تاثیر نانوفیبر سلولز (CNF) و نانورس در خواص آکوستیک اتصال انگشتی چوب کاج جنگلی(Pinus sylvestris) متصل شده با پلی وینیل استات
بابک رنجبر 1 , امیر لشگری 2 , احمد جهان لتيباري 3 , آژنگ تاج الدینی 4
1 - دانشجوی دکترای تخصصی، گروه علوم و صنایع چوب و كاغذ، واحد كرج، دانشگاه آزاد اسلامی، كرج، ایران.
2 - دانشيار گروه علوم و صنایع چوب و كاغذ، واحد كرج، دانشگاه آزاد اسلامی، كرج، ایران.
3 - استاد، گروه علوم و صنایع چوب و كاغذ، واحد كرج، دانشگاه آزاد اسلامی، كرج، ایران.
4 - دانشيار گروه علوم و صنایع چوب و كاغذ، واحد كرج، دانشگاه آزاد اسلامی، كرج، ایران.
کلید واژه: کاج , نانوفیبرسلولز, نانورس, ارتعاش, اتصال انگشتی,
چکیده مقاله :
در این تحقیق به بررسی اتصالات انگشتی چوب کاج جنگلی (Pinus sylvestris) با چسب پلی وینیل استات تقویت شده با ذرات نانوفیبر سلولز (CNF) و نانورس با روش ارتعاش آزاد در تیر دوسر آزاد پرداخته شده است. اتصالات انگشتی در سه سطح 0، 4/0 و 5/1 درصد حاوی ذرات نانوفیبر سلولز و نانورس در وسط آزمونه‌ها ایجاد شدند. نتایج حاکی از افزایش معنی‌دار مقادیر مدول‌الاستیسیته و مدول سفتی دینامیک در اثر اضافه نمودن هر دو سطح 4/0 و 5/1 درصد نانوفیبر سلولز و نانورس بود. مقادیر میرایی ارتعاش با اضافه نمودن هر دو سطح 4/0 و 5/1 نانوفیبر سلولز و نانورس نسبت به آزمونه‌های فاقد نانو ذرات از خود کاهش معنی‌داری نشان دادند. مقادیر کارایی تبدیل آکوستیک نیز با اضافه نمودن هر دو سطح 4/0 و 5/1 نانوفیبر سلولز و نانورس نسبت به آزمونه‌های فاقد نانو ذرات از خود نسبت به آزمونه‌های فاقد نانو از خود افزایش نشان دادند. به طور کل با افزایش درصد کاربرد هر دو نانوذره خواص آکوستیکی بهتری در اتصالات انگشتی ملاحظه شد که اثر نانوفیبرسلولز بیشتر از نانورس بود.
This research investigates the finger joints of pine wood (Pinus sylvestris) using polyvinyl acetate glue reinforced with cellulose nanofiber (CNF) and nanoclay particles, employing the free vibration method in free-free beams. Finger joints were created at three levels (0%, 0.4%, and 1.5%) in the middle of the samples with polyvinyl acetate adhesive containing cellulose nanofiber and nanoclay. The results indicated a significant increase in the modulus of elasticity and elastic stiffness due to the addition of both 0.4% and 1.5% of cellulose nanofiber and nanoclay. The damping factor values showed a significant decrease by adding both levels of 0.4 and 1.5 cellulose nanofibers and nanoclay compared to the samples without nanoparticles. The values of acoustic conversion efficiency also increased by adding both levels of 0.4 and 1.5 cellulose nanofibers and nanoclay compared to samples without nanoparticles. In general, with the increase in the percentage of use of both nanoparticles, better acoustic properties were observed in finger joints, and the effect of Cellulose Nano Fiber was greater than that of Nano clay.
Aydemir, D., Gunduz, G., Aşık, N., Wang, A. (2016). The Effects of Poly (vinyl acetate) Filled with Nanoclay and Cellulose
Nanofibrils on Adhesion Strength of Poplar and Scots Pine Wood, DRVNA INDUSTRIJA 67 (1): 17-24. Ayarkwa, J., Hirashima, Y., and Sasaki, Y. (2001), Predicting modulus of rupture of solid and finger jointed tropical African
hardwoods using longitudinal vibration, Forest Products Journal 51(1): 85-92. Beigloo, J.G., Eslam, H.K., Hemmasi, A.H., Bazyar, B. and Ghasemi, I. (2017). Effect of nanographene on physical, mechanical, and thermal properties and morphology of nanocomposite made of recycled high density polyethylene and
wood flour. BioResources, 12(1): 1382-1394. Bodig, J. and Jayne, B. A. (1993). Mechanics of Wood and Wood Composites (Persian Translation by Ebrahimi G.). University of
Tehran Press. Tehran. Iran. 669pp. Candan Z. And Akbulut T (2015). Physical And Mechanical Properties Of Nanoreinforced Particleboard Composites,
Maderas. Ciencia y tecnología 17(2): 319 – 334. Custodio.J., Broughton.J., Cruz.H (2009). A Review of Factors Influencing the Durability of Structural Bonded Timber Joint,
Adhesion&Adhesive 29(1): 173-185. Guo, F., Aryana, S., Han, Y and Jiao, Y. (2018). A Review of the Synthesis and Application of Polymer-Nanoclay Composites.
Applied Sciences, 8(9), 1-29. Hosseyni, M.J., Rahimi, S., Rahimi, S., and Faezipour, M.M. (2014). Effect of Nanoclay Particles on the Properties of
Particleboards. Journal of Basic and Applied Scientific Research 4(3): 280-287. Ismita N and Lokesh C. (2017). Effects of different nanoclay loadings on the physical and mechanical properties of Melia
composita particleboard. BOIS & FORETS DES TROPIQUES 334 (4): 7-12. ISO 3129 (1975). Wood – Sampling methods and general requirements for physical and mechanical testing of small clear wood
specimens, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland. Kaboorani, A. and Riedl, B. (2011). “Effects of adding nano-clay on performance of polyvinyl acetate (PVA) as a wood adhesive.
Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 42(8): 1031-1039. Kaboorani, A., Riedl, B., Blanchet, P., Fellin, M., Hosseinaei, O. and Wang, S. (2012). “Nanocrystalline cellulose (NCC): A
renewable nano-material for polyvinyl acetate (PVA) adhesive, European Polymer Journal, 48(11): 1829-1837. Kamboj, G., Gaff, M., Smardzewski, J., Haviarov, E. Hui, D., Rezaei, R., Kumar, A. (2022). “Effect of cellulose nanofiber and
cellulose nanocrystals reinforcement on the strength and stiffness of PVAc bonded joints, Composite Structures, 295(1):1-9. Kohantorabi, M., Hossein, M. A., Shahverdi, M., and Roohnia, M. (2015). Vibration based NDT methods to verify wood drying efficiency, Drvna Industrija 66(3): 221-228
. Kohantorabi, M. Hemmasi, AM. Talaeipour, M. Roohnia,. Bazyar, B. (2020). Effect of Artificial Inhomogeneity of Density and Drilling on Dynamic Properties Developed by Poplar Block Species (Populus Nigra) Jointed with oak Wood (Quercus
Castaneifolia) Beams. BioResources 15(3): 4711-4726. DOI: 10.15376/biores.15.3.4711-4726. Nafchi, H.R., Abdouss, M., Najafi, S.K., Gargari, R.M., and Mazhar, M. (2015). Effects of nano-clay particles and oxidized polypropylene polymers on improvement of the thermal properties of wood plastic composite, Maderas. Ciencia y
tecnología 17(1) 45-54. Ono, T., and Norimoto, M. (1983). “Study on Young's modulus and internal friction of wood in relation to the evaluation of
wood for musical instruments, Japanese Journal of Applied Physics 22(4): 611–614.
Roohnia, M. (2007). NDT-LAB; System to evaluate the mechanical properties of wood, Iranian Patent No. 44032/22-08-1386. Roohnia, M., Kohantorabi, M., Jahan-Latibari, A., Tajdini, A., and Ghaznavi, M (2012). Nondestructive assessment of glued
joints in timber applying vibration-based methods, European Journal of Wood and Wood Products 70(6): 791-799. Roohnia, M. (2019). Wood: Vibration and acoustic properties, in: Reference Module in Materials Science and Materials
Engineering, 19th Ed., Elsevier Inc., Amsterdam, Netherlands, Available online. 19pp. Timoshenko, S. P. (1921). On the correction for shear of the differential equation for transverse vibrations of prismatic bars,
The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 41(6): 744-746. Yavari, A., Hemmasi, A., Roohnia, M., and Marušák, R. (2015). Dynamic Young's modulus of scarf- and finger-jointed beams
using longitudinal vibration method, BioResources. 10(4), 6886-6895.