پایان نامه ارشد: بهینه سازی فرایند تولید کامپوزیت PP/Bagasse با هدف بهبود خواص فیزیکی/ مکانیکی

پایان نامه ارشد: ارتقاء دانش فنی فرمولاسیون و بهینه سازی شرایط فرایند تولید کامپوزیت PP/Bagasse در مقیاس صنعتی با هدف بهبود خواص فیزیکی/ مکانیکی

465 صفحه فایل PDF

فهرست مطالب
1
بخشاول- بررسی فرمولاسیون وشرایط فرایند محصول در وضعیتموجود و مقایسه با روشهای
صنعتی دنیا..........................................................................................
مقدمه ............................................................................................ 2
فصل اول :کامپوزیتهای چوب-پلاستیک............................................................... 3
3 .......................................................................................WPC -1-1-1 تعریف
-2-1-1 تاریخچه و بازار مصرف.............................................................................................................................. 5
-3-1-1 مواد اولیه ................................................................................................................. 9
-4-1-1 کاربرد .............................................................................................. 10
-5-1-1 خواصو ویژگیهای کامپوزیت های چوب-پلیمر ........................................................................ 11
-6-1-1 خواصکامپوزیتپلیپروپیلن – پودر چوب.............................................................................. 12
فصل دوم: باگاسو روشهای فرآوری آن....................................................................................................................... 15
-1-2-1 مقدمه........................................................................................................... 15
-2-2-1 ساختار فیزیکی باگاس ..................................................................................... 17
-3-2-1 ابعاد الیافباگاسو مغز.................................................................................... 20
-4-2-1 ساختار شیمیایی الیافطبیعی .......................................................................................................................... 20
-1-4-2-1 کربوهیدراتها ............................................................................................ 20
-2-4-2-1 ترکیبدرصد شیمیایی باگاس ..................................................................... 24
-5-2-1 خواصفیزیکی مکانیکی الیافباگاس ................................................................... 25
-6-2-1 مصارف و کاربردهای باگاس ........................................................................... 26
-7-2-1 مراکز تولید باگاسو میزان آن در ایران ................................................................ 26
-8-2-1 روشهای فرآورشباگاس....................................................................... 27
-1-8-2-1 جمعآوری باگاسو مغززدایی ................................................................. 27
-2-8-2-1 انواع روشهای مغززدایی ................................................................................. 29
-1-2-8-2-1 روش خشک ....................................................................................... 29
-2-2-8-2-1 روشمرطوب ......................................................................................... 29
-3-2-8-2-1 روشتر ............................................................................................. 30
-3-8-2-1 ماشینآلات مغز زدایی باگاس..................................................................... 31
-1-3-8-2-1 مقدمه ........................................................................................... 31
32 ....................................... Horkel -2-3-8-2-1

ماشینهای مغززدای
34 ............................................................. PEADCO -4-3-8-2-1 ماشین مغززدای
36 ........................................................................ SPM -5-3-8-2-1 ماشین مغززدایی
-6-3-8-2-1 سایر ماشینهای مغززدای مدرن ......................................................... 37
-7-3-8-2-1 توان مورد نیاز برای مغززدایی موثر به روشمرطوب ................................ 38
-8-3-8-2-1 شرایط بهینه جهتمغززدایی تر ...................................................... 39
-4-8-2-1 خشککردن باگاس............................................................. 40
-5-8-2-1 ذخیره سازی باگاس....................................................................... 41
-1-5-8-2-1 مقدمه ....................................................................................... 41
-2 -5-8-2-1 روشذخیرهسازی خشک..................................................................... 44
-3 -5-8-2-1 روشذخیرهسازی تر ............................................................................... 44
-4 -5-8-2-1 روشذخیرهسازی مرطوب.......................................................................... 45
-5 -5-8-2-1 روشذخیرهسازی تر با تیمار بیولوژیکی (ریتر) .......................................... 47
- 9-2-1 فرایند آماده سازی باگاسبرای کاربرد در کامپوزیتهای پلیمر/ باگاس.......................................................... 49
-10-2-1 بررسی و مقایسه ی فرایند آماده سازی باگاسدر کشورهای مختلف............................................................. 53
-1-10-2-1 مغززدایی الیاف....................................................................... 54
-2-10-2-1 خشککردن الیاف.............................................................................. 55
فصل سوم: فرمولاسیون و فرایند تولید چوب- -پلاستیکبر پایه پلی پروپیلن................................................................... 57
-1-3-1 پلیپروپیلن ............................................................................. 57
-2-3-1 الیافمحصولات کشاورزی .............................................................. 60
-3-3-1 افزودنیها ......................................................... 61
-2-3-3-1 عوامل جفتکننده و اصلاح سطحی ................................................................... 61
-3-3-3-1 روانکنندهها .............................................................................. 62
-4-3-3-1 پایدارکنندههای نوری ....................................................... 64
-5-3-3-1 بهبود دهنده مقاومت ضربه ....................................................................... 65
-6-3-3-1 تأخیر انداز شعله .................................................................... 66
-7-3-3-1 مواد ضد میکروبو قارچ ........................................................... 67
-8-3-3-1 سایر افزودنیها .................................................................. 67
-4-3-1 فرایندهای تولید کامپوزیت های چوب-پلاستیک...................................... 68
-1-4-3-1 اکسترودر تکپیچه ............................................................................. 70
-2-4-3-1 اکسترودر دو پیچه همسوگرد ............................................................. 71
-3-4-3-1 اکسترودر دوپیچه ناهمسوگرد موازی.................................................. 72
-4-4-3-1 اکسترودر دو پیچه ناهمسو گرد مخروطی ................................................ 73
-5-4-3-1 سایر دستگاههای اکسترودر ساخته شده ........

دیگر فرآیندها ....................................... 80
-5-3-1 فرایند تولید کامپوزیت چوب-پلاستیککشورهای توسعه یافته….................................................................... 81
فصل چهارم: بررسی فرایند تولید در واحد صنعتی .............................................................. 84
-1-4-1 مقدمه .................................................................... 84
-2-4-1 آماده سازی باگاسیا پودر چوب ................................................................... 85
-3-4-1 اختلاط خشک......................................................................... 87
-4-4-1 فرایند اکستروژن ................................................................... 89
-5-4-1 دستگاه تست خمش.......................................................... 91
-6-4-1 خواصمحصولات........................................................ 92
-1-6-4-1 تست مقاومت خمشی .............................................................................. 93
-2-6-4-1 تستاستحکام ضربهای ................................................................................... 95
فصل پنجم: نتیجه گیری و تدوین اهدافدقیق پروژه ........................................................... 98
-1-5-1 نتیجه گیری ........................................................... 98
-2-5-1 اهدافپروژه .............................................................................. 99
بخشدوم- ارائه فرمولاسیون و فرایند تولید در مقیاسآزمایشگاهی و تولید نمونه های آزمایشگاهی... 101
مقدمه...................................................................................................... 102
و تدوین فرایند تولید آزمایشگاهی................. 104 PP/Baggase فصل اول- ارائه فرمولاسیون مناسببرای کامپوزیت های
با بیشاز 70 درصد باگاس................. 105 PP/Baggase -1-1-2 ارائه فرمولاسیون کامپوزیتهای
-1-1-1-2 مواد.............................................................. 105
-1-1-1-2 پلی پروپیلن ............................................................. 106
-2-1-1-1-2 الیافباگاس................................................... 106
-3-1-1-1-2 واکسپلیاتیلن................................................................. 107
-4-1-1-1-2 پلیپروپیلن گرافتشده با انیدریدمالئیک................................................................................................. 107
108 .................................................................. GMA -5-1-1-1-2 پلیپروپیلن گرافتشده با
-6-1-1-1-2 نشاسته...................................................................... 112
-2-1-1-2 تجهیزات فرآیندی ..................................................................................................................................... 113
-1-2-1-1-2 همزن دور بالا ........................................................................................................................................ 113
-2-2-1-1-2 اکسترودر دوپیچه ناهمسوگرد.................................................................................................................. 114
-3-1-1-2 فرایند تولید نمونهها در مقیاسآزمایشگاهی.................................................................................................. 115
-1-3-1-1-2 مقدمه .................................................................................................................................................... 115
-2-3-1-1-2 اختلاط خشک....................................................................................................................................... 120
-3-3-1-1-2 اکستروژن............................................................................................................................................... 121

طراحی آزمایشو ارائه فرمولاسیون ............................................................................................................ 123
127 ..................................................................................... PP -5-1-1-2 تولید فرمولاسیون بهینه برای سه گرید متفاوت
-1-5-1-1-2 مواد........................................................................................................................................................ 127
-2-5-1-1-2 تجهیزات فرایندی................................................................................................................................... 129
-3-5-1-1-2 روشفرایند تولیدنمونه ها در مقیاسآزمایشگاهی.................................................................................... 129
و قارچ............................... 130 UV ، رنگی مقاوم در برابر شعله PP/Baggase -2-1-2 ارائه فرمولاسیون کامپوزیت های
-1-2-1-2 مواد ........................................................................................................................................................... 130
-1-1-2-1-2 پلی پروپیلن............................................................................................................................................ 131
-2-1-2-1-2 الیافباگاس........................................................................................................................................... 131
-3-1-2-1-2 واکسپلیاتیلن...................................................................................................................................... 132
-4-1-2-1-2 پلیپروپیلن گرافتشده با انیدریدمالئیک................................................................................................. 133
-5-1-2-1-2 بورات روی............................................................................................................................................ 133
-6-1-2-1-2 پایدارکننده نوری................................................................................................................................... 134
135 ..................................................................................................................(MDH) -7-1-2-1-2 هیدروکسید منیزیم
136 ...............................................................................................................(ATH) -8-1-2-1-2 هیدروکسید آلومینیوم
-9-1-2-1-2 مستربچ رنگی......................................................................................................................................... 137
-2-2-1-2 تجهیزات فرآیندی ..................................................................................................................................... 138
-3-2-1-2 طراحی آزمایشو فرایند تولید نمونه ها در مقیاسآزمایشگاهی ................................................................... 138
-3-1-2 ارائه فرمولاسیون های کامپوزیتهای باگاس-پلی پروپیلن فوم شده.................................................................. 140
-1-3-1-2 مواد............................................................................................................................................................ 141
-1-1-3-1-2 پلی پروپیلن........................................................................................................................ 141
-2-1-3-1-2 باگاس.............................................................................................................................. 141
-3-1-3-1-2 عامل فومزا.................. ........................................................................................................ 141
-4-1-3-1-2 سازگار کننده .................................................................................................................... 142
-3-3-1-2 طراحی آزمایشو فرایند تولید نمونه ها در مقیاسآزمایشگاهی .................................................................. 142
-1-3-3-1-2 آمیزهسازی......................................................................................................................... 142
-2-3-3-1-2 فومسازی ........................................................................................................................... 143
-3-3-3-1-2 طراحی ترکیبی مرکزی.......................................................................................................... 144
فصل دوم- تولید نمونه در مقیاسآزمایشگاهی و انجام آزمونهای لازم براساساهدافپروژه.......................................... 149
150
با بیشاز 70 درصد PP/Baggase -1-2-2 تولید نمونه در مقیاسآزمایشگاهی و انجام آزمونها برروی کامپوزیتهای
باگاس...........................................................................................................................................................................
با بیشاز 70 درصد باگاسو تجهیزاتمورد 151 PP/Baggase -1-1-2-2 آزمونهای انجام شده برروی کامپوزیتهای

استفاده..........................................................................................................................................................................
151 ................................................................................................... SEM -1-1-1-2-2 بررسی مورفولوژی با استفاده از
-2-1-1-2-2 بررسی خواصمکانیکی، حرارتی .......................................................................................................... 151
-1-2-1-1-2-2 خواصضربه ..................................................................................................................................... 151
-2-2-1-1-2-2 آزمون خمش.................................................................................................................................... 151
152 .....................................................................................................................................HDT -3-2-1-1-2-2 آزمون
-3-1-1-2-2 اندازهگیری خواصفیزیکی .................................................................................................................... 152
-1-3-1-1-2-2 چگالی............................................................................................................................................... 152
-2-3 درصد جذبآب................................................................................................................................................ 152 -1-1-2-2
-4 گرماسنجی روبشی دیفرانسیلی................................................................................................................................. 153 -1-1-2-2
153 ...................................................................................................................................................................FTIR -5 -1-1-2-2
-6-1-1-2-2 شاخصجریان مذاب............................................................................................................................. 153
با بیشاز 70 درصد باگاس........................ 154 PP/Baggase -2-1-2-2 نتایج آزمونهای انجام شده بر روی کامپوزیتهای
154 ...................................................................................................................................................SEM-1-2-1-2-2
-2-2-1-2-2 آزمون ضربه........................................................................................................................................... 157
-3-2-1-2-2 آزمون خمش......................................................................................................................................... 158
159 ........................................................................................................................................HDT -4-2-1-2-2 آزمون
-5-2-1-2-2 چگالی................................................................................................................................................... 160
-6-2-1-2-2 آزمون درصد جذب رطوبت.................................................................................................................... 161
162
رنگی مقاوم در برابر PP/Baggase -2-2-2 تولید نمونه در مقیاسآزمایشگاهی و انجام آزمونها برروی کامپوزیتهای
و قارچ........................................................................................................................................................ UV ، شعله
162
و قارچ و UV ، رنگی مقاوم در برابر شعله PP/Baggase -1-2-2-2 آزمونهای انجام شده برروی کامپوزیتهای
تجهیزاتمورد استفاده...................................................................................................................................................
-1-1-2-2-2 تست مقاومت در برابر شعله...................................................................................................................... 162
163 .................................................................................................................... UV -2-1-2-2-2 تست مقاومت در برابر
-3-1-2-2-2 تست مقاومت در برابر قارچ .................................................................................................................... 163
و قارچ..... 164 UV ، رنگی مقاوم در برابر شعله PP/Baggase -2-2-2-2 نتایج آزمونهای انجام شده بر روی کامپوزیتهای
-1-2-2-2-2 آزمون ضربه........................................................................................................................................... 164
-2-2-2-2-2 آزمون خمش......................................................................................................................................... 164
-3-2-2-2-2 آزمون مقاومت در برابر شعله................................................................................................................... 165
166 .......................................................................................................... UV -4-2-2-2-2 آزمون پایداری در برابر اشعه
-5-2-2-2-2 آزمون چگالی........................................................................................................................................ 167
-6-2-2-2-2 آزمون مقاومت در برابر رشد قارچ .......................................................................................................... 168
فوم شده....................

آزمونهای انجام شده بر روی کامپوزیتهای
-1-1-3-2-2 آزمون کشش .................................................................................................................... 178
-2-1-3-2-2 اندازهگیری دانسیته................................................................................................................ 179
-3-1-3-2-2 آزمون خمش...................................................................................................................... 179
180 .......................................................................................................... ( Izod ) -4-1-3-2-2 آزمون ضربه
180 ..................................................................................................... (TGA) -5-1-3-2-2 گرما-وزن سنجی
-6-1-3-2-2 میکروسکوپ الکترونی ......................................................................................................... 181
فوم شده.................................................... 181 PP/Baggase -2-3-2-2 نتایج آزمونهای انجام شده بر روی کامپوزیتهای
-1-2-3-2-2 کسر حفره .......................................................................................................................... 182
-2-2-3-2-2 استحکام ضربه ای................................................................................................................. 183
-3-2-3-2-2 مدول و استحکام کششی........................................................................................................ 184
-4-2-3-2-2 مدول و استحکام خمشی ....................................................................................................... 186
-5-2-3-2-2 نتایج میکروسکوپ الکترونی................................................................................................... 187
-6-2-3-2-2 نتایج وزن سنجی حرارتی........................................................................................................ 192
فصل سوم- تحلیل نتایج آزمونها و ارائه نتایج مطلوب...................................................................................................... 195
با بیشاز 70 درصد باگاس.................. 196 PP/Baggase -1-3-2 تحلیل نتایج آزمونهای انجام شده بر روی کامپوزیتهای
-1-1-3-2 بحث و بررسی............................................................................................................................................ 196
196 ...................................................................................................................................................SEM-1-1-1-3-2
-2-1-1-3-2 آزمون ضربه........................................................................................................................................... 199
-1-2-1-1-3-2 اثراتمتقابل عوامل............................................................................................................................ 202
-2-2-1-1-3-2 شرایط بهینه آزمون ضربه..................................................................................................................... 204
-3-1-1-3-2 آزمون خمش......................................................................................................................................... 205
-1-3-1-1-3-2 استحکام خمشی ............................................................................................................................... 205
-1-1-3-1-1-3-2 اثرات متقابل عوامل ........................................................................................................................ 209
-2-1-3-1-1-3-2 شرایط بهینه بر پایه استحکام خمشی................................................................................................. 210
-2-3-1-1-3-2 مدول خمشی...................................................................................................................................... 210
-1-2-3-1-1-3-2 شرایط بهینه مدول خمشی............................................................................................................... 213
213
-2-2-3-1-1-3-2 پیشبینی مدول خمشی کامپوزیتهای پلیپروپیلن/ باگاسبا استفاده از مدل های مکانیک
کامپوزیتهای الیافکوتاه...........................................................................................................................................
-3-3-1-1-3-2 ازدیاد طول در شکست ....................................................................................................................... 218
220 ........................................................................................................................................HDT -4-1-1-3-2 آزمون
223 .....................................................................................................................HDT -1-4-1-1-3-2 نمونه بهینه آزمون

چگالی................................................................................................................................................... 223
-6-1-1-3-2 آزمون درصد جذب رطوبت.................................................................................................................... 224
-1-6-1-1-3-2 شرایط بهینه درصد جذبآب............................................................................................................. 227
و مقایسه نتایج با محصولات مشابه خارجی...................... 228 PP -2-1-3-2 تولید فرمولاسیون بهینه برای سه گرید متفاوت
-1-2-1-3-2 بحثو بررسی........................................................................................................................................ 228
-1-1-2-1-3-2 آزمون ضربه....................................................................................................................................... 228
-2-1-2-1-3-2 آزمون خمش..................................................................................................................................... 230
-3-1-2-1-3-2 آزمون چگالی و درصد جذبآب...................................................................................................... 232
-2-2-1-3-2 مقایسه نتایج با محصولات مشابه............................................................................................................... 233
-3-1-3-2 نتیجهگیری................................................................................................................................................. 234
237
و UV ، رنگی مقاوم در برابر شعله PP/Baggase -2-3-2 تحلیل نتایج آزمونهای انجام شده بر روی کامپوزیتهای
قارچ.............................................................................................................................................................................
-2-1-3-2 بحث و بررسی............................................................................................................................................ 238
-1-1-2-3-2 آزمون ضربه........................................................................................................................................... 238
-1-1-1-2-3-2 شرایط بهینه آزمون ضربه..................................................................................................................... 241
-2-1-2-3-2 آزمون خمش......................................................................................................................................... 241
-1-2-1-2-3-2 استحکام خمشی ................................................................................................................................ 242
-1-1-2-1-2-3-2 شرایط بهینه بر پایه استحکام خمشی................................................................................................ 245
-2-2-1-2-3-2 مدول خمشی...................................................................................................................................... 245
-1-2-2-1-2-3-2 شرایط بهینه مدول خمشی............................................................................................................... 248
-3-1-2-3-2 آزمون مقاومت در برابر شعله................................................................................................................... 248
-1-3-1-2-3-2 شرایط بهینه مقاومت در برابر شعله....................................................................................................... 251
251 .......................................................................................................... UV -4-1-2-3-2 آزمون پایداری در برابر اشعه
257 .......................................................................................................UV -1-4-1-2-3-2 شرایط بهینه پایداری در برابر
-5-1-2-3-2 آزمون چگالی........................................................................................................................................ 257
-6-1-2-3-2 آزمون مقاومت در برابر رشد قارچ .......................................................................................................... 257
-2-2-3-2 نتیجهگیری.................................................................................................................................................. 258
فوم شده.............................................. 259 PP/Baggase -3-3-2 تحلیل نتایج آزمونهای انجام شده بر روی کامپوزیتهای
-1-3-3 بحثو بررسی ....................................................................................................................... 260 -2
-1-1-3-3 کسر حفره ......................................................................................................................... 260 -2
-2-1-3-3 استحکام ضربه ای................................................................................................................ 271 -2
-3-1-3-3 مدول کششی مخصوص....................................................................................................... 280 -2
-4-1-3-3 استحکام کششی مخصوص................................................................................................... 290

-6-1-3-3 استحکام خمشی ویژه............................................................................................................ 310 -2
-7-1-3-3 نتایج میکروسکوپ الکترونی.................................................................................................. 319 -2
-1-7-1-3-3-2 اثر اندازه ذرات باگاس........................................................................................................................ 319
-2-7-1-3-3-2 اثر نوع عامل فوم زا ............................................................................................................................ 319
320 ..........................................................................................................................................MFI -3-7-1-3-3-2 اثر
-4-7-1-3-3-2 اثر میزان باگاس................................................................................................................................. 320
-5-7-1-3-3-2 اثر میزان عامل فوم زا .......................................................................................................................... 321
-8-1-3-3 نتایج وزن سنجی حرارتی....................................................................................................... 321 -2
-2-3-3-2 نتیجه گیری................................................................................................................................................ 324
فصل چهارم-تعمیم نتایج برای تولید و انجام آزمونها در مقیاسصنعتی............................................................................ 328
-1-4-2 شرایط فرایند تولید صنعتی............................................................................................................................... 329
-1-1-4-2 اختلاط خشک............................................................................................................................................ 329
-2-1-4-2 اکستروژن................................................................................................................................................... 329
-2-4-2 فرمولاسیون های مناسببرای تولید صنعتی....................................................................................................... 331
بخشسوم- تولید در مقیاسصنعتی و انجام آزمونهای پیشبینی شده................................................ 333
مقدمه............................................................................................................................................................................ 334
فصل اول- تولید در مقیاسصنعتی کامپوزیتهای باگاس/پلی پروپیلن........................................................................... 335
-1-1-3 مواد مصرفی.................................................................................................................................................... 336
-1-1-1-3 پلی پروپیلن ................................................................................................................................................ 336
-2-1-1-3 الیافباگاس............................................................................................................................................... 336
-3-1-1-3 واکسپلی اتیلن به عنوان روان کننده خارجی.............................................................................................. 336
337 ...................................................................................(MAPP) -4-1-1-3 پلیپروپیلن گرافت شده با انیدریدمالئیک
-5-1-1-3 بورات روی...................................... .......................................................................................................... 338
-6-1-1-3 پایدارکننده نوری....................................................................................................................................... 338
339 ................................................................................................................... ..(MDH) -7-1-1-3 هیدروکسید منیزیم
-8-1-1-3 مستربچ رنگی ............................................................................................................................................. 340
-9-1-1-3 عامل فوم زا................................................................................................................................................. 340
-10-1-1-3 پلی اتیلن دانسیته سنگین............................................................................................................................. 341
-2-1-3 فرمولاسیون های تولید صنعتی.......................................................................................................................... 341
-3-1-3 تجهیزات فرآیندی.......................................................................................................................................... 343

خشککن........................ ......................................................................................................................... 343
-2-3-1-3 همزن دور بالا............................................................................................................................................. 344
-3-3-1-3 اکسترودر دوپیچه ناهمسوگرد.................. ................................................................................................... 344
-4-1-3 فرایند تولید فرمولاسیون ها در مقیاس صنعتی.................................................................................................... 346
-1-4-1-3 آماده سازی باگاس..................................................................................................................................... 347
-2-4-1-3 اختلاط خشک................................... ......................................................................................................... 348
-3-4-1-3 فرایند اکستروژن......................................................................................................................................... 349
فصل دوم-انجام آزمونهای پیشبینی شده بر روی محصولات تولید شده در مقیاسصنعتی.............................................. 351
تولید شده در مقیاسصنعتی................................... 352 PP/Baggase -1-2-3 آزمونهای انجام شده بر روی کامپوزیتهای
352 ....................................................................................................... SEM -1-1-2-3 بررسی مورفولوژی با استفاده از
-2-1-2-3 بررسی سطح با استفاده از میکروسکوپ نوری............................................................................................... 352
-3-1-2-3 خواصضربه ............................................................. ........................... .................................................... 352
-4-1-2-3 آزمون خمش............................................................................................................................................. 353
-5-1-2-3 چگالی........................................................................................................................................................ 353
-6-1-2-3 درصد جذب