Utafiti huu unachunguza jinsi kubadilisha kwa sehemu au kikamilifu chembe za mbao zinazotumika ndani ya matriksi ya wanga wa thermoplastiki uliorekebishwa (MS) kwa mashudu ya mafuta ya jira nyeusi, rapa na primrose ya jioni kunavyobadilisha sifa za kimitambo, za uso na zinazohusiana na maji za mbao za biokompoziti. Biokompoziti ya msingi wa wanga ni nyenzo ya kompoziti inayounganisha kijazaji cha lignoselulosi chenye asili ya kibayolojia na matriksi ya polima ya msingi wa wanga inayoweza kuchakatwa kwa njia ya thermoplastiki. Watafiti walibadilisha mbao kwa mashudu kwa viwango vya %0, %30, %65 na %100, wakatumia matriksi kwa %30 au %40 ya jumla ya uzito, kisha baada ya mchakato wa uzalishaji unaounganisha ekstruzhini na ukandamizaji wa moto wakachunguza uimara wa kupinda, ukwaru wa uso, pembe ya mguso, ufyonzaji wa maji, uvimbe wa unene na tabia ya kusambaratika ndani ya maji.

Katika majaribio, kiasi cha mashudu kilikuwa sababu ya majaribio yenye athari kubwa zaidi kwa modulus of rupture (MOR), kiashirio cha uimara wa kupinda, na kilieleza %43,65 ya mabadiliko ya MOR katika modeli ya kifaktoria. Kwa ujumla, kubadilisha mbao kwa mashudu kulipunguza MOR. Hata hivyo, utendaji hautegemei kiwango cha ubadilishaji pekee: kompoziti za rapa zilionyesha mwelekeo thabiti zaidi kimitambo, huku jira nyeusi ikipunguza ukwaru wa uso katika kiwango cha kati cha ubadilishaji, lakini katika ubadilishaji wa %100 ukwaru uliongezeka tena.

Kulionekana tofauti wazi kati ya aina za mashudu katika tabia inayohusiana na maji. Katika mbao zenye rapa, kwa ubadilishaji wa mbao wa %65 na %100, katika viwango vyote viwili vya matriksi vya %30 na %40, hakukuonekana kusambaratika kwa sampuli baada ya kuzamishwa majini kwa saa 2 na 24. Primrose ya jioni pia ilionyesha tabia nzuri kiasi dhidi ya maji katika viwango vya juu vya ubadilishaji; kinyume chake, kompoziti zenye jira nyeusi zilibaki kuwa nyeti zaidi kwa uharibifu wa kimuundo unaosababishwa na maji.

Hitimisho la utafiti linaonyesha kuwa mashudu ya mafuta ambayo hayajatibiwa yanaweza kutumika kama kijazaji mbadala cha lignoselulosi katika biokompoziti za msingi wa wanga; hata hivyo, hii haimaanishi kuwa mbao zinaweza kubadilishwa kikamilifu katika kila matumizi bila kupoteza utendaji. Waandishi wanaziweka nyenzo hizi kama chaguo hasa kwa matumizi ambayo uimara mkubwa wa kimuundo si hitaji la msingi.

Utafiti haukupima tathmini ya mzunguko wa maisha, alama ya kaboni, uboreshaji wa kiuchumi au kasi ya uharibikaji wa kibayolojia ya mbao zilizotengenezwa. Aidha, kiasi cha mafuta na protini zilizobaki kwenye mashudu hakikupimwa kwa njia ya kikemia katika jaribio hili. Kwa hiyo, utaratibu wa kimolekuli au wa kikemia unaosababisha tofauti za utendaji wa nyenzo kulingana na aina ya mashudu bado haujafafanuliwa kikamilifu.

Tatizo la utafiti

Chembe za mbao na unga wa mbao ni vijazaji vinavyotumika sana katika kompoziti za lignoselulosi–polima. Hata hivyo, ongezeko la matumizi ya mabaki yake yenyewe katika sekta ya uchakataji wa mbao linamaanisha kuwa mabaki ya mbao hayawezi kila mara kuchukuliwa kuwa chanzo cha taka cha thamani ndogo na kisicho na kikomo. Kwa hiyo, kubadilisha bidhaa za pembeni za lignoselulosi ambazo tayari huzalishwa katika sekta nyingine kuwa vijazaji vya kompoziti kunaweza kuwa njia mbadala kwa mtazamo wa ufanisi wa rasilimali.

Mashudu ya mafuta yanavutia katika muktadha huu. Mashudu ni biomasi ngumu inayobaki baada ya uzalishaji wa mafuta na yanaweza kuwa na si tu vipengele vya lignoselulosi kama selulosi, hemiselulosi na lignini, bali pia protini, lipidi zilizobaki, madini na dutu nyingine za ekstraktivi. Vipengele hivi vinaweza kuleta faida na hasara katika uzalishaji wa kompoziti. Kwa mfano, protini zinaweza kuchangia uundaji wa vifungo wakati wa uchakataji wa thermomekanika, ilhali awamu ya mafuta inayobaki juu ya uso inaweza kupunguza ushikamano kati ya kijazaji na matriksi ya polima.

Katika tafiti nyingi za kompoziti zenye nyuzi asilia, nyenzo za kijazaji hupitia marekebisho ya ziada ya kikemia kama matibabu ya alkali, silanization, acetylation au esterification. Michakato hii inaweza kuongeza ulinganifu wa kijazaji–matriksi, lakini inahitaji kemikali za ziada, nishati, hatua za uchakataji na gharama.

Mtazamo wa kipekee wa utafiti huu ni kutumia mashudu ya jira nyeusi, rapa na primrose ya jioni bila kuyarekebisha kikemia, hivyo kufanya kazi na bidhaa za pembeni za kilimo na viwanda ambazo zimepitia uchakataji mdogo kadiri inavyowezekana.

Wanga wa thermoplastiki uliorekebishwa uliotumika

Wanga wa thermoplastiki uliorekebishwa wa kibiashara M30 ulitumika kama matriksi ya polima. Kwa kutegemea data ya kiufundi ya mtengenezaji, chanzo kinaripoti kwa M30 msongamano wa takriban 1,28 g/cm³, kiwango cha mtiririko wa kuyeyuka cha 9,0 g/10 dakika katika hali ya 190 °C/2,16 kg, uimara wa mvutano wa takriban 35 MPa, uimara wa kupinda wa 45 MPa, moduli ya kupinda ya 1400 MPa na halijoto iliyopendekezwa ya uchakataji ya 160–180 °C.

Mtengenezaji anaeleza M30 kuwa nyenzo inayoweza kuharibika kibayolojia na kutengenezwa kuwa mboji katika hali za asili zenye vijiumbe. Sifa hii haikupimwa tena katika utafiti kwa jaribio huru la uharibikaji wa kibayolojia.

Aina tatu za mashudu ya mafuta zilizotumika

Utafiti ulitumia aina tatu tofauti za mabaki ya uzalishaji wa mafuta:

• Mashudu ya jira nyeusi (Nigella, N),
• Mashudu ya rapa (Rapeseed, R),
• Mashudu ya primrose ya jioni (Evening Primrose, EP).

Mashudu yalipatikana kutoka kwa mtengenezaji wa mafuta wa kibiashara anayetumia ukamuaji wa kimitambo kwa baridi. Chanzo kinaripoti halijoto ya ukamuaji wa mafuta kuwa takriban 38 °C. Kabla ya kutengeneza kompoziti, mashudu yalipunguzwa ukubwa kwa kinu cha visu, lakini hayakufanyiwa matibabu yoyote ya ziada ya kikemia au ya uso.

Muundo wa jaribio

Sababu kuu tatu za majaribio zilitumika:

Vikundi vya mashudu vya %0 ni mbao rejea zenye chembe za mbao na matriksi ya MS pekee. Katika viwango vya %30 na %65, mbao na mashudu zipo pamoja katika awamu moja ya kijazaji, ilhali katika kiwango cha %100 kijazaji cha lignoselulosi kinaundwa kikamilifu na mashudu husika.

Chanzo kinaeleza muundo wa jaribio kama vibadala 24. Sababu ni kwamba miundo rejea ya %0 inawakilishwa kwa misimbo tofauti ya rejea kwa aina tatu za mashudu ndani ya muundo wa sababu za majaribio; kwa muundo wa kimwili, rejea N0, R0 na EP0 ni sawia na zimeunganishwa chini ya misimbo ya pamoja 0_MS30 na 0_MS40 katika uwasilishaji wa takwimu.

Je, Mashudu ya Mafuta Yanaweza Kuchukua Nafasi ya Chembe Zote za Mbao?

Katika jaribio hili, kwa ubadilishaji wa mbao wa %100, mbao za kompoziti zinazoweza kuzalishwa na kupimwa zilipatikana kutoka kwa aina zote tatu za mashudu; hata hivyo, “kuweza kutengenezwa” na “kuonyesha utendaji sawa na rejea ya mbao” si jambo lilelile. Kuongezwa kwa mashudu kwa ujumla kulipunguza MOR, lakini katika baadhi ya miundo yenye mashudu mengi ulaini wa uso au uadilifu wa kimuundo dhidi ya maji uliimarika. Kwa hiyo, ubadilishaji kamili unapaswa kutathminiwa kulingana na mahitaji ya uimara wa kimitambo, ustahimilivu wa maji na uso ya matumizi yanayolengwa.

Kwa nini ukubwa wa chembe ni muhimu?

Chanzo kilitumia data ya uchambuzi wa ungo iliyopatikana katika utafiti wa awali kutoka kwa kundi lilelile la malighafi. Ukubwa wa chembe si sababu huru iliyodhibitiwa katika jaribio hili; hata hivyo, kwa sababu unaweza kuathiri eneo la uso wa kijazaji, mpangilio wake na hali ya mguso na matriksi, ulizingatiwa kama kigezo saidizi katika kutafsiri matokeo.

Sehemu kubwa ya kijazaji cha jira nyeusi imejikita katika masafa ya 250–500 µm, huku rapa ikiwa na mgawanyo wa chembe kubwa zaidi kwa wazi. Mbao zinaonyesha mgawanyo mpana zaidi wa ukubwa.

Katika chanzo, kulionekana uhusiano chanya kati ya sehemu ndogo kuliko 125 µm na ukwaru wa uso; hata hivyo, kwa kuwa sehemu kubwa ya chembe hizi ndogo ilitokana na mbao, waandishi hawatafsiri hili moja kwa moja kama hitimisho la kisababishi kwamba “chembe ndogo huongeza ukwaru.”

Mchakato wa uzalishaji

Uzalishaji ni mbinu ya hatua mbili inayounganisha mbinu za uchakataji wa plastiki na utengenezaji wa paneli za msingi wa mbao. Katika hatua ya kwanza, kijazaji na wanga wa thermoplastiki vilichanganywa kwa usawa katika ekstruda ya skrubu mbili, na katika hatua ya pili nyenzo iliyopatikana ilibadilishwa kuwa ubao kwa kutumia presi tambarare ya moto.

Katika majaribio ya awali, msongamano lengwa wa 900 kg/m³ ulitumika, lakini katika baadhi ya miundo uadilifu wa kutosha wa ubao haukupatikana. Ili kutumia vigezo vya uzalishaji vinavyofanana katika miundo yote, msongamano lengwa uliongezwa hadi 1100 kg/m³.

Msongamano halisi wa ubao

Msongamano wa wastani wa sampuli zilizotengenezwa katika vibadala vyote ulipimwa kuwa 1167 ± 47 kg/m³, na unene wa wastani kuwa 2,54 ± 0,11 mm. Thamani hizi ziko karibu na msongamano na unene lengwa lakini si sawa kabisa; sifa halisi za ubao hutofautiana kati ya vibadala.

MOR hupima nini?

Modulus of rupture (MOR) ni kiashirio cha uimara wa kimitambo kinachowakilisha mkazo ambao ubao unaweza kuhimili chini ya mzigo wa kupinda kabla ya kuvunjika. Vipimo vya MOR vilifanywa kwa msingi wa EN 310:1994 na sampuli 20 zilitumika kwa kila kibadala cha jaribio.

Kulingana na ANOVA ya kifaktoria, aina ya mashudu, kiasi cha mashudu, kiwango cha matriksi na baadhi ya mwingiliano vina athari muhimu kwa MOR. Sehemu kubwa zaidi inahusishwa na kiasi cha mashudu.

Katika mbao rejea, kuongeza kiwango cha matriksi kutoka %30 hadi %40 kuliongeza MOR. Mbao zilipobadilishwa kwa sehemu au kikamilifu kwa mashudu, ongezeko hilohilo la matriksi halikuonyesha faida dhahiri ya kimitambo.

Katika mifumo yenye jira nyeusi, MOR ilipungua kadiri kiwango cha ubadilishaji kilivyoongezeka; upungufu mkubwa zaidi ulionekana katika masafa ya 0–30–65%, na hakukuonekana mabadiliko makubwa ya ziada kutoka %65 hadi %100. Mifumo ya rapa ilionyesha tabia thabiti zaidi ya MOR katika viwango vya ubadilishaji.

Ukwaru wa uso

Ukwaru wa uso ulitathminiwa kwa vigezo Rz, Ra na Rq katika mfumo wa EN ISO 21920-2:2022-06. Kwa kila kibadala, sampuli 20 zilipimwa kwa profilomita ya mguso ya Surftest SJ-210.

Kwa kuwa Rz, Ra na Rq zinawakilisha sifa tofauti za wasifu uleule wa uso, zilionyesha uhusiano mkubwa kati yao. Kati ya sababu kuu, kiasi cha mashudu pekee ndicho kilichopatikana kuwa na umuhimu.

Kutoweza kwa modeli kueleza sehemu kubwa ya ukwaru kunaonyesha kuwa vigezo vingine kama mgawanyo wa ukubwa wa chembe, mkusanyiko wa chembe, nafasi tupu za uso, muundo halisi wa kikemia wa kijazaji na mpangilio wakati wa mchakato vinaweza pia kuwa muhimu.

SEM ilionyesha nini?

Mofolojia ya uso ilichunguzwa kwa darubini ya elektroni ya skanning ya Phenom XL kwa ukuzaji wa 200× na 1000×; maeneo matatu tofauti ya uso yalipigwa picha kwa kila kibadala.

Kulingana na uchunguzi wa SEM, mbao rejea zilikuwa na chembe za mbao zilizokuwa wazi na kutokukamilika kwa mwendelezo wa uso. Kubadilisha sehemu ya mbao kwa jira nyeusi kulifanya uso kuwa wenye ulinganifu zaidi. Hata hivyo, katika ubadilishaji wa %100 kwa jira nyeusi, mkusanyiko wa chembe ndogo ulitawala na mofolojia inayolingana na kuongezeka tena kwa ukwaru ilionekana.

Katika kompoziti zenye ubadilishaji wa %100 kwa primrose ya jioni, muundo wa uso wenye mwendelezo na msongamano zaidi, wenye chembe chache zilizo wazi na nafasi tupu chache zilizo dhahiri ulionekana. Muundo huu unaendana na ukwaru mdogo na tabia nzuri kiasi dhidi ya maji.

Pembe ya mguso na uwezo wa kuloweshwa

Uwezo wa uso kuloweshwa ulipimwa kwa kutumia goniomita ya Phoenix 300 na tone la 3 µL la maji yaliyodistiliwa. Pembe ya mguso ilirekodiwa sekunde 5, 20, 40 na 60 baada ya tone kuwekwa; sampuli 20 zilitumika kwa kila kibadala.

Pembe kubwa zaidi ya mguso kwa ujumla inahusishwa na tone la maji kusambaa kidogo juu ya uso, yaani uwezo mdogo wa kuloweshwa. Hata hivyo, vinyweleo, ukwaru wa uso na kuingia kwa kioevu ndani ya kompoziti vinaweza kuathiri pembe inayoonekana iliyopimwa; kwa hiyo, pembe ya mguso pekee haiwakilishi vipengele vyote vya ustahimilivu wa maji.

Uwezo wa jumla wa modeli ya pembe ya mguso kueleza data ni zaidi ya %90. Matokeo haya yanaonyesha kuwa tabia ya kuloweshwa katika jaribio inaelezwa vizuri na aina na kiasi cha mashudu kilichochaguliwa, matriksi na sababu ya muda.

Tabia ya pembe ya mguso ya aina tatu za mashudu

Jira nyeusi: Katika ubadilishaji wa %30 na %65, pembe ya mguso ilipungua ikilinganishwa na rejea, yaani uso ulilowana kwa urahisi zaidi. Katika ubadilishaji wa %100, pembe ya mguso iliongezeka tena. Chanzo kinahusisha mabadiliko haya ya kurudi nyuma na kuongezeka kwa ukwaru na uwezekano wa ukingo wa tone kushikiliwa na kutofautiana kwa uso.

Rapa: Kadiri kiasi cha mashudu kilivyoongezeka, pembe ya mguso ilipungua hatua kwa hatua na takriban kwa mtindo wa monotoni. Tabia hii inaashiria kuwa uwezo wa kuloweshwa unaongozwa kwa kiasi kikubwa na kiasi cha mashudu.

Primrose ya jioni: Tabia thabiti zaidi ilionekana hapa. Hata katika ubadilishaji wa mbao wa %100, pembe ya mguso ilibaki karibu na mbao rejea na ilionyesha upungufu mdogo tu katika sekunde 5–60.

Je, Kuna Aina Moja ya Mashudu ya Mafuta Iliyo “Bora Zaidi” Katika Utafiti Huu?

Hapana. Aina yenye faida hubadilika kulingana na kipimo cha utendaji: rapa ni thabiti kiasi katika MOR katika viwango vya ubadilishaji na ni mojawapo ya mifumo yenye nguvu zaidi katika kuhifadhi uadilifu wa kimuundo ndani ya maji; primrose ya jioni inajitokeza kwa pembe ya mguso ya juu na thabiti, uso mnene na tabia ya uvimbe mdogo; jira nyeusi iliweza kupunguza ukwaru wa uso katika viwango vya kati vya ubadilishaji lakini ilionyesha utendaji dhaifu zaidi hasa inapokabiliwa na maji. Kwa hiyo, chanzo hakitambui aina moja ya mashudu kama optimum ya jumla.

Jaribio la ufyonzaji wa maji

Kiwango cha ufyonzaji wa maji kilihesabiwa katika chanzo kwa mlinganyo ufuatao:

\[ WA_n=\frac{m_n-m_0}{m_0}\times100\% \]

Hapa \(WA_n\) ni asilimia ya ufyonzaji wa maji baada ya saa \(n\); \(m_0\) ni uzito wa sampuli kabla ya kuzamishwa majini; \(m_n\) ni uzito baada ya kuzamishwa kwa saa 2 au 24, na \(n\in\{2,24\}\) imefafanuliwa hivyo.

Mlinganyo unaonyesha kwa asilimia kiasi cha maji kilichoongezeka katika sampuli ikilinganishwa na uzito wake wa awali. Kwa mfano, kadiri ongezeko la uzito linavyokuwa kubwa, WA huongezeka kwa mstari. Hata hivyo, sampuli ikisambaratika ndani ya maji, haiwezekani kupima kwa kuaminika uzito na unene wa mwisho.

Sababu ya kutumia kusambaratika kwa sampuli kama kipimo tofauti

Katika majaribio ya maji, baadhi ya kompoziti zilipoteza uadilifu wao wa kimwili. Kwa hiyo, kuripoti tu thamani za WA au TS kungeweza kuondoa sampuli dhaifu zaidi kutoka kwenye data na kutoa taswira isiyo sahihi ya ustahimilivu.

Watafiti walijaribu kutatua tatizo hili kwa kuripoti kando asilimia ya sampuli zilizokuwa zimesambaratika baada ya saa 2 na 24. Ulinganisho wa kitakwimu wa WA na TS ulifanywa tu katika vibadala ambavyo sampuli zake zote zilibaki zikiwa kamili katika kipindi chote husika cha kipimo.

Tabia ya mashudu ya rapa dhidi ya maji

Kompoziti zenye rapa zilionyesha uadilifu wa kimuundo wenye nguvu kwa wazi katika viwango vya juu vya kubadilisha mbao. Katika ubadilishaji wa rapa wa %65 na %100, katika viwango vyote viwili vya matriksi vya %30 na %40, hakukuonekana sampuli iliyosambaratika baada ya saa 2 na 24.

Katika ubadilishaji wa rapa wa %100, thamani ya ufyonzaji wa maji ilikuwa ndogo zaidi katika kibadala chenye matriksi ya %40 kuliko katika kibadala chenye matriksi ya %30.

Tabia ya primrose ya jioni dhidi ya maji

Primrose ya jioni ilionyesha utendaji mzuri dhidi ya maji, hasa katika viwango vya juu vya ubadilishaji. Kibadala cha %100 primrose ya jioni na %40 matriksi kilionyesha uvimbe mdogo zaidi wa unene baada ya saa 2 kati ya vibadala vilivyoweza kupimwa; katika vikundi vya ubadilishaji wa %100, pia kiliunda kundi tofauti la kitakwimu kwa thamani ya chini ya TS baada ya saa 24.

Chanzo kinajadili kuwa mofolojia ya uso iliyo mnene na yenye nafasi tupu chache katika kompoziti za primrose ya jioni huenda ilizuia kuingia kwa maji. Pia imependekezwa kama maelezo yanayowezekana kwamba mafuta yaliyobaki kwenye mashudu huenda yalipunguza kuingia kwa maji. Hata hivyo, kwa kuwa kiasi cha mafuta yaliyobaki hakikupimwa katika jaribio hili, utaratibu huu haujathibitishwa.

Tabia ya mashudu ya jira nyeusi dhidi ya maji

Mifumo yenye jira nyeusi ilikuwa nyeti zaidi kwa uharibifu unaosababishwa na maji. Hitimisho la jumla la chanzo ni kwamba vibadala vya nigella vilikuwa na ugumu zaidi wa kuhifadhi uadilifu wa kimuundo ndani ya maji ikilinganishwa na mifumo ya rapa na primrose ya jioni.

Matokeo haya hayamaanishi kwamba jira nyeusi haiwezi kutumika kama kijazaji cha kompoziti; hata hivyo, yanaonyesha kuwa kwa matumizi yanayogusana na maji, muundo wa sasa unahitaji uboreshaji zaidi.

PCA iliongeza nini?

Principal Component Analysis (PCA) ilitumika kutathmini kwa pamoja idadi kubwa ya vigezo vya kimitambo, uso na maji katika nafasi moja ya vigezo. Vipengele viwili vikuu vya kwanza vilieleza takriban %65,67 ya jumla ya mabadiliko.

Vekta ya kiasi cha mashudu iliwekwa katika mwelekeo kinyume na MOR. Uchambuzi huu wa jumla unaunga mkono maelewano ya utendaji kwamba kutumia mashudu mengi kwa ujumla hupunguza uimara wa kimitambo huku katika baadhi ya miundo kukiwezekana kuboresha tabia ya uso na maji.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Malighafi

Wanga wa thermoplastiki uliorekebishwa wa kibiashara M30 ulitumika kama matriksi. Kijazaji rejea cha lignoselulosi kilikuwa chembe za mbao laini zinazofanana na zinazotumika katika tabaka la nje la mbao za chembe za viwandani.

Vijazaji mbadala vilikuwa mashudu ya jira nyeusi, rapa na primrose ya jioni. Mashudu yalitokana na bidhaa za pembeni za sekta ya mafuta zilizozalishwa baada ya ukamuaji wa kimitambo kwa baridi katika takriban 38 °C na hayakufanyiwa uchakataji wa ziada isipokuwa kupunguzwa ukubwa katika kinu cha visu.

Matriksi ya muundo

Uzalishaji

1. Kijazaji cha mbao/mashudu na matriksi ya M30 vilipimwa kulingana na fomula.
2. Mchanganyiko uliingizwa kwenye ekstruda ya skrubu mbili zinazozunguka mwelekeo mmoja.
3. Ekstruzhini ilifanywa katika 160 °C na 16 rpm.
4. Nyenzo iliyotolewa kwa ekstruzhini ilipunguzwa ukubwa tena katika kinu cha visu.
5. Mat zenye unene wa takriban 2,5 mm ziliundwa katika fremu za 275 × 160 mm.
6. Mat zilikandamizwa kwa moto katika 160 °C kwa dakika 5.
7. Mbao zilipozwa chini ya shinikizo jepesi.
8. Ziliwekwa kwa saa 24 katika hali za maabara.
9. Sampuli zinazolingana na viwango vya majaribio zilikatwa.

SEM

Mofolojia ya uso ilichunguzwa kwa darubini ya elektroni ya skanning ya Phenom XL. Sampuli zilifunikwa kwa takriban 5 nm ya dhahabu; ukuzaji wa 200× na 1000× ulitumika chini ya volti ya kuongeza kasi ya 10 kV na shinikizo la chemba la 10 Pa.

Maeneo matatu tofauti ya uso yalipigwa picha kutoka kila kibadala na mikrografu wakilishi zilijumuishwa katika mjadala. Kwa hiyo, sehemu ya SEM si kipimo cha kiasi cha porositi ya pande tatu, bali ni uchunguzi linganishi wa mofolojia zilizochaguliwa za uso.

Msongamano

Msongamano ulipimwa kwa mbinu inayotegemea EN 323:1999 na sampuli 20 zilitumika kwa kila kibadala. Msongamano wa wastani ulipatikana kuwa 1167 ± 47 kg/m³.

Uimara wa kupinda

MOR ilipimwa kwa msingi wa EN 310:1994 na sampuli 20 kwa kila kibadala cha jaribio.

ANOVA ya kifaktoria ilitambua kiasi cha mashudu kama sababu kubwa zaidi ya kueleza utendaji wa kimitambo. Thamani za MOR za mbao rejea kwa ujumla ni kubwa kuliko za vibadala vyenye mashudu.

Ukwaru wa uso

Vigezo Rz, Ra na Rq vilipimwa kwa profilomita ya mguso inayobebeka ya Surftest SJ-210. Sampuli 20 zilitumika kwa kila kibadala.

Katika matokeo ya ukwaru, athari kuu ya kiasi cha mashudu ni muhimu; athari kuu za aina ya mashudu na kiwango cha matriksi zikiwa peke yake si muhimu. Hata hivyo, aina ya mashudu × kiasi cha mashudu, kiasi cha mashudu × kiwango cha matriksi na mwingiliano wa pande tatu ni muhimu.

Pembe ya mguso

Goniomita ya Phoenix 300 ilitumika pamoja na tone la 3 µL la maji yaliyodistiliwa na picha zilirekodiwa katika sekunde 5, 20, 40 na 60. Sampuli 20 zilipimwa katika kila kibadala.

Kiasi cha mashudu, aina ya mashudu, kiwango cha matriksi na muda vyote vilionyesha athari kuu muhimu kwa pembe ya mguso.

Ufyonzaji wa maji na uvimbe wa unene

Sampuli zilizammishwa majini kwa saa 2 na 24. Mwanzoni, sampuli 20 zilitathminiwa kwa kila fomula.

Kwa kuwa WA na TS hazingeweza kupimwa kwa kuaminika sampuli iliposambaratika, watafiti walifanya asilimia ya sampuli zilizosambaratika kuwa kipimo cha ziada cha ustahimilivu wa maji.

Ulinganisho mwingi wa Tukey kwa WA na TS ulifanywa tu katika vibadala ambavyo sampuli zake zote zilihifadhi uadilifu hadi mwisho wa muda husika wa kipimo.

Uchambuzi wa takwimu

Uchambuzi wa takwimu ulifanywa kwa Statistica 13.

• Uhusiano wa Pearson ulitumika kwa uhusiano kati ya sehemu za ukubwa wa chembe na sifa za kompoziti.
• Athari za aina ya mashudu, kiasi cha mashudu na kiwango cha matriksi zilichunguzwa kwa ANOVA ya kifaktoria inayotegemea general linear model.
• Mchango wa jamaa wa kila sababu ulihesabiwa kwa kugawa thamani husika ya sum of squares, bila intercept, kwa jumla ya model sum of squares.
• one-way ANOVA + Tukey ilitumika kati ya vibadala vinavyofaa kwa WA na TS.
• Kiwango cha umuhimu kiliwekwa kuwa α = 0,05.
• Muundo wa jumla kati ya vigezo ulichunguzwa kwa PCA.

Katika majedwali ya ziada, baadhi ya thamani za p zinaonyeshwa katika matokeo ya programu kama “0.000000”. Uonyeshaji huu haumaanishi kitakwimu kwamba p = 0 kwa maana ya kihisabati, bali kwamba thamani iko chini ya usahihi wa uonyeshaji wa programu.

Kutolingana kwa ndani ya chanzo kuhusu uthabiti wa maji

Sentensi katika maandishi ya matokeo ya chanzo inayosema “baada ya saa 24 sampuli zote zilizotengenezwa kwa matriksi ya %30 zilisambaratika” haiendani na Kielelezo 9 kwenye ukurasa huo huo na maelezo mahsusi ya mashudu yanayofuata mara moja. Kielelezo 9 kinaonyesha kusambaratika kwa %0 baada ya saa 24 katika kompoziti za rapa zenye matriksi ya %30 kwa ubadilishaji wa %65 na %100.

Chanzo pia kinaeleza wazi katika aya hiyo hiyo kwamba kwa rapa, katika ubadilishaji wa %65 na %100, bila kujali kiwango cha matriksi, hakukuwa na kusambaratika baada ya saa 2 na 24. Kwa hiyo, hitimisho mahsusi la mashudu ambalo lina uwiano bora zaidi wa ndani katika utafiti ndilo lililotumika kama msingi katika tafsiri ya Verianla.

Mkengeuko katika namba za marejeo ya viwango

Kuna tofauti ya hatua moja ya ulinganifu kati ya namba za marejeo EN 323:1999, EN 310:1994 na EN ISO 21920-2:2022-06 katika maandishi ya mbinu na namba katika orodha ya marejeo. Kwa kuwa majina ya viwango yako wazi, maudhui ya kimbinu hayana utata; tatizo liko tu katika kiwango cha upangaji wa namba za marejeo ndani ya chanzo.

Hitimisho zinazoungwa mkono na utafiti

• Mashudu ya mafuta ambayo hayajarekebishwa kikemia yanaweza kuchakatwa kama kijazaji cha lignoselulosi katika matriksi ya wanga wa thermoplastiki uliorekebishwa.
• Inawezekana kutengeneza ubao wa kompoziti wa kimwili kwa ubadilishaji wa mbao wa %100.
• Kiasi cha mashudu ndicho sababu ya majaribio yenye nguvu zaidi katika tabia ya MOR.
• Kuongezeka kwa ubadilishaji wa mbao kwa ujumla hupunguza MOR.
• Kompoziti za rapa ni thabiti kiasi katika MOR katika viwango vya ubadilishaji vilivyochunguzwa.
• Ubadilishaji wa jira nyeusi wa kiwango cha kati unaweza kupunguza ukwaru wa uso.
• Katika ubadilishaji wa jira nyeusi wa %100, mkusanyiko wa chembe ndogo na ukwaru vinaweza kuongezeka tena.
• Kompoziti za primrose ya jioni zilionyesha uso mnene na tabia ya pembe ya mguso ya juu/thabiti.
• Rapa na primrose ya jioni ziliweza kuboresha uadilifu wa kimuundo dhidi ya maji katika viwango vya juu vya ubadilishaji.
• Katika ubadilishaji wa rapa wa %65 na %100, hakukuonekana kusambaratika kwa sampuli baada ya saa 2 na 24.
• Kadiri kiasi cha mashudu kinavyoongezeka, hutokea maelewano ya utendaji kati ya uimara wa kimitambo na baadhi ya sifa za uso/maji.

Hitimisho ambazo utafiti hauungi mkono

• Haijaonyeshwa kuwa mashudu ya mafuta ni bora kuliko mbao katika kila matumizi ya kompoziti ya mbao.
• Haijaonyeshwa kuwa ubadilishaji wa mashudu wa %100 ni sawa na rejea ya mbao ya %100 kwa utendaji wa kimitambo.
• Kasi halisi ya uharibikaji wa kibayolojia au kutengenezwa kuwa mboji ya kompoziti zilizozalishwa haikupimwa katika utafiti huu.
• Utafiti haukufanya tathmini ya mzunguko wa maisha au ulinganisho wa alama ya kaboni.
• Uwezekano wa kiuchumi au gharama ya uzalishaji wa mfululizo viwandani haikujaribiwa.
• Kiasi cha mafuta na protini zilizobaki kwenye mashudu hakikupimwa kwa kiasi katika utafiti huu.
• Utaratibu ambao mafuta yaliyobaki hubadilisha moja kwa moja ustahimilivu wa maji au ushikamano wa kijazaji–matriksi haujathibitishwa kwa majaribio.
• Athari huru ya kisababishi ya ukubwa wa chembe haikutengwa kwa majaribio chini ya muundo thabiti wa mashudu.
• Kuzeeka kwa muda mrefu katika mazingira ya nje, UV, kuganda-kuyeyuka, uharibikaji wa kibayolojia au tabia dhidi ya moto havikutathminiwa.

Mahitaji ya utafiti wa baadaye

Waandishi wanasisitiza hasa mielekeo miwili ya utafiti. Ya kwanza ni kupima kwa kujitegemea athari ya ukubwa wa chembe chini ya muundo mmoja wa kijazaji. Katika jaribio la sasa, ukubwa wa chembe hubadilika pamoja na aina ya mashudu na kiwango cha mbao, hivyo athari haziwezi kutenganishwa kikamilifu.

Mwelekeo wa pili ni kupima moja kwa moja kwa njia ya kikemia muundo wa mashudu, hasa kiasi cha mafuta na protini zilizobaki. Kuhusisha vipengele hivi na MOR, ukwaru, pembe ya mguso, WA na TS kunaweza kueleza kwa njia ya kimekanistiki zaidi kwa nini aina tofauti za mashudu zina tabia tofauti.

Data hizi zitakapopatikana, itawezekana kutathmini kwa kuaminika zaidi iwapo matumizi ya moja kwa moja ya mashudu kwa uchakataji wa chini kabisa au hatua za ziada kama uchimbaji wa mafuta yaliyobaki zinahalalisha ongezeko la utendaji.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia: Valorization of Oil Press Residues in Starch-Based Biocomposites for Sustainable Wood Substitution.

Waandishi: Karolina Lipska; Izabela Betlej; Piotr Boruszewski.

Mwandishi wa mawasiliano: Piotr Boruszewski.

Taasisi: Department of Technology and Entrepreneurship in Wood Industry, Institute of Wood Sciences and Furniture, Warsaw University of Life Sciences—SGGW; Department of Wood Science and Wood Protection, Institute of Wood Sciences and Furniture, Warsaw University of Life Sciences—SGGW; Warsaw, Poland.

Jarida na utambulisho wa uchapishaji: Forests, 2026, Juzuu 17, Toleo 9, Makala 1061. Mchapishaji: MDPI. DOI: 10.3390/f17091061.

Mchakato wa uchapishaji: Ilipokelewa 20 Julai 2026; marekebisho 25 Agosti 2026; ilikubaliwa 4 Septemba 2026; ilichapishwa 5 Septemba 2026.

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti wa majaribio wa sayansi ya nyenzo / biokompoziti, iliyopitiwa na wataalamu na yenye ufikiaji wazi.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Nyenzo kuu: Wanga wa thermoplastiki uliorekebishwa M30; chembe za mbao laini; mashudu ya mafuta ya jira nyeusi, rapa na primrose ya jioni.

Mbinu kuu ya uzalishaji: Ekstruzhini ya skrubu mbili zinazozunguka mwelekeo mmoja + usagaji kwa kinu cha visu + ukandamizaji tambarare wa moto.

Sababu kuu za majaribio: Aina tatu za mashudu; ubadilishaji wa mbao wa %0, %30, %65 na %100; matriksi ya MS ya %30 na %40.

Uchambuzi mkuu: Uainishaji wa ukubwa wa chembe, SEM, msongamano, MOR, ukwaru wa Rz/Ra/Rq, pembe ya mguso, ufyonzaji wa maji, uvimbe wa unene, kiwango cha sampuli zilizosambaratika, uhusiano wa Pearson, ANOVA ya kifaktoria, jaribio la Tukey na PCA.

Idadi za sampuli: Sampuli 20 kwa kila kibadala katika vipimo vya msongamano, MOR, ukwaru, pembe ya mguso na maji; maeneo matatu tofauti ya picha kwa kila kibadala kwa SEM.

Takwimu: Statistica 13; uhusiano wa Pearson; ANOVA ya kifaktoria inayotegemea GLM; one-way ANOVA + Tukey katika vikundi vinavyofaa vya WA/TS; α = 0,05; PCA.

Ufadhili: Utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kuwa data zilizowasilishwa katika utafiti zinaweza kupatikana kutoka kwa mwandishi wa mawasiliano kwa ombi linalofaa.

Mgongano wa maslahi: Waandishi hawakuripoti mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana Karolina Lipska na Piotr Boruszewski; mbinu Karolina Lipska, Piotr Boruszewski na Izabela Betlej; programu Karolina Lipska; uthibitishaji Karolina Lipska na Piotr Boruszewski; uchambuzi rasmi na uchunguzi Karolina Lipska; rasilimali waandishi wote watatu; utunzaji wa data na rasimu ya kwanza Karolina Lipska; mapitio/uhariri Izabela Betlej na Piotr Boruszewski; uonyeshaji Karolina Lipska; usimamizi Piotr Boruszewski; usimamizi wa mradi Karolina Lipska na Piotr Boruszewski; upatikanaji wa ufadhili Piotr Boruszewski.

Kikomo cha tafsiri ya kisayansi

Utafiti huu unatathmini mbao nyembamba zilizotengenezwa kwa wanga maalum uliorekebishwa, malighafi tatu maalum za mashudu, migawanyo maalum ya chembe na hali maalum za ekstruzhini/ukandamizaji wa moto. Matokeo hayapaswi kujumlishwa kiotomatiki kwa kemia nyingine za wanga, mashudu mengine ya mafuta, unene tofauti wa mbao au michakato ya viwandani.

Muktadha wa “uendelevu” wa utafiti unatokana na matriksi ya polima inayoweza kurejeshwa na uthaminishaji wa bidhaa za pembeni za sekta ya mafuta. Chanzo hakikuonyesha kwa tathmini ya mzunguko wa maisha kwamba athari ya jumla ya mazingira ya kompoziti iliyozalishwa ni ndogo kuliko ile ya rejea ya mbao.

Sifa ya M30 ya kuharibika kibayolojia/kutengenezwa kuwa mboji ni taarifa ya mtengenezaji. Kinetiki ya uharibikaji wa mbao za mwisho zenye mashudu, hali za kutengeneza mboji au bidhaa za uharibikaji wa mazingira hazikupimwa katika utafiti huu.

Ndani ya chanzo kuna kutolingana kwa matokeo kati ya Kielelezo 9 na sentensi moja ya maandishi ya kusambaratika majini, pamoja na mkengeuko mdogo katika namba za marejeo ya viwango vya mbinu. Hoja hizi hazikusahihishwa kimyakimya katika maandishi ya Verianla; kikomo cha tafsiri kimewekwa wazi.