ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) اطروحة الدكتوراه الموسومة ( الخصائص الترايبولوجية والميكانيكية والفيزيائية لخليط البوليستر- الإيبوكسي المدعم بمخلفات السليلوز ) للطالبة ( ايمان نصر فاضل ) التي انجزتها باشراف التدريي في القسم ( أ.د. عبد الحميد رحيم مهدي ) ونوقشت من قبل لجنة المناقشة المبين اسماء اعضائها في ما يأتي :
- أ.د. كريم علي جاسم – رئيسا
- أ.د. ناهدة جمعة حميد – عضوا
- أ.م.د. هناء شكر محمود – عضوا
- أ.م.د. شذى هاشم مهدي – عضوا
- أ.م.د. عادل اسماعيل كاظم – عضوا
- أ.د. عبد الحميد رحيم مهدي – عضوا ومشرفا
ويهدف البحث الى تحضير خشب بلاستيكي من الخلائط البوليمرية المتصلدة حراريًا (Thermosetting) من الايبوكسي البوليستر غير المشبع، لما لها من سمات مؤهلة لكي تلعب دوراً في تصنيع الخشب البلاستيكي بنوعيه المنفرد والهجين للاستخدام الهيكلي وللديكورات من خلال تدعيم الخليط البوليمري بالمخلفات الزراعية السليلوزية المتمثلة بقشور الرز التي يمكن استغلالها وتدويرها، وتخلص البيئة من مخلفاتها.
وهذا البحث هو محاولة للإستفادة من المخلفات الزراعية السليلوزية لقشور الرز بإعادة التدوير وصناعة اخشاب بلاستيكية صديقة للبيئة ومفيدة في حياتنا اليومية فهنالك حاجة ماسة في المجتمع للتقليل من آثار المخلفات الزراعية السليلوزية المستدامة وحماية البيئة.
مستخلص البحث :
تم تحضير وتطوير متراكبات الخشب البلاستيكي في هذا العمل على خمس مراحل وهي:
المرحلة الأولى حيث تم تحضير خمس مجموعات من الخلائط البوليميرية الثنائية المتصلدة بالحرارة من الايبوكسي(EP) / البوليستر غير المشبع(UPE) بكسور وزنية مختلفة من راتنج البوليستر غير المشبع، شملت (0، 25، 50، 75، 100)% ، اذ تم خلطها مع راتنج الايبوكسي.
ومن خلال بعض الفحوصات السطحية والترايبولوجية والميكانيكية المتمثلة بالصلادة السطحية، معدل البلى ومتانة الصدمة تم تحديد افضل الخلطات (50EP/50UPE) التي حققت التصاق اعلى من خلال التداخل بين الطورين للخليط البوليمري المحضر.
اما في المرحلة الثانية، فقد تم استغلال وتوظيف المخلفات الزراعية السليلوزية المتمثلة ب(قشور الرز)، كمادة مدعمة في تحضير متراكبات الخشب البلاستيكي المنفرد التدعيم التي تم تحضيرها باستعمال افضل الخلائط البوليمرية أعلاه كمواد اساس، ومسحوق المخلفات الزراعية المتمثل ب(قشور الرز) كمادة مدعمة وبكسور وزنية مختلفة شملت 0-35% وبحجم دقائقيµm≥RH) 300 (مرة و<RH) (300µmمرة أخرى، وباستعمال طريقة الصب اليدوي تم الحصول على العديد من عينات متراكبات الخشب البلاستيكي من اجل تحقيق التنمية المستدامة في بلدنا.
أجريت بعض الاختبارات الترايبولوجية والميكانيكية والفيزيائية على متراكبات الخشب البلاستيكي المحضرة والتي شملت كلاً من (الصلادة السطحية، معدل البلى، متانة الصدمة، متانة الانحناء ومقاومة الزحف، التوصيلية الحرارية، واختبار المسح الحراري التفاضلي (DSC)، اختبار التحليل الميكانيكي الحراري (TMA)، مطيافية الأشعة تحت الحمراء باستعمال تحويل فورييه (FTIR)).
وأظهرت متراكبات الخشب البلاستيكي المحضرة، تحسن الخصائص الترايبولوجية والميكانيكية عند التدعيم بالحجم الدقائقي الناعم (300µm≥RH) بكسر وزني 25%، بينما تتدهور الخصائص عند الكسر الوزني 35% واكثر.
اما في حالة التدعيم بالحجم الدقائقي الخشن µm<RH)300( فقد كانت افضل النتائج هي لنسبة الكسر الوزني15%، نستنتج من ذلك انه كلما كان حجم دقائق قشور الرز أصغر (انعم)، تحسنت الخصائص الترايبولوجية والميكانيكية لها.
كما تم استعمال بعض عينات الخلائط البوليمرية لدراسة الخصائص الحرارية التي شملت دراسة التوصيلية الحرارية باستعمال قرص لي، والتعرف على درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) للعينات، باستعمال جهاز DSC، وكذلك معرفة السلوك الحراري الميكانيكي (TMA) لتلك العينات المحضرة.
و تناول العمل أيضاً دراسة تأثير ظروف التشغيل على معدل البلى، فاظهرت النتائج تغير قيم معدل البلى مع تغير ظروف التشغيل، حيث إزدادت قيم معدل البلى مع زيادة الاحمال المسلطة وزيادة كل من مسافة الانزلاق وزمن الانزلاق لمتراكبات الخشب البلاستيكي في الظروف الطبيعية.
وعند دراسة سلوكية الانحناء والزحف لبعض متراكبات الخشب البلاستيكي المحضر، أظهرت النتائج ان الانحراف(التشوه) يتناسب طرديا مع زيادة مقدار الحمل المسلط، وان زيادة الكسر الوزني للبوليستر غير المشبع في الخليط سوف يمنح العينة صلابة اكثر بينما يظهر نقصان الكسر الوزني له مما يعطي للعينة المرونة.
كما تبين من نتائج فحص الزحف ان جميع العينات المحضرة التي خضعت الى وقت تحميل ثابت امتد الى 36.366 KSec تغير سلوك العينات المدروسة فيها تغيرا مرن-لدن كدالة للزمن.
وان التشوه الانحنائي الزحفي (creep mid-span flexural deformation) لجميع أنواع متراكبات الخشب البلاستيكي المدروسة ازداد بزمن زحف مقدارهKsec 36.36 عند مقارنة النتائج بقيمة التشوه الانحنائي عندما يكون زمن الزحف مساوياً للصفر (t=0).
وان زيادة نسبة الكسر الوزني للبوليستر غير المشبع في متراكب الخشب البلاستيكي المحضر عملت على زيادة مقاومة الزحف.
في المرحلة الثالثة تم تدعيم متراكبات الخشب البلاستيكي بالياف الكربون مع قشور الرز والحصول على متراكبات خشب بلاستيكي هجين مطور والتي أعطت خصائص ترايبولوجية وميكانيكية افضل.
وفي المرحلة الرابعة تم استعمال المادة الرابطة السيلانية بنسبة %2 وذلك لتطوير مادة متراكبة الخشب البلاستيكي المحضرة المنفردة التدعيم والهجينة، فأعطت نتائج ممتازة في تحسين الخصائص المدروسة.
وعند دراسة تأثير الظروف البيئية المختلفة من درجة حرارة وتأثير الاشعة الفوق بنفسجية والمحتوى المائي (الرطوبة)على الخصائص الترايبولوجية والميكانيكية والفيزيائية للتوصل الى وصف متكامل عن السلوك الترايبولوجي والميكانيكي والفيزيائي لتلك الخلائط ومتراكباتها تحت تلك الظروف، فقد اظهرت النتائج ان مقدار التشوه في مادة الخشب البلاستيكي المحضر يزداد عند زيادة درجة الحرارة المسلطة بوجود حمل ثابت.
كما لوحظ ان قيم الصلادة السطحية تقل بزيادة درجة الحرارة المسلطة او عند زيادة زمن تعرض عينات الخشب البلاستيكي المحضرة الاعتيادية منها او المطورة لماء الاعتيادي، بينما أبدت تلك العينات أنفسها، تحسناً في قيم صلادتها السطحية عند زيادة زمن تعرضها للأشعة فوق البنفسجية، كما تمت دراسة مدى تأثير زمن الغمر بماء الاعتيادي في معدل البلى للعينات المحضرة الاعتيادية والمطورة قبل وبعد التدعيم.
كما وجد ان المادة الرابطة السيلانية التي حسنت من الخواص الترايبولوجية و الميكانيكية للخشب البلاستيكي المطورة، قد لعبت دوراً سلبياً في خاصية الامتصاص الفيزيائية وقامت بالمساعدة على تغلغل الماء داخل متراكب الخشب البلاستيكي وزيادة النسبة المئوية للربح بالوزن في جميع عيناتها.
أما في المرحلة الخامسة (الأخيرة) فقد تم تغطية مادة الخشب البلاستيكي المطور الهجين الحاوي على المادة الرابطة السيلانية وقشور الرز مع الياف الكاربون، التي لعبت دوراً سلبياً في خاصية الامتصاصية الفيزيائية بالخليط البوليمري الأساس (50EP:50UPE). فحصلنا على متراكبة الخشب البلاستيكي المطورة المغطاة بالخليط البوليمري.
