مدلسازي رفتار كششي كامپوزيت چوب-پلي اتيلن هيبريدي تقويت شده با الياف ممتد شيشه

Modeling tensile properties of hybrid wood-polyethylene composite reinforced by unidirectional glass fiber

در سال‌هاي اخير توجه به استفاده از كامپوزيتهاي چوب پلاستيك در كاربردهاي سازه اي بيشتر شده است. از آنجايي كه اين كامپوزيتها داراي استحكام‌هاي چندان بالايي نيستند از تقويت‌كننده‌هاي فيبري براي استحكام بخشي آن‌ها استفاده شده است. كامپوزيتهاي هيبريدي چوب پلاستيك كه از دو نوع تقويت‌كننده الياف شيشه و ذرات چوب در يك زمينه پليمري تشكيل شده اند براي كاربردهاي سازه اي مانند پالتهاي چوب پلاستيك مي توانند مورد استفاده قرار گيرند. در تحقيقات قبلي نويسندگان، كامپوزيت چوب پلاستيك در يك فرآيند اكستروژن ويژه اي و با استفاده از الياف ممتد شيشه تقويت شده اند. الياف ممتد شيشه در كامپوزيت اكسترود شده توانسته به مقدار قابل‌توجهي استحكام مكانيكي مانند استحكام‌هاي كششي و ضربه را افزايش دهد. در اين مقاله، مدلي براي پيش‌بيني استحكام و مدول كششي كامپوزيتهاي چوب پلي‌اتيلن تقويت شده با الياف ممتد شيشه ارايه شده است. براي مدل كردن كامپوزيتهاي هيبريدي، كامپوزيت چوب پلي‌اتيلن به عنوان زمينه و الياف شيشه به عنوان تقويت‌كننده در نظر گرفته شده اند. از آنجايي كه زمينه چوب پلي‌اتيلن ترد است، قانون مخلوط‌هاي مربوط به اين دسته از كامپوزيتها در مورد استحكام استفاده شد. نتايج حاصل از پيش‌بيني استحكام و مدول كششي كامپوزيتهاي هيبريدي چوب پلي‌اتيلن با روش پيشنهادي در اين مقاله، به طور قابل قبولي با نتايج تجربي به دست آمده از آزمون كششي مطابقت داشت. متوسط خطاهاي محاسبه‌شده بين تيوريهاي ارايه‌شده و نتايج تجربي براي استحكام و سفتي به ترتيب حدود %5/9 و % 6/8 است.

In recent years considerabl attention has been given to the structural application of wood plastic composites (WPCs). Regarding the WPCs lower mechanical strengths, fiber reinforcements have been applied for strengthening the WPCs. Hybrid wood plastic composites (HWPCs) include two types of reinforcements of glass fibers and wood flours that are added to a polymeric matrix. WPC pallets, as an example, can exploit the mechanical strength of HWPCs. In previous work, wood plastic composite was reinforced by continuous glass fibers using a unique extrusion process. Embedding the continuous glass fibers in WPC matrix resulted in significant improvements in mechanical properties such as tensile and impact strengths. In this paper, a model has been proposed to predict the tensile strength and modulus of the WPCs reinforced with unidirectional glass fibers. The methodology applied in this research considers the WPC as matrix and the glass fibers as reinforcements. Since WPC matrix is brittle, the rule of mixtures corresponding to the brittle matrix composites was used to predict the tensile strength. Results indicated that the predicted tensile properties were in good agreement with experimental data. The obtained mean errors between the experimental and theoretical results for tensile strength and modulus were 9.5% and 8.6% respectively.