WhatsApp Image 2022 06 25 at 9.39.03 A3M - انبساط و انقباض حرارتي تخته ‏هاي چوب پلاست

انبساط و انقباض حرارتي تخته ‏هاي چوب پلاست

دو نوع متفاوت تغيير بعد مرتبط با حرارت در پلاستيك‏ها و در چوب پلاست‏هاي پلاستيك پايه وجود دارند: همكشيدگي خطي و انبساط و انقباض خطي. همكشيدگي فرايندي برگشت ناپذير است و ريشه در فراوري دارد. انقباض و انبساط فرايندي برگشت پذير است و به فراوري بستگي ندارد و بنابراين داده‏هاي كافي براي نتيجه­گيري قاطعانه از آن، وجود ندارند.

انبساط و انقباض پديده‏اي عام است و در اشيای جامد، مايع و گاز، يعني در هر چيزي كه متشكل از اتم و مولكول باشد، مشاهده مي‏شود. اتم‏ها و مولكول‏ها در دماي بيشتر از صفر مطلق نوسان دارند. هرچه دما بالاتر باشد، دامنه نوسان بيشتر خواهد بود. اين به نوبه خود بر حجم موثر اشياء و بنابراين ابعاد آن‏ها در تمام جهات، مي‏افزايد. هرچه دما بيشتر باشد، انبساط بيشتر خواهد بود. هرچه دما كم‏تر باشد انقباض بيشتر خواهد بود. چوب پلاستي چوب پلاست طي روزي آفتابي گرم، عريض‏تر، ضخيم‏تر و طویل­ترند و طي شبي سرد، باريك‏تر، نازك‏تر و كوتاه‏ترند. اين انقباض و انبساط هر شب و هر روز تكرار دارد.

اشياء مي‏توانند طبيعت ايزوتروپيك يا غير ايزوتروپيك داشته باشند. اشيای ايزوتروپيك در تمام راستاي‏شان انقباض و انبساط مساوي دارند. اشيای غير ايزوتروپيك انبساط و انقباض مساوي در راستاي طولي، پهنا و ضخامت‏شان ندارند. چوب بر حسب انبساط و انقباض، ماده‏اي غيرايزوتروپيك (اورتوتروپيك) است كه از توجيه الياف سلولزي آن ناشي مي‏شود و اين نشان مي‏دهد كه چرا چوب سه ضريب خطي انقباض و انبساط دارد (دو ضريب جهت عرضي (شعاعي و مماسي، مساوي‏ هم) كه 10-5 برابر بيشتر از جهت طولي (موازي الياف) است.

ضريب خطي انبساط و انقباض چوب پلاست

ضريب خطي انبساط و انقباض K را مي‏توان با فرمول زير تعيين كرد:                         

در آن  انبساط يا انقباض (به اينچ، سانتي‏مر يا واحدهاي مناسب ديگر) ماده‏اي معين در دامنه دماي  است. L بعد اوليه (طول، پهنا، ضخامت) ماده در ابتداي دامنة دما مي‏باشد.

در دامنة معيني از دما  ، مهم نيست كه دما در كدام جهت تغيير مي‏كند، كاهش خواهد داشت يا افزايش، به شرطي كه جسم با دما در تمام نقاط خود تعادل داشته باشد، يعني خيلي سريع تغيير نكند. در حرارت دهي يا خنك كني، ضريب انبساط و انقباض در دامنة معين دما بايد يكسان يا ثابت باقي بماند.

چوب پلاستي چوب پلاست GeoDeck به طول m6 در ساخت اتاق زير عرشه قايقي استفاده شد. فاصله سربه‏سر (انتهاي دو تخته متوالي) چوب پلاست از هم، mm8 رعايت شده بود. دماي محيط موقع ساخت oC 5/15 (oF60) بود. وقتي دماي محيط به oC2/32 (oF90) رسيد، درز 8 ميلي‏متري سربه‏سر بين چوب پلاست بسته شد و صاحب قايق متوجه اين موضوع شد. با خنك شدن هوا و رسيدن دما به oC5/15 (oF60)، فاصله سر‏به‏سر به 8 ميلي متر برگشت. بنابراين ضريب خطي انبساط و انقباض حرارتي به تقريب محاسبه مي‏شود.

بايد توجه داشت كه در مثال بالا اگر دما بيش از oC2/32 شود، چوب پلاست با تماس دو سرشان به حالت شديد زير قيد قرار مي‏گيرند. انبساط بيشتر در چوب پلاست تنش ايجاد كرده و سرانجام سبب كمانه كردن آن‏ها مي‏شود. احتمال كمانه كردن چوب پلاست به دو متغير عمده بستگي دارد، يكي انبساط خطي و ديگر مدول فشاري آن‏ها.

احتياط‏هايي در كاربردهاي ضرايب انبساط و انقباض در چوب پلاست

حالا به محاسبه انبساط طول تخته‏اي چوب پلاست از GeoDeck مي‏پردازيم كه m87/4 طول دارد و در سكويي نصب شده است كه دماي آن در صبح oC5/15 و بعدازظهر به oC2/32 مي‏رسد. چوب پلاستی كه در معرض تابش خورشيد قرار مي‏گيرد، در مقايسه با تخته‏اي كه در سايه واقع مي‏شود، وضعيت متفاوتي دارد. دماي سطح تخته در سايه، از دماي هواي محيط تبعيت مي‏كند. در مثال تغيير دما از oC5/15 به oC2/32،  برابر oC7/16 خواهد بود. افزايش طول تخته را با اين دامنه از تغيير دما، مي‏توان با فرمول بالا محاسبه كرد:

اين موضوع مربوط به تخته واقع در سايه يا فضاي داراي سقف است. اگر تخته چوب پلاست ‏اي به طول m 87/4 روي تيرچه‏هاي سكويي بدون اتصال (با ميخ يا پيچ) قرار گيرد، حالت بدون قید خواهد داشت و طول آن در دماي oC5/15 شب mm 4/6 كوتاه و بعد از روز بعد در دماي oC2/32 به طول اولية خود بر مي‏گردد (نوسان طول به اندازه mm 4/6 طي يك شبانه روز).

تخته چوب پلاست‏ اي كه زير تابش مستقيم خورشيد قرار گيرد، وضعيت متفاوتي خواهد داشت. دماي هواي سطح سكوي در معرض تابش آفتاب، در نواحي معتدله oC4/4 افزايش پيدا مي‏كند و در مناطق گرم oC10. تغيير دما در نواحي گرم از oC5/15 به oC60 مي‏رسد . بنابراين همان تخته مثال در بالا چنانچه بدون اتصال (آزادانه) روي سكويي در معرض نور خورشيد (در منطقه گرم) واقع شود، انبساط و انقباض آن در مقايسه با حالت قرار گرفتن در سايه، با نسبت  (66/2 برابر) بيشتر خواهد بود و مقدار كمي آن اين مقدار انبساط و انقباض طي يك شبانه روز، كم نيست.

به‌طور دقيق در عمل چنين پيش نمي‏آيد. چوب پلاست سكو به تيرچه‏هاي زيرشان وصل مي‏شوند و اين اتصال‏ها بر نيروهای ناشي از انبساط و انقباض خطي غلبه مي‏كند. هرچه اين اتصال‏ها محكم‏تر باشند، نيرويي كه ايجاد مي‏كنند بيشتر خواهد بود. پس نيروهاي اتصال مي‏توانند اثر انبساط و انقباض چوب پلاست را خنثي كنند و اين شرط استفاده از پيچ‏هاي مناسب را در ساخت اتصال دارد.

در نتيجه انبساط و انقباض تخته چوب پلاست به طول m 87/4 و m6 ، در صورتي­كه بدون اتصال روي سكويي قرار گيرند، در نواحي گرم و زير تابش مستقيم خورشيد، طي شبانه روز طول‏شان بين 7/12 تا 19 ميلي‏متر نوسان خواهد كرد. اما اگر با پيچ به تيرچه‏ها وصل شوند، شايد حدود 6/1 ميلي‏متر (نه بيشتر از 4/2 ميلي‏متر) انبساط و انقباض داشته باشند كه مقدار قابل توجهي نيست.

اثر پركننده و سازگار كننده:

پركننده‏هاي معدني مانند كربنات كلسيم، ضرايب خطي انبساط حرارتي (CTE) 20 برابر كم‏تر از پلاستيك‏ها و حدود 10 برابر كم‏تر از چوب پلاست‏ هاي WPC دارند. ضرايب خطي انبساط حرارتي مواد معدني به اين ضرايب در چوب (در جهت الياف) نزديك هستند كه  مي‏باشد.

شرايط اكستروژن (سرعت، فشار، دامنه دما) هم بر مقادير CTE تاثير دارند. مقدار ماده پركننده به‏طور يقين روي مقدار CTE چوب پلاست تاثير دارد. در شرايط مساوي CTE چوب پلاست با مقدار پركننده نسبت عكس دارد و پر كننده با درصد حجمي حدود 50، CTE را %50 كاهش مي‏دهد.

(ابراهیمی، ق. رستم­پور، ا. 1389. در ترجمه چندسازۀ چوب و پلاستیک. آناتول آ، کلیوسوف. تهران. دانشگاه تهران. موسسه انتشارات. 886 صفحه.)

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید