Composite materials are created by combining two or more component to achieve desired properties which could not be obtained with the separate components. The use of reinforcing fillers, which can reduce material costs and improve certain properties, is increasing in thermoplastic polymer composites. Currently, various inorganic fillers such as talc, mica, clay, glass fiber and calcium carbonate are being incorporated into thermoplastic composites. Nevertheless, lignocellulose fibers have drawn attention due to their abundant availability, low cost and renewable nature. In recent, interest has grown in composites made from lignocellulose fiber in thermoplastic polymer matrices, particularly for low cost/high volume applications. In addition to high specific properties, lignocellulose fibers offer a number of benefits for lignocellulose fiber/thermoplastic polymer composites. These include low hardness, which minimize abrasion of the equipment during processing, relatively low density, biodegradability, and low cost on a unit-volume basis. In spite of the advantage mentioned above, the use of lignocellulose fibers in thermoplastic polymer composites has been plagued by difficulties in obtaining good dispersion and strong interfacial adhesion because lignocellulose fiber is hydrophilic and thermoplastic polymer is hydrophobic. The application of lignocellulose fibers as reinforcements in composite materials requires, just as for glass-fiber reinforced composites, a strong adhesion between the fiber and the matrix regardless of whether a traditional polymer matrix, a biodegradable polymer matrix or cement is used. Further this article gives a survey about physical and chemical treatment methods which improve the fiber matrix adhesion, their results and effects on the physical properties of composites. Coupling agents in lignocellulose fiber and polymer composites play a very important role in improving the compatibility and adhesion between polar lignocellulose fiber and non-polar polymeric matrices. In this article, we also review various kinds of coupling agent and interfacial mechanism or phenomena between lignocellulose fiber and thermoplastic polymer.
The phase separation in Wood Flour-Polymer Composite (WPC) was investigated and the reasons for change in mechanical properties with the content of wood flour were explored. The wood flour-polypropylene composite samples with different wood flour contents were prepared. From differential scanning calorimetry (DSC) thermograms of WPC samples, the trend of crystallinity and melting temperature ($T_m$) were analyzed. The crystallinity and melting temperature increased and then decreased as the content of wood flour increased. From these results, it was confirmed that at the low wood flour content the wood flours were dispersed into the polypropylene matrix but at the high wood flour content, the phase separation between polymer and wood flour phases appeared. The tensile strength of WPC samples was continuously decreased with the increase of wood flour content. At a low wood flour content, the low interfacial bonding and the decrease in crystallinity were the main reasons for the decrease in tensile strength with the increase of wood flour content. At a high wood flour content, the decrease in tensile strength resulted from the interfacial defects between the polymer and wood flour phases. The impact strength of the WPC sample showed the maximum behavior with the content of wood flour. At a low wood flour content, the impact strength was enhanced owing to the decrease in brittleness, which results from the decrease in crystallinity. At a high wood flour content, however, the impact strength decreased due to phase separation.
Polymer/wood flour composites are recently attracting a lot of interest because they are economic and ecofriendly. In this study, the effects of wood flour size on the thermal and mechanical properties of a polypropylene/wood flour composite were investigated. Mechanical properties of the composite samples prepared by melt-mixing and compression molding were tested by UTM and an izod impact tester, and thermal properties of them were measured by TGA, DMA, DSC and TMA. The best coupling agent was selected by testing three kinds of maleic anhydride modified polypropylene coupling agents, and under the same condition, the effects of wood flour size on the physical properties of the composite were investigated. According to the test results for four different wood flour sizes of 600, 250, 180 and $150{\mu}m$, flexural strength, flexural modulus, crystallinity and water-resistivity of the composite increased with decreasing wood flour size.
Wood plastic composites (WPCs) are attracting a lot of interest recently. In this study, wood flour/polyethylene (PE) composites panels comprised of a coupling agent and nanoclay were prepared by melt-blending followed by compression molding. Five maleic anhydride grafted polyethylene (MAPE) coupling agents were tested, and the best choice and its optimum content were determined. The mechanical properties of the WPCs were measured by UTM, and the thermal properties were measured by TGA, DMA, DSC, and TMA. Adding just a small amount (1 phr) of organoclay made the tensile and flexural strength and the crystallinity of the WPC somewhat increase and the storage modulus and dimensional stability of the WPC largely increase. SEM images showed that the coupling agent drastically improved wood flour/PE interfacial bonding. Selecting the best coupling agent optimized content and adding a small amount of organoclay resulted in a high performance wood flour/PE composite.
One of the disadvantages of. wood and wood products is their hydroscopicity or dimensional instability. This is responsible for the loss of green volume of lumber as seasoning degrade. Dimensional stabilization is needed to substantially reduce seasoning defects and degrades and for increasing the serviceability of wood products. Recently, considerable world-wide attention has been drawn to the so-called Wood-Plastic Composites by irradiation-and heat-catalyst-polymerization methods and many research and developmental works have been reported. Wood-Plastic Composites are the new products having the superior mechanical and physical properties and the combinated characteristics of wood and plastic. The purpose of this experiment was to obtain the basic data for the improvement of wooden materials by manufacturing WPC. The species examined were Mulpurae-Namoo (Fraxinus, rhynchophylla), Sea-Namoo (Carpinus laxiflora), Cheungcheung-Namoo (Cornus controversa), Gorosae-Namoo (Acermono), Karae-Namoo(Juglans mandshurica) and Sanbud-Namoo (Prunus sargentii), used as blocks of type A ($3{\times}3{\times}40cm$) and type B ($5{\times}5{\times}60cm$), and were conditioned to about 10~11% moisture content before impregnation in materials humidity control room. Methyl methacrylate (MMA) as monomer and benzoyl peroxide (BPO) as initiator are used. The monomer containing BPO was impregnated into wood pieces in the vacuum system. After impregnation, the treated samples were polymerized with heat-catalyst methods. The immersed weights of monomer in woods are directly proportionated to the impregnation times. Monomer impregnation properties of Cheungcheung-Namoo, Mulpurae-Namoo and Seo-Namoo are relatively good, but in Karae-Namoo, it is very difficult to impregnate the monomer MMA. Fig. 3 shows the linear relation between polymer retentions in wood and polymerization times; that is, the polymer loadings are increasing with polymerization times. Furthermore species, moisture content, specific gravity and anatomical or conductible structure of wood, bulking solvents and monomers etc have effects on both of impregnation of monomer and polymer retention. Physical properties of treated materials are shown in table 3. Increasing rates of specific gravity are ranged 3 to 24% and volume swelling 3 to 10%. ASE is 20 to 46%, AE 14 to 50% and RWA 18 to 40%. Especially, the ASE in relation to absorption of liquid water increases approximately with increase of polymer content, although the bulking effect of the polymerization of monomer may also be influential. WPCs from Mulpurae-Namoo and Cheungcheung-Namoo have high dimensional stability, while its of Karae-Namoo and Seo-Namoo are-very low. Table 4 shows the mechanical properties of WPCs from 6 species. With its specific gravity and polymer loading increase, all mechanical properties are on the increase. Increasing rate of bending strength is 10 to 40%, compression strength 25 to 70%, ;impact bending absorbed energy 4 to 74% and tensile strength 18 to 56%. Mulpurae-Namoo and Cheungcheung-Namoo with high polymer content have considerable high increasing rate of strengths. But incase of Karae-Namoo with inferior monomer impregnation it is very low. Polymer retention in cell wall is 0.32 to 0.70%. Most of the polymer is accumulated in cell lumen. Effective. of polymer retention is 58.59% for Mulpurae-Namoo, 26.27% for Seo-Namoo, 47.98% for Cheungcheung-Namoo, 25.64% for Korosae-Namoo, 9.96% for Karae-Namoo and 25.84% for Sanbud-Namoo.
The aim of this study was to develop the noise and vibration damping wood-based composites by using viscoelastic polymer materials. Polyvinylchloride(PVC) was plasticized with 20-140 phr bis(2-ethylhexyl) phthalate(DOP) and the dynamic tensile mechanical properties were measured at 110Hz and approximate temperature range -100 to 150$^{\circ}$ using a Rheovibron Instrument. The PVC/DOP blends were shown to be compatible in all proportions, and both T(E”$_{max}$) and T(tan${\delta}_{max}$) shifted to the lower temperature side as the DOP content increased. The vibration damping properties of wood/polymer composites were measured using the Rheovibron instrument in a bending mode. The composite damping factor(tan ${\delta}_{c}$) of wood /PVC-DOP/wood sandwich structure correlated with the loss factor and that of the coated structure correlated with the loss modulus(E”) of the polymer layer. In addition, the sandwich structure was found to be more effective in damping than the coated structure. The logarithmic decrement (${\Delta}$c) curve of a sandwich structure, which was determined by the free-free flexural vibration method was similar in shape to the tan ${\delta}_{c}$ curve.
One of the techniques for altering the properties of wood that has received considerable attention in the last twenty years is the formation of a wood-polymer composite (WPC) by irradiation and heat-catalyst polymerization of a monomer incorporated into the wood matrix. Wood-polymer composites are the new products having the superior mechanical and physical properties and the combinated characteristics of wood and plastic. The purpose of this experiment was to obtain the basic data for the improvement of wooden materials by manufacturing WPC and Staypak. The species examined was Hyunsasi-Namoo (Populus alba ${\times}$ P. glandulosa) which had not been utilized yet. Methylmethacrylate (MMA) as monomer, benzoyl peroxide (BPO) as initiator and methyl alcohol as bulking agent were used. The monomer containing BPO was impregnated into wood pieces by the dipping and the vacuum process for 2 hours. After impregnation, the treated samples were polymerized on the hot press with pressure and heat-catalyst methods. The results obtained were summarized as follows 1. The monomer loading into wood by the dipping process was 12.13 percent and 29.99 percent by the vacuum. The polymer loading into wood by the dipping process was 6.79 percent and 15.44 percent by the vacuum. 2. Comparing with Staypak, antishrink efficiency (ASE) of WPC was 12.5 to 13.6 percent on the radial direction and 14.70 to 18.63 percent on the tangential. Antiswelling efficiency (AE) was 14.40 to 17.22 percent on the radial direction and 17.18 to 42.1 8 to 42.14 percent on the tangential. Reduction in water absorptivity (RWA) was 8.19 to 15.5 percent. As a whole, the vacuum process was better than the dipping. 3. The specific gravity of control, Staypak and WPC were 0.44, 0.66 and 0.61 to 0.62, respectively. 4. In the bending strength test, the strength in case that the load direction is on the radial surface was greater than that which the load direction is on the tangential. 5. Increasing rate of stress at proportional limit in compression perpendicular to grain was 72.26 percent in case of WPC by the dipping process, 78.93 percent by the vacuum and 99.09 percent in case of Staypak.
Shin, Yoon Jung;Yun, Hyeon Ju;Lee, Eun Ju;Chung, Woo Yang
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.46
no.1
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pp.107-113
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2018
In this study, the 3D printer filaments were manufactured by using the representative eco-friendly material, bio-composite. Bio-composites were made by incorporating biodegradable polymer of poly lactic acid (PLA) as the matrix and bamboo flour as the filler. The bamboos which were used in this experiment are Phyllostachys bambusoides, Phyllostachys nigra var. henonis, and Phyllostachys pubescen grown in Damyang district in Korea, and the mixture ratio between bamboo flour and PLA were set 10/90, 20/80, 30/70 by weight standard. Also, tensile strength of bamboo/PLA bio-composites manufactured with three kinds of bamboo were estimated and compared. In this result, the highest estimated bio-composites was Phyllostachys bambusoides flour/PLA which mixture ratio was 10/90, that is, it was the most suitable bamboo/PLA bio-composites for manufacturing 3D printer filament.
Kim, Sam-Jung;Yoo, Chong Sun;Kim, Gue-Hyun;Ha, Chang-Sik
Journal of Adhesion and Interface
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v.9
no.4
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pp.24-29
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2008
Polypropylene-natural fiber composites have been prepared and their rheological properties during mixing and thermal properties were investigated. Two types of natural fibers (cotton fiber and wood fiber) were compared. On increasing fiber contents, the torque values of composites were increased, where the cotton fiber exhibited higher increase in torques. The torque values of composites were higher as the MI of PP decreased. X-ray diffraction and differential scanning calorimetry results showed an increase in the crystallization temperature but a decrease of crystallinity of the PP/natural fiber composites on increasing fiber contents.
The effect of cycled temperature change on the mechanical properties of wood flour(50 wt.% and 70 wt.%) polypropylene WPC(Wood Plastic Composites) was investigated in this study. Flexural modulus and flexural strength of the WPC showed a decrease due to the degradation of interfacial adhesion between polymer matrix and wood flour by the freeze-thaw test regardless of the cycled number. At the higher loading level of wood flour, the reduction of the flexural modulus was remarkable. After the cycled heat-freeze test, it was found that the flexural modulus and flexural strength of the WPC were lower at the high temperature ($60^{\circ}C$) and higher at the low temperature ($-20^{\circ}C$). At the low temperature ($-20^{\circ}C$) which is below glass transition temperature of polypropylene ($-10^{\circ}C$), WPC is in a glassy state which brings about the high stiffness and strength. At the high temperature ($60^{\circ}C$), the flexural modulus and flexural strength of the WPC with 50 wt.% wood flour were lower because of the increase of polymer ductility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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