Odun plastik kompozitlerin gerilme-gevşeme davranışlarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, iki farklı tür ve oranda; dolgu maddesi kullanılarak üretilen odun plastik kompozitlerin gerilme- gevşeme davranışlarının belirlenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla %10 ve 20 oranında polimer matris içerisine magnezyumoksisulfat, lignoselülozik dolgu maddesi (Pinus brutia Ten.) Maleik Anhidrit Grafted Polipropilen (MAPP) ve vaks %3-oranında karıştırılmış; ekstrüzyon ve enjeksiyon kalıplama yöntemi kullanılarak test örnekleri üretilmiştir. Odun plastik kompozitlerin, çekmede gerilme-gevşeme davranışını belirlemek amacıyla ASTM D 638 (2004) standardına belirtilen esaslar dikkate alınarak Kompozit üretim reçetesindeki oranlara uygun olarak test örnekleri hazırlanmıştır. Test örnekleri; 600 Newton kuvvet, çekme hızı 5mm/dakika ve 2 saatlik çekmede gerilme-gevşeme davranışları belirlenmiştir. Denemeler oda şartlarında (yaklaşık 200C sıcaklık ve %55 bağıl nem) gerçekleştirilmiş ve test yapılan odanın sıcaklığı klima ile ayarlanmıştır. Test sonuçlarından elde edilen verilere göre; gerilme-gevşeme değerlerinde dolgu maddesi türü ve oranının etkisinin önemli olduğu tespit edilmiştir. Lignoselülozik ve sentetik dolgu maddesi oranı ve türünün test örneklerinin gerilme-gevşeme değerlerinde etkili olduğu ve dolgu maddesi katılım oranının artmasına bağlı olarak gerilme-gevşeme değerlerini açık bir şekilde düşürdüğü tespit edilmiştir. Dolgu maddesi katılımı ile polimer zincirleri arasında mekanik etkilere bağlı olarak gerçekleşen hareket kabiliyetinde azalma meydana gelerek gerilmesinin zaman içerisinde azaldığı ve dolgu miktarının artması durumunda gerilme-gevşeme oranında azalmanın arttığı tespit edilmiştir Gerilme-gevşeme davranışının önemli olduğu uygulamalarda dolgu maddesi oranının dikkate alınarak uygulamanın planlanması önemlidir.

Keywords

• Odun plastik kompozit
• Gerilme-gevşeme
• Kızılçam
• Magnezyumoksisulfat

Investigation of stress-relaxation behaviors of wood plastic composites

Abstract

In this study, it was aimed to determine the stress and relaxation behavior of wood plastic composites produced by using magnesiumoxysulphate and lignocellulosic filler. For this purpose, test specimens were produced by using 10% and 20% magnesiumoxysulfate, lignocellulosic filler (Pinus brutia Ten.), 3% wax and maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) into the polymer matrix. Extrusion and injection molding methods were used in the manufacturing of test specimens. In order to determine the stress relaxation behavior of wood plastic composites in tensile, a total of 15 test samples, 3 for each variable parameter of each production code, were prepared in depend on the ASTM D 638 (2004) standard. The stress-relaxation behaviors of test samples were determined at 600 Newton force, tensile speed of 5mm/min and tensile for 2 hours. The experiments were carried out in room conditions and the temperature of the room where the experiment was conducted was adjusted with air conditioning. According to the test results; It has been determined that the ratio and type of filler materials have a significant effect on the stress relaxation values. It has been determined that the Synthetic and lignocellulosic filler participation rates are effective on the stress relaxation values of the test samples and the stress relaxation values decrease significantly as the participation rate increases. It has been determined that the filler ratio reduces the mobility of the polymer chains between them, this delays the relaxation and as the amount of filler increases, the relaxation decreases. In applications where stress relaxation behaviour it is important, specific care should be paid on the selection of filler amount.

Keywords

• Wood plastic composite
• Stress-relaxation
• Red pine
• Magnesiumoxysulphate

References

1. ASTM D 638, 2004. Standard test method for tensile properties of plastics. ASTM International, West Conshohocken, PA., USA.
2. Boukettaya, S., Almaskari, F., Abdala, A., Alawar, A., Daly, H.B., Hammami, A., 2015. Water absorption and stress relaxation behavior of PP/date palm fiber composite materials. In: Design and Modeling of Mechanical Systems -II (Ed: Chouchance, M., Fakhfakh, T., Daly, H., Aifaoui, N., Chaari, F.,), Springer, Hammamet, Tunisia, pp. 437–445.
3. Bhattacharyya, D., Manikath, J., Jayaraman, K., 2006. Stress relaxation of woodfiber-thermoplastic composites. Journal of Applied Polymer Science, 102: 401–407.
4. Clemons, C., 2002. Wood-plastic composites in united states: The interfacing of two industries. Forest Products Journal, 52(6): 10–18.
5. Çavus, V., 2017. Farklı erime akış indeksine sahip polipropilen esaslı ahşap polimer kompozitlerin özelliklerinin belirlenmesi. Doktora tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
6. Çavus, V., Mengeloglu, F., 2016. Utilization of synthetic based mineral filler in wood plastics composite. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 77(2): 57-63.
7. Çavuş, V., Mengeloğlu, F., 2020. Effect of wood particle size on selected properties of neat and recycled wood polypropy-lene composites. Bioresources, 15(2): 3427-3442.
8. Design Expert® 7.0.2., 2004. Stat-Ease Inc., Minneapolis, MN, USA.English, B., Falk, R., 1995. Factors That Affect The Application of Wood Fiber Plastic Composites: Wood–Fiber–Plastic Composites, Virgin and Recycled Wood Fiber and Polymers for Composites. Forest Products Society Project Report No: 7293, Madison.

9. Erten, P., Önal, S., 1987. Kızılçam Odununun Özellikleri, Korunması, Reçine Üretimi ve Kullanım Yerleri. Orman Araştırma Enstitüsü Yayınları, El Kitapları Dizisi I, Ankara.
10. Fancey, K.A., 2005. Mechanical model for creep, recovery and stress relaxation in polymeric materials. Journal of Material Science, 40(18): 4827–4831.
11. Hietala, M., 2013. Extrusion processing of wood-based biocomposites. Doctoral Thesis, Luleå University of Technology, Luleå.
12. Kaymakcı, A., 2015. Çeşitli güçlendirici dolgularla üretilen ahşap plastik nanokompozitlerin karakterizasyonu. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
13. Kutty, S.K., Nando, G.B., 1991. Short kevlar fiber-thermoplastic polyurethane composite. Journal of Applied Polymer Science, 43: 1913–1923.
14. Leong, Y.W., Abu Bakar, M.B., Mohd Ishak, Z.A., Ariffin, A., Pukanszky, B., 2004. Comprasion of the mechanical properties and interfacial interactions between talc, kaolin and calcium carbonate filled polypropylene composites. Journal of Applied Polymer Science, 91: 3315–3326.
15. Marisa, C.G.R., Antonio, H.M.F.T.S., Fernanda, M.B.C., Ana Lucia, N.S., 2005. Study of composites based on polypropylene and calcium carbonate by experimental design. Polymer Testing, 24: 1049–1053.
16. Matuana, L.M., Heiden, P.A., 2004. Wood composites. In: Encyclopedia of Polymer Science and Technology (Ed: Kroschwitz, J.I.), Wiley, New York, pp: 523-546.
17. Mazlum, U., 2008. EPDM sentetik kauçuğunun gerilme gevşemesi davranışının deneysel olarak incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon. Mirzaei, B., Tajvidi, M., Falk, R., Felton, C., 2011. Stress-relaxation behavior of lignocellulosic high-density polyethylene composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 30: 875–881.
18. Neyişçi, T., 2001. Kızılçamın ekolojisi. In: Kızılçam El Kitabı (Ed: Öktem, E.), Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Muhtelif Yayınlar Serisi: 52, Ankara, s. 25-47.
19. Obaid, N., Kortschot, M.T., Sain, M., 2018. Predicting the stress relaxation behavior of glass-fiber reinforced polypropylene composites. Composites Science and Technology, 161: 85–91.
20. Pothan, L.A., Neelakantan, N.R., Rao, B.,Thomas, S., 2004. Stress relaxation behavior of banana fiber-reinforced polyester composites. Journal of Reinforced Plastics Composite, 23: 153–165.
21. Saeed, U., Hussain, K., Rizvi, G., 2014. HDPE reinforced with glass fibers: Rheology, tensile properties, stress relaxation, and orientation of fibers. Polymer Composite, 35: 2159–2169.
22. Stan, F., Fetecau, C., 2013. Study of stress relaxation in polytetraflyoroethylene composites by cylindrical macroindentation. Composite Part B, 47: 298–307.
23. Sreekala, M.S., Kumaran, M.G., Joseph, R., Thomas, S., 2001. Stress relaxation behavior in composites based on short oil-palm fibres and phenol formaldehyde resins. Composites Science and Technology, 61: 1175–1188.
24. Vahapoğlu, V., 2006. Kauçuk türü malzemelerin inelastik özelliklerinin deneysel olarak incelenmesi. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
25. Wang, Y., Cao, J., Zhu, L., Zhao, G., 2012. Interfacial compatibility of wood flour / polypropylene composites by stress relaxation method. Journal of Applied Polymer Science, 126: 89–95.