مواد و ساخت پیشرفته

محققان تایلندی در فرایند تبدیل بطری‌های شیر از جنس پلی‌اتیلن با چگالی بالا توانستند با بهره‌گیری از تقویت‌کننده الیاف PALF موفق به تولید کامپوزیت‌هایی با سفتی بالا شوند و استحکام خمشی را 162 درصدی و مدول‌پذیری را 204 درصد افزایش دهند. این فرایند تبدیلی سازگار با محیط زیست، خواص مکانیکی را افزایش می‌دهد و در عین حال کربن را جدا می‌کند و مسیر امیدوارکننده‌ای را برای دستیابی به مواد پایدار بازیافتی ارائه می‌دهد.

برای دستیابی به اهداف توسعه پایدار سازمان ملل از طریق کاهش ساخت مواد پلاستیکی جدید و استفاده از الیاف طبیعی از زباله‌های کشاورزی، این تحقیق به پتانسیل استفاده مجدد از بطری‌های شیر پلی‌اتیلن با چگالی بالا می‌پردازد. و هدف این است که کامپوزیت‌های با سختی بالا، با اعوجاج-دمای حرارتی بالا از طریق چرخه مجدد ایجاد شود.

ماده زمینه کامپوزیت از پلی‌اتیلن با چگالی بالای بازیافت شده به دست آمده از بطری‌های شیر استفاده شده بهره می‌برد، در حالیکه پرکننده‌های تقویت‌کننده از ضایعات برگ‌های آناناس مشتق شده‌اند که هم الیاف و هم مواد غیرفیبری را در بر می‌گیرد. این تحقیق در مجله Polymers منتشر شده است. برای تهیه این کامپوزیت‌ها، از یک میکسر دو رول برای ترکیب پلی‌اتیلن با چگالی بالای با NFM و PALF استفاده می‌شود که از هم‌ترازی بهینه پرکننده‌ها در پیش‌آغاز حاصله، اطمینان حاصل می‌کند.

متعاقباً، پیش آغشته لایه لایه شده و به صورت ورق‌های کامپوزیت فشرده می‌شود. ترکیب PALF به عنوان یک پرکننده تقویت‌کننده، نقشی اساسی در افزایش قابل‌توجهی استحکام خمشی و مدول‌پذیری کامپوزیت پلی‌اتیلن با چگالی بالا ایفا می‌کند. یک نتیجه قابل توجه با محتوای PALF  20 درصد وزنی مشاهده شد که منجر به افزایش چشمگیر 162 درصدی در استحکام خمشی و افزایش قابل‌توجه 204 درصدی مدول در مقایسه با پلی‌اتیلن با چگالی بالا خالص شد.

همچنین کامپوزیت پلی‌اتیلن با چگالی بالا / مواد غیرفیبری، خواص مکانیکی بهبود یافته‌ای را نشان می‌دهد البته به میزان کمتری نسبت به تقویت الیاف، در هر حال هر دو کامپوزیت کاهش جزئی در مقاومت ضربه را تجربه می‌کنند. قابل ذکر است، افزودن مواد غیرفیبری یا الیاف PALF به طور قابل ملاحظه‌ای دمای اعوجاج حرارتی را افزایش می‌دهد و مقادیر دمای اعوجاج حرارتی را به ترتیب برای کامپوزیت‌های پلی‌اتیلن با چگالی بالا / مواد غیرفیبری و پلی‌اتیلن با چگالی بالا / الیاف PALF به حدود 84 درجه سانتیگراد و 108 درجه سانتیگراد می‌رساند. این امر در تضاد کامل با 71 درجه سانتیگراد دمای اعوجاج حرارتی پلی‌اتیلن با چگالی بالا خالص است.

علاوه بر این، خواص کلی هر دو کامپوزیت با افزایش سازگاری آنها از طریق استفاده از پلی اتیلن اصلاح شده با انیدرید مالئیک بیشتر افزایش می‌یابد. بررسی سطوح شکست ضربه‌ای روی هر دو کامپوزیت، سازگاری بیشتر و هم‌ترازی واضح پرکننده‌های مواد غیرفیبری و الیاف PALF را نشان می‌دهد، که عملکرد بهبود یافته و سازگاری با محیط‌زیست کامپوزیت‌های تولید شده از پلاستیک‌های بازیافتی تقویت‌شده با پرکننده‌های ضایعات برگ آناناس را برجسته می‌کند.

بهبود خواص مکانیکی، به ویژه مقاومت در برابر تغییر شکل در دمای معمولی یا بالا، امکان استفاده از محصول را با وزن کم یا طراحی نازک‌تر افزایش می‌دهد. این امر برای کاربردهایی مانند قطعات خودرو بسیار مهم است. این تحقیق بر مسیر امیدوارکننده استفاده از مواد زائد برای توسعه کامپوزیت پایدار تاکید می‌کند که به هدف گسترده‌تر کاهش اثرات زیست‌محیطی در صنعت پلاستیک کمک می‌کند. همچنین با جذب کربن در محصولات بادوام به حذف کربن کمک می‌کند.

پروفسور خیم لیم گو مشاور فنی این مطالعه افزایش چرخه بطری‌های شیر پلی‌اتیلنی با چگالی بالا با الیاف برگ آناناس را یک پیشرفت قابل‌توجه می‌داند. او هیجان‌زده است که این رویکرد زباله‌های فراوان را به مواد کامپوزیتی پلی‌اتیلن با چگالی بالا با سختی بالا با خواص مکانیکی پیشرفته تبدیل می‌کند که نویدبخش صنایع مختلف از جمله زیست‌پزشکی و خودروسازی است. با این حال، برای حفظ یک زنجیره تامین پایدار PALF برای تولید پلی‌اتیلن با چگالی بالا با سختی بالا که می‌تواند با سرعت و مقیاس اعمال شود،

کشاورزان آناناس باید خود را برای اثرات تغییرات آب و هوایی از جمله بارندگی نامنظم، دمای شدید، خشکسالی، فرسایش خاک، علف‌های هرز مهاجم و آفات سمج آماده کنند و با آن سازگار شوند. هم کشاورزان و هم دانشمندان گیاهان زراعی باید از اطلاعات پیش‌بینی‌های اقلیمی، مدل‌های محصول و اقتصادی و داده‌های تجربی مزرعه برای شناسایی اینکه چگونه محصولات آناناس می‌توانند در برابر خشکی و رطوبت ناکافی خاک مقاومت کنند، استفاده نمایند. آنها همچنین نیاز به بررسی گزینه‌های جایگزین برای حفظ تولید آناناس دارند تا از عرضه ثابت الیاف PALF برای تولید مواد کامپوزیت پلی‌اتیلن با چگالی بالا با سختی بالا اطمینان حاصل کنند.

منبع