قسم الفيزياء يناقش أطروحة دكتوراه  تبحث في استخدام القصب مع المخلفات الزراعية في تحضير متراكبات الخشب البلاستيكي

ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة ( ابن الهيثم ) أطروحة الدكتوراه الموسومة ( تحضير متراكبات الخشب البلاستيكي ودراسة خصائصه ) للطالبة ( ريا علي عبد جاسم ) التي انجزتها تحت اشراف التدريسي في القسم ( أ.م.د. عبد الحميد رحيم الصراف ) ونوقشت من قبل اعضاء لجنة المناقشة المبينة اسمائهم فيما يأتي  :

• أ.د. زينب عبدالسلام ( رئيسا )

• أ.د. وداد حمدي ( عضوا )

• أ.م.د. حسين خزعل ( عضوا )

• أ.م.د. احمد فاضل حمزة ( عضوا )

• أ.م.د. محمد عبد النبي ( عضوا )

• أ.م.د. عبدالحميد الصراف ( عضوا ومشرفا )

واشارت الطالبة في بحثها الى ان ضرورة استغلال المخلفات الزراعية التي قد تؤثر على البيئة من خلال تحضير متراكبات الخشب البلاستيكي باستخدام القصب والتي تدخل في تطبيقات البناء كالمباني والمسطحات المائية والسقوف الثانوية والتي تكون مقاومة للصدمات وذات  قوة متانة عالية تفوق الخشب الطبيعي.

وتم في في هذه الدراسة استغلال مخلفات الخشب والاستفادة منها عن طريق تحضير نوعين من متراكبات الخشب البلاستيكي احدهما يتكون من بوليمرات متصلدة بالحرارة ( thermoset) نوع راتنج الايبوكسي, والأخر يتكون من بوليمرات (thermoplastic) نوع بولي بروبلين, حيث تم تحضير متراكبات الايبوكسي المدعم بدقائق الخشب (القصب) بطريقة (casting method) وبكسور وزنية % (0,20,30,40,50) وبثلاث احجام دقائقية mesh (60,150,212) تم الحصول على العديد من العينات, اما النوع الثاني فقد تم تحضير متراكبات البولي بروبلين المدعم بدقائق الخشب (القصب) بطريقة (extrusion molding) وبكسر وزني ثابت لكل العينات % (30) وحجم دقائقي   mesh(212) ونتيجة لصعوبة الترابط بين المادة الأساس (البولي بروبلين) ومادة التقوية (دقائق الخشب\القصب)  نتيجة اختلاف القطبية بين المادتين تم معاملة دقائق الخشب بالمادة الرابطة السيلانية نوع (ثنائي مثيل ثنائي كلورسيلان) بنسب وزنية مختلفة (0,0.2,0.3,0.5) أيضا تم اضافة مواد تحسن النوعية منها (أوكسيد المغنيسيوم ) كمضادات اكسدة بنسب وزنية (0.1,0.2,0.4(  وستيرات الزنك كمزلقات بنسب وزنية (0.1,0.2,0.3), تم الحصول على كل من (P.P+W), (P.P+W+Silane), (P.P+W+MgO),      (P.P+W+Zn(C₁₈H₃₅O₂)₂)

بعد اجراء عمليات التقطيع بجهاز CNC  وحسب الفحوصات ASTM , تم اجراء بعض الاختبارات الميكانيكية والفيزيائية والحرارية والتي شملت كل من (الصلادة السطحية, معدل البلى , مقاومة الصدمة, اختبار الانحناء, معدل الزحف , اختبار الشد,اختبار الامتصاصية, الكثافة الحجمية , التوصيلية الحرارية) أظهرت النتائج التي حصلنا عليها ان معدل الصلادة السطحية ومقاومة الصدمة ازداد بشكل واضح بعد التدعيم بدقائق الخشب مع زيادة الكسر الوزني حيث تراوحت بين   shore D(41-61) و KJ / m² (8.76-23.7) للصلابة ومقاومة الصدمة على التوالي  اما معدل البلى فقد قل بشكل ملحوظ مع زيادة الكسر الوزني وزاد كل من معدل الصلادة ومقاومة الصدمة مع نقصان الحجم الدقائقي واعلى قيمة كانت عند الحجم mesh  212  واقل قيمة كانت عند الحجم الدقائقي  mesh 60  أي كلما كان الحجم الدقائقي صغير كان ذلك افضل ,اما معدل البلى قل بشكل  واضح مع زيادة الكسر الوزني , بشكل عام تحسن الاختبارات الميكانيكية بشكل واضح .

اما تأثير إضافة كل من ( المادة السيلانية ,اوكسيد المغنيسيوم ,ستيرات الزنك) على الخصائص المذكورة لمتراكبات البولي بروبلين المدعم بدقائق الخشب  فقد أظهرت زيادة الصلادة السطحية ومقاومة الصدمة ومقاومة الشد ومعامل المرونة والتوصيلية الحرارية والكثافة الحجمية التي تم قياسها نظريا حيث كانت أعلى قيم لهذه الاختبارات حوالي (shore D 76  ، 55.88 KJ / m² ، 28.29 MPa ،  GPa0.9  ،W/m.k 0.39 ، g/cm³ 0.25 ) على التوالي من ناحية أخرى نقصان معدل البلى مع إضافتها اما معدل الامتصاصية فقد أظهرت استجابة واضحة عند الغمر بالماء المقطر ولكن عند الغمر بالمحلول الكيميائي فقد قلت الاستجابة وقلت نسبة الربح بالوزن, اثبتت النتائج بان الخصائص الميكانيكية والفيزيائية والحرارية لمتراكبات (البولي بروبلين- دقائق الخشب) افضل من متراكبات (الايبوكسي-دقائق الخشب )  واعلى معدلات التي توصلنا اليها هي  لمتراكب (P.P+W+Zn(C₁₈H₃₅O₂)₂). من هذا نستنتج بان الخشب البلاستيكي أفضل من الخشب الطبيعي من حيث المتانة والصلابة والقوة والذي يعتبر مقاوم للظروف الجوية والرطوبة.

لطالبة الى التوصيات الاتية :

1. دراسة مقاومة الانضغاط وثابت العزل لمتركبات الايبوكسي والبولي بروبلين المقواة بدقائق الخشب (القصب).

2. دراسة تأثير الأحمال المختلفة على معدل البلى لتمركبات البولي بروبلين المقواة بجزيئات الخشب (القصب)

3. دراسة تأثير درجة الحرارة على معدل الزحف للمتركبات البوليمرية

4. دراسة الخواص الميكانيكية والترايبولوجية للمتركبات البوليمرية الهجينة المكونة من (ايبوكسي – بولي بروبيلين) مقواة بدقائق (القصب)

5. قياس الرطوبة والخصائص البيولوجية للمتركبات بإضافة أكسيد الماغنسيوم

   ---

Preparation of plastic wood composite and study its characterizations

Raya Ali Abed Jassim

Assist.Prof.Dr. Abdul –Hameed Raheem AL-Sarraf

  In this study, wood residues were exploited to get benefits from them through preparing two types of plastic wood composites. The first type consists of thermoset polymers (epoxy resin), and the second type consists of thermoplastic polymers as a polypropylene. The epoxy composites reinforced the wood particles (reed) were prepared as a function of the concentrations (0%, 20%, 30%, 40% and 50%) and with different particle sizes (60, 150 and 212) mesh using the casting method. The reinforced polypropylene was prepared with particles of wood (reed) at consistent weight percentage (30 %) and particle size (212) mesh using extrusion-molding process. The difficulty of the preparation process represented by bonding the matrix material (polypropylene) and the reinforcement material (wood particles /reed) since they are differ in their polarities. To overcome this issue, the wood particles were treated with a coupling agent (dimethyl dichlorosilane) at different weight fractions (0.2%, 0.4% and 0.5%). In addition, Magnesium oxide at (0.1%, 0.2% and 0.4%) as antioxidants, and Zinc stearate at (0.1%, 0.2% and 0.3%) as lubricants were added to the composites to improve their qualities. (P.P + W). , (P.P + W + Silane), (P.P + W + MgO), (P.P + W + Zn (C18H35O2)2) composites were obtained. The resulted samples were cut by CNC machine. Mechanical, physical and thermal properties were studied by means of the hardness, wear rate, impact strength, bending test, creep test, tensile strength, absorbance, bulk density and thermal conductivity. The results showed that the surface hardness rate and the impact strength were significantly increased with increasing the concentration of the reinforced material, where it was range between (41-61) shore D, and (8.76-23.7)KJ/m2 for hardness and impact strength respectively. While the wear rate significantly decreased with increasing the weight fraction of the reinforced material. Also, both the surface hardness rate and the impact strength increased with decreasing the particle size. In general, all the mechanical properties were improved with the addition of wood particles.

  Reinforced polypropylene composites treated with silane coupling agent, Magnesium oxide and Zinc stearate show an increase in the surface hardness, impact strength, tensile strength, elastic modulus, thermal conductivity, and bulk density, while the wear rate decreased, where the highest values for these tests about (76 shore D, 55.88 KJ/m2 ,28.29 MPa, 0.9 GPa, 0.39 W/m.K, 0.25 g/cm³).

  On the other hand, the absorption showed a clear response when immersed in distilled water and the weight gain increased. While, both the absorption response and the weight gain decreased after immersing in a chemical solution. The results also demonstrated that the mechanical, physical and thermal properties of the (polypropylene/wood particles) composites are better than (epoxy/wood particles) composites, and the best composites were achieved for (P.P + W + Zn (C18H35O2)2) composite. Based on the results, we may conclude that the plastic wood is better than the natural wood in terms of durability, hardness and strength, which resistant to sun radiation, weather, and others.

Recommendations

1- Study the compressive strength for epoxy composites reinforced with wood particles (reed).

2-Measurement of the dielectric constant for epoxy and polypropylene composites reinforced by wood particles (reed)

3-Study the effect of different loads on the wear rate of polypropylene composites reinforced by wood particles (reed)

4-Study the effect of temperature on the creep rate of polymeric composites

5- Study the mechanical properties of hybrid polymeric composites consisting of (epoxy-polypropylene) reinforced with wood particles (reed).

6- Measuring the moisture and biological properties of composites with the addition of Magnesium oxide

7-Use the plastic residues to prepare the wood (reed)-reinforced polymeric composites