهش می‌دهد و می‌تواند به‌عنوان یک عامل مؤثر در افزایش ثبات حرارتی عمل کند.
بنابراین، نتایج این تحقیق تأکید می‌کند که برای دستیابی به خواص بهینه، مدیریت دقیق مقدار نانوگرافن و توجه به توزیع یکنواخت آن در ماتریس پلیمری ضروری است. استفاده از مقادیر کم نانوگرافن می‌تواند به بهبود خواص مکانیکی و حرارتی کمک کند، در حالی که مقادیر بالاتر ممکن است منجر به تضعیف این خواص شود. به‌طور کلی، این نتایج می‌تواند به طراحی و تولید بهینه نانوچندسازه‌ها کمک کند.
کلیدواژه‌ها
آرد چوب نوئل؛ پلی‌پروپیلن بازیافتی؛ مقاومت خمشی؛ مدول خمشی؛ نانو گرافن
مراجع
  1. Chan, C.M., Vandi, L.J., Pratt, S., Halley, P., Richardson, D., Werker, A., & Laycock, B. (2018). Composites of wood and biodegradable thermoplastics: A Review. Polymer Reviews. 58: 3. 444-494.
  2. López-Barroso, J. (2016). Graphene-based materials functionalization with natural polymeric biomolecules. Recent Advances in Graphene Research, 257p.
  3. Osman, A., Elhakeem, A., Kaytbay, S., & Ahmed, A. (2022). A comprehensive review on the thermal, electrical, and mechanical properties of graphene-based multi-functional epoxy composites. Advanced Composites and Hybrid Materials, 5: 2. 547-605.
  4. Wang, F., Drzal, L.T., Qin, Y., & Huang, Z. (2015). Mechanical properties and thermal conductivity of graphene nanoplatelet/epoxy composites. Journal of materials science. 50: 1082-1093.
  5. Beigloo, J.G., Eslam, H.K., Hemmasi, A.H., Bazyar, B., & Ghasemi, I. (2017). Effect of nanographene on physical, mechanical, and thermal properties and morphology of nanocomposite made of recycled high density polyethylene and wood flour. BioResources, 12: 1. 1382-1394.
  6. Al-Maqdasi, Z., Gong, G., Nyström, B., Emami, N., & Joffe, R. (2020). Characterization of wood and Graphene Nanoplatelets (GNPs) reinforced polymer composites. Materials. 13: 9. 2089.
  7. Mudoi, M.P., Sinha, S., & Parthasarthy, V. (2021). Polymer composite material with nettle fiber reinforcement: a review. Bioresource Technology Reports. 16, 100860.
  8. Huang, H.D., Ren, P.G., Chen, J., Zhang, W.Q., Ji, X., & Li, Z.M. (2012). High barrier graphene oxide nanosheet/poly (vinyl alcohol) nanocomposite films. Journal of Membrane Science.. 409: 156-163.
  9. Parveez, B., Kittur, M.I., Badruddin, I.A., Kamangar, S., Hussien, M., & Umarfarooq, M.A. (2022). Scientific advancements in composite materials for aircraft applications: a review. Polymers. 14: 22. 5007.
  10. Mohan, V.B., Lau, K.T., Hui, D., & Bhattacharyya, D. (2018). Graphene-based materials and their composites: A review on production, applications and product limitations. Composites Part B: Engineering. 142: 200-220.
  11. Papageorgiou, D.G., Kinloch, I.A., & Young, R.J. (2017). Mechanical properties of graphene and graphene-based nanocomposites. Progress in materials science. 90: 75-127.
  12. Ghaje Beigloo, J., & Samariha, A. (2019). A study on composite from recycled high-density polyethylene and wood flour. Journal of the Indian Academy of Wood Science. 16: 9-14.
  13. Idumah, C.I., Hassan, A., & Bourbigot, S. (2017). Influence of exfoliated graphene nanoplatelets on flame retardancy of kenaf flour polypropylene hybrid nanocomposites. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 123: 65-72.
  14. Sheshmani, S., Ashori, A., & Fashapoyeh, M.A. (2013). Wood plastic composite using graphene nanoplatelets. International Journal of Biological Macromolecules. 58: 1-6.
  15. Chaharmahali, M., Hamzeh, Y., Ebrahimi, G., Ashori, A., & Ghasemi, I. (2014). Effects of nano-graphene on the physico-mechanical properties of bagasse/polypropylene composites. Polymer Bulletin. 71: 337-349.
  16. Jahromi, S.G., Andalibizade, B., & Vossough, S. (2010). Engineering properties of nanoclay modified asphalt concrete mixtures. Arabian Journal for Science & Engineering (Springer Science & Business Media BV). 35p.
  17. Potts, J.R., Dreyer, D.R., Bielawski, C.W., & Ruoff, R.S. (2011). Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer. 52: 1. 5-25.
  18. Razaq, A., Bibi, F., Zheng, X., Papadakis, R., Jafri, S. H. M., & Li, H. (2022). Review on graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide-based flexible composites: From fabrication to applications. Materials. 15: 3. 1012.
  19. Gupta, M.K., & Srivastava, R.K. (2016). Mechanical properties of hybrid fibers-reinforced polymer composite: A Review. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 55: 6. 626-642.
  20. Martin-Gallego, M., Verdejo, R., López-Manchado, M.A., & Sangermano, M. (2011). Epoxy-graphene UV-cured nanocomposites. Polymer. 52: 21. 4664-4669.
  21. Papageorgiou, D.G., Li, Z., Liu, M., Kinloch, I.A., & Young, R.J. (2020). Mechanisms of mechanical reinforcement by graphene and carbon nanotubes in polymer nanocomposites. Nanoscale. 12: 4. 2228-2267.
  22. Khan, F., Hossain, N., Mim, J.J., Rahman, S.M., Iqbal, M.J., Billah, M., & Chowdhury, M.A. (2025). Advances of composite materials in automobile applications–A review. Journal of Engineering Research. 13: 2. 1001-1023.
  23. Zhang, X., Zhang, J., & Wang, R. (2019). Thermal and mechanical behavior of wood plastic composites by addition of graphene nanoplatelets. Polymers. 11: 8. 1365.
  24. Sang, M., Shin, J., Kim, K., & Yu, K.J. (2019). Electronic and thermal properties of graphene and recent advances in graphene based electronics applications. Nanomaterials. 9: 3. 374.
  25. Kumar, R., Singh, S., & Singh, L.P. (2017). Studies on enhanced thermally stable high strength concrete incorporating silica nanoparticles. Construction and Building Materials. 153: 506-513.
  26. Seaberg, J., Montazerian, H., Hossen, M.N., Bhattacharya, R., Khademhosseini, A., & Mukherjee, P. (2021). Hybrid nanosystems for biomedical applications. ACS Nano. 15: 2. 2099-2142.
  27. Soni, S.K., Thomas, B., & Kar, V.R. (2020). A comprehensive review on CNTs and CNT-reinforced composites: syntheses, characteristics and applications. Materials Today Communications. 25: 101546.
  28. Rami, J.M., Patel, C.D., Patel, C.M., & Patel, M.V. (2021). Thermogravimetric analysis (TGA) of some synthesized metal oxide nanoparticles. Materials Today: Proceedings. 43: 655-659.
  29. Ramakoti, I.S., Panda, A.K., & Gouda, N. (2023). A brief review on polymer nanocomposites: current trends and prospects. Journal of Polymer Engineering. 43: 8. 651-679.
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 95
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 62


سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب