Investigation of expanded perlite usage in wood-plastic composite materials

Abstract

In the study, some technological properties of composites obtained by using expanded perlite in wood-plastic composites were investigated. Expanded perlite, polypropylene (PP), sawdust, corn cob shavings and MAPP interface agent were used for the preparation of polymer composites. Twin screw extruder was used for composite production. The amount of lignocellulosic materials in the composites was kept constant and the amount of expanded perlite was gradually increased and the effect of the amount of perlite on the properties of the composites was investigated. The mechanical (bending, tensile and shock resistance), physical (surface hardness), thermal (TGA and DSC) and SEM analyzes of the test samples prepared from the obtained composites were carried out and their technological properties were investigated. According to the results of the analysis, it was understood that as the expanded perlite ratio in the composite material increased, the results of flexural strength, tensile strength and modulus of elasticity increased, but the shock resistance decreased. In addition, it was understood that the MAPP material added to bond between lignocellulosic and plastic improves the mechanical properties of the composites. According to the results obtained, it was understood that the expanded perlite added to the composites improved the technological properties of the wood plastic composite material.

Keywords

• Perlite
• WPC
• Polymer Composite

Project Number

2017/2-62 YLS

Odun-plastik kompozit malzemelerde genleştirilmiş perlit kullanımının araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, genleştirilmiş perlitin odun-plastik kompozitlerde kullanılmasının bazı mekanik, termal ve morfolojik özellikler üzerine etkisi araştırılmıştır. Kompozitlerin üretilmesi için polipropilen (PP), genleştirilmiş perlit, karaçam testere talaşı, mısır koçanı talaşı ve MAPP bağlayıcının bulunduğu reçeteler kullanılmıştır. Hazırlanan karışımlar ikiz vidalı ekstruder kullanılarak kompozit malzemeler üretilmiştir. Kompozitler içerisinde lignoselülozik maddelerin miktarı sabit tutularak genleştirilmiş perlitin miktarı tedrici olarak artırılarak etkisi araştırılmıştır. Üretilen kompozit levhalardan hazırlanan test örneklerinin mekanik (eğilme, çekme ve şok direnci, yüzey sertliği) özelliklerinin yanı sıra termal (TGA ve DSC) ve SEM analizleri yapılarak özellikleri araştırılmıştır. Analiz sonuçlarına göre genel olarak kompozit malzeme içerisindeki genleştirilmiş perlit oranı arttıkça eğilme direnci, çekme direnci, elastikiyet modülü, şok direnci ve sertlik değerlerinin arttığı belirlenmiştir. Ayrıca plastik malzeme ile lignoselülozik ve genleştirilmiş perlit arasında bağ yapması için eklenen MAPP maddesi, kompozitlerin mekanik özelliklerini iyileştirdiği anlaşılmıştır. Sonuç olarak, kompozitlere eklenen genleştirilmiş perlitin odun plastik kompozit malzemenin özelliklerini iyileştirdiği anlaşılmıştır.

Keywords

• Perlit
• Odun Plastik Kompozit
• Polimer Kompozit

Supporting Institution

Proje Kapsamında KSU BAP Tarafından Desteklenmiştir.

Project Number

2017/2-62 YLS

Thanks

Bu makale, Abdullah Kürşat Arıkan isimli lisansüstü öğrenciye ait “Genleştirilmiş perlitin odun plastik kompozit malzemede kullanımının araştırılması” başlıklı tezden türetilmiştir. Bu çalışma, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimince desteklenmiştir. Proje Numarası: 2017/2-62 YLS.

References

1. Altuntas, E., Narlioğlu, N., Alma, M. H., (2017), Investigation of the fire, thermal, and mechanical properties of zinc borate and synergic fire retardants on composites produced with PP-MDF wastes, Bioresources, 17(2), 6971–6983. DOI: 10.15376/ biores.12.4.6971-6983
2. Altuntaş, E., (2012), Pulperden ayrılan doğal ve sentetik atıklardan yeni nesil kompozit malzemelerin karakterizasyonu, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Kahramanmaraş. 209s.
3. Arıkan, A. K., (2019), Genleştirilmiş perlitin odun plastik kompozit malzemede kullanımının araştırılması, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş.
4. ASTM D256 (2000), Standard test methods for determining the Izod pendulum impact resistance of plastics. American Society for Testing Materials.
5. ASTM D2863 (2000), Standard test method for measuring the minimum oxygen concentration to support candlelike combustion of plastics (oxygen index), ASTM International, West Conshohocken, USA.
6. ASTM D635 (2014), Standard test method for rate of burning and/or extent and time of burning of plastics in a horizontal position, ASTM International, West Conshohocken, USA.
7. ASTM, D. 2240-05 (2010), Standard Test Method for Durometer Hardness. ASTM: West Conshehocken, PA, USA.
8. Atagür, M., Sarikanat, M., Uysalman,T., Polat, O., Elbeyli, İ.Y., Seki, Y., Sever K., (2018), Mechanical, thermal, and viscoelastic investigations on expanded perlite–filled high-density polyethylene composite, Journal of Elastomers & Plastics, 50(8) s.747-761. DOI: 10.1177/0095244318765045

9. Babikir, H. A., Abd, E. M., Elsheikh, A. H., Showaib, E. A., Elhadary, M., Wu, D., Liu, Y., (2019), Noise prediction of axial piston pump based on different valve materials using a modified artificial neural network model. Alexandria Engineering Journal, 58(3). 1077-1087. DOI: https:10.1016/j.aej.2019.09.010
10. Bal, B. C., (2022), Lineer düşük yoğunluklu polietilen (LDYPE) ve odun unu ile üretilen kompozit malzemenin bazı mekanik özellikleri üzerine bir araştırma. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 5 (1), 40-49. DOI: 10.33725/mamad.1126534
11. Das, P. P., Chaudhary, V., (2021), Moving towards the era of bio fibre based polymer composites. Cleaner Engineering and Technology, 4, 100182. DOI: 10.1016/j.clet. 2021.100182
12. Elsheikh, A. H., Deng, W., Showaib, E. A., (2020), Improving laser cutting quality of polymethylmethacrylate sheet: experimental investigation and optimization. Journal of Materials Research and Technology, 9(2), 1325-1339. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.11.059
13. Elsheikh, A. H., Panchal, H., Shanmugan, S., Muthuramalingam, T., El-Kassas, A. M., Ramesh, B., (2022), Recent progresses in wood-plastic composites: Pre-processing treatments, manufacturing techniques, recyclability and eco-friendly assessment. Cleaner Engineering and Technology, 8, 100450, DOI: 10.1016/j.clet.2022. 100450
14. Ertaş, M., Altuntaş, E., Dönmez Çavdar, A., (2019), Effects of halloysite nanotube on the performance of natural fiber filled poly (lactic acid) composites. Polymer Composites, 40(11), 4238-4247. DOI: 10.1002/pc.25284
15. Faisal, A., Salmah, H., (2012), Paper-filled low-density polyethylene composites mechanical and thermal properties of compatibilized waste office white, Journal of Thermoplastic Composite Materials, 25 (2), 193-207. DOI: 10.1177/089270571140816
16. Haque, M. M. U., Goda, K., Ogoe, S., Sunaga, Y., (2019), Fatigue analysis and fatigue reliability of polypropylene/wood flour composites. Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, 2(3), 136-142. DOI: 10.1016/j.aiepr.2019.07.001
17. Hongzhen, C., Keyan, Y., Weiming, Y., (2017), Effects of calcium carbonate on preparation and mechanical properties of wood/plastic composite. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 10(1), 184-190. DOI: 10.3965/j.ijabe.20171001.2707
18. Kaymakçı, A., Ayrılmış, N., Akbulut T., 2014, Dış cephe kaplamalarına ekolojik bir yaklaşım: ahşap polimer kompozitler, 7. Ulusal Çatı Cephe Sempozyumu, 3-4 Nisan 2014, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye. 7s.
19. Martikka, O., Huuhilo, T., Butylina, S., Karki, T., (2012), The effect of mineral fillers on the thermal properties of wood-plastic composites, Wood Material Science & Engineering, 7(2), 104-114. DOI: 10.1080/17480272.2012.663408
20. Mengeloglu, F., Karakus, K., (2008), Thermal degradation, mechanical properties and morphology of wheat straw flour filled recycled thermoplastic composites, Sensors, 8(1), 500-519. DOI: 10.3390/s8010500
21. Narlıoğlu, N., Çetin, N. S. Alma, M. H., (2018), Karaçam testere talaşının polipropilen kompozitlerin mekanik özelliklerine etkisi, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1 (1) , 38-45 . DOI: 10.33725/mamad.433532
22. Narlıoğlu, N., Salan, T., Çetin, N. S., Alma, M. H., (2018), Evaluation of furniture industry wastes in polymer composite production, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1(2), 78-85. DOI: 10.33725/mamad.492418
23. Premphet, K., Horanont, P., (1999), Phase structure and property relationships in ternary polypropylene/elastomer/filler composites: effect of elastomer polarity. Journal of Applied Polymer Science, 76(13), 1929-1939. DOI: 10.1002/(SICI)1097
24. Tian, H., Tagaya, H., (2007), Preparation, characterization and mechanical properties of the polylactide/perlite and the polylactide/montmorillonite composites, Journal of Materials Science, 42(9), 3244-3250. DOI: 10.1007/s10853-006-0230-5
25. Zhu, Y. D., Allen, G. C., Jones, P. G., Adams, J. M., Gittins, D. I., Heard, P. J., Skuse, D. R., (2014), Dispersion characterisation of CaCO3 particles in PP/CaCO3 composites, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 60, 38-43. DOI: 10.1016/j.compositesa.2014.01.012