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