جذب آب چوب پلاست و تاثیر آن بر خواص محصولات چوب پلاست

یکی از ویژگی­های بسیار مهم چوب پلاست در مقایسه با چوب، جذب آب به­طور نسبی پایین آن­ها می­باشد. این یکی از چند خاصیتی است که علت برتری چوب پلاست ها نسبت به چوب می­باشد. این برتری به‌طور مستقیم به پایداری ابعاد و دوام بهتر چوب پلاست و بیش از هر چیز دیگر به مقاومت آن به تخریب بيولوژيكي مربوط می­شود.

وقتی­که قطعه­ای از چوب در زیر آب غوطه­ور می­شود، بعد از 24 ساعت وزن آن حدود %25 افزایش پیدا می­کند. به عبارت دیگر، چوب طی مدت گفته شده به مقدار %25 وزن خود آب جذب می­کند. چوب بعد از طی مدتی طولانی می­تواند به دو برابر وزن اولیه خود برسد (جذب آب به مقدار %100 وزن خشک خود). در درختان، مقدار رطوبت می­تواند در دامنه­ای از %30 تا بیش از %200 وزنی باشد. در چوب پلاست، این مقادیر به %2-7/0 بعد از 24 ساعت،% 5-1 بعد از یک هفته، و تا %22-18 بعد از چندین ماه می­رسد. این گمان که الیاف سلولزی یا ذرات چوبی در چوب پلاست با پلاستیک پوشانده می­شوند، به­طور کامل معتبر نمی­باشد، به­ویژه هنگامی­که چوب پلاست دارای مقدار قابل ملاحظه­ای سلولز (بیش از %40) باشد. چوب پلاست های تجاری اغلب %65-50 سلولز دارند. در این چوب پلاست ها، ذرات سلولزی کافی برای تشکیل زنجیرهای گسترده و متصل به هم وجود دارند که آب به همراه آن­ها در تودۀ محصول نفوذ کند. از این رو جذب آب (بعد از هفته­ها و ماه­های طولانی در معرض آب) از نظر وزنی عددی تک یا دو رقمی است. جذب آب عمدتاً در لایه­های بیرونی چوب پلاست ها رخ می­دهد و به سمت داخل حجم ماتریس(شبکه) کاهش فزاینده دارد. بنابراین، مقدار عددی جذب آب تنها به افزایش وزن کل چوب پلاست مربوط می­شود و به توزیع آب در سرتاسر محصول کاری ندارد. بر این اساس، پروفیل­های توخالی در مقایسه با پروفیل­های ماسیو (با جنس یکسان) حدود دو برابر آب جذب می­کنند (به شکل بستگی دارد).

جذب آب نسبتاً بالا توسط چوب پلاست، سبب افزایش وزن پروفیل­تر آن می­شود، که تا حدی می­تواند مقاومت آن را کاهش داده و تغییر مکان و واکشیدگی آن را افزایش دهد و سبب ایجاد فشار بر روی سازه­های مجاور، ایجاد کمانش، اعوجاج، ایجاد شرایط مطلوب برای زیست عوامل بيولوژيكي و تخریب حاصل از آن شود و با یخ­زدن و باز شدن یخ، سبب تخریب خواص مکانیکی چوب پلاست شود.

توزیع آب جذب شده نزدیک سطح و در توده مواد چوب پلاست

معروف است که هرچه چوب پلاست به مدت طولانی­تر در آب غوطه­ور بماند، جذب آب آن نیز بیشتر است. برای مثال، در تخته­های چوب پلاست در دمای محیط، جذب آب بعد از 24 ساعت معمولاً بین 7/0 و %2 وزنی، و بعد از 7 روز بین 1 و %5، بعد از 100 روز حدود %22-13 می­باشد. این مقادیر به دما بستگی دارد و با افزایش دما، جذب آب نیز افزایش خواهد داشت، اما جذب آب توسط لایۀ رویی تخته­ای چوب پلاست (به عمق mm1 ، و ترکیب%50-50 از چوب و پلاستیک)، بعد از 24 ساعت بیش از %15 می­باشد. برای مثال در تخته چوب پلاست تجاری جذب آب لایۀ رویی (به عمقmm5) در دامنۀ دمایی 5 تا 25 (بعد از 22 روز غوطه­وری در آب) به ترتیب 45 و %60 بود. در لایۀ 10-5 میلی­متری از سطح، جذب آب حدود %3 و در لایة به عمق 15-10 میلی­متر حدود %1 مشاهده شد.

جذب آب توسط چوب پلاست به تخلخل آن، مقدار الیاف سلولزی و دسترس­پذیری آن به ورود آب بستگی دارد. چوب پلاست ها به‌طور عام موادی متخلخل می­باشند و شدت تخلخل آن­ها توسط رطوبت ماده اولیه ورودی و شرایط فرآوری (در واقع گرمادهی بیش از حد موضعی) تعیین می­شود که در دانسیته جرم (جرم ویژه) پروفیل حاصل اثر گذارند. رطوبت بالا در فرمول اولیه، سبب تشکیل مقادیر بالایی از ترکیبات آلی فرار طی فرآوری می­شود، که تخلخل را افزایش داده و سبب کاهش دانسیته چوب پلاست و افزایش جذب آب آن می­شود. منافذ در چوب پلاست ها به‌طور کلی باز می­باشند و زنجیره­هایی از منافذ را تشکیل می­دهند که در کل ماتریس (شبکه) پراكنده ‌اند. الیاف چوبی در معرض این منافذ قرار می­گیرند. از این رو، شدت جذب آب را افزایش یا کاهش می­دهند. آب به آرامی در داخل ماتریس شبکۀ چوب پلاست نفوذ می­کند. این نفوذ در چوب بسیار سریع­تر است و آب با نفوذ به داخل شبکه آن می­تواند رطوبتش را به سطح رطوبتی بالایی برساند. برای مثال، لایه بیرونی چوب به ضخامت 5 میلی­متر، بعد از 190 روز غوطه­وری در آب، می­تواند تا %75 آب جذب کند در­حالی­که جذب آب آن در لایه mm18-15 از سطح %65 است.

اثر مواد معدنی پر کننده روی جذب آب چوب پلاست

پرکننده­های معدنی به‌طور کلی آب جذب نمی­کنند (یا بسیار کم آب جذب می­کنند)، بنابراین، سبب کاهش جذب آب می­شوند.

واکشیدگی (عدم ثبات ابعاد)، توسعه فشار و کمانش در چوب پلاست

معروف است که چوب با تغییر رطوبتش متحمل تغییراتی می­شود. افزایش رطوبتش سبب واکشیدگی و کاهش رطوبتش سبب هم­کشیدگی آن می­شود. ضرایب تغییر بعد چوب (به ازای %1 تغییر رطوبت) در جهت مماسی %4/0-2/0 و در جهت شعاعی %2/0-1/0 می­باشد. در چوب پلاست ها ضریب سومی دیده می­شود، یعنی تغییر بعد مختلف در ضخامت (ارتفاع مقطع) و پهنا. برای مثال تخته ای از چوب پلاست÷ بعد از یک ماه غوطه­وری زیر آب، %9/11 آب جذب کرد و طول آن ٪64/0، پهنای آن ٪25/2 و ضخامت آن%8/4 افزایش پیدا کرده است. بنابراین، ضرایب C_T (مماسي)، C_W (عرضی) و C_D (ضخامت) مربوط در این مورد به خصوص، به­ترتیب مساوی 054/0، 19/0 و %4/0 (به ازای هر %1 جذب آب) می­باشد. ملاحظه می­شود که ضریب تغییر بعد طولی چوب پلاست در مقایسه با چوب به­طور قابل ملاحظه­ای کم‌‌تر(6-4 برابر کم‌‌تر می­باشد)، در امتداد پهنای آن تقریباً مشابه با چوب و اندکی بزرگ­تر از چوب و در امتداد ضخامت آن به‌‌طور قابل ملاحظه­ای بیشتر(4-2 برابر) از چوب می­باشد. به همین دلیل، اگر فاصله بین تخته­ها بسیار کم باشد و نتواند میزان واکشیدگی را پوشش دهد، این وضعیت منجر به کمانش، از شکل افتادگی یا معوج شدن، ترک­های ریز، و سایر انواع شکست می­شود. با معوج شدن­ها و شکست­های مکانیکی در تخته­های چوب پلاست، فشاری که به‌‌دلیل وا کشیدگی در جهت پهنای تخته گسترش می­یابد تقریباً به 1359 کیلوگرم می­رسد.

به‌‌طور خلاصه آب از طريق مجاري، منافذ و مويينگي به داخل چوب پلاست وارد مي­شود. بعضي از آن­ها به آساني قابل دسترس آب مي­باشند و در همان يكي دو ساعت اول با آب پر مي­شوند. جذب آب در 24 ساعت اول تنها کسر كوچكي از ظرفيت كامل چوب پلاست براي جذب آب مي­باشد. بعضي از منافذ و مويينگي­ها براي آب به سختي قابل دسترس هستند و بعد از چندين ماه به تدريج و به آرامي با آب پر مي­شوند، حتي اگر تخته به‌‌طور كامل در آب غوطه­ور باشد. جذب آب در 24 ساعت اول سبب كمانش نمي­شود. خيلي بعيد به نظر مي­رسد كه كمانش با آب باران كه در آن آب سريع خشك مي­شود اتفاق بيافتد. كمانش در تماس طولاني مدت با آب ايجاد مي­شود. در آن صورت فشار ناشي از واكشيدگي مي­تواند به چندين نیوتن برسد، كه در واقع به علت تماس محكم بين تخته­ها كمانش ايجاد خواهد كرد. كمانش معمولاً به دليل نصب نادرست تخته نيز ايجاد مي­شود، كه در تماس طولاني مدت با آب (از طرف بيرون به طرف داخل تخته مانند تخته­هاي تو خالي)، عدم فاصله مناسب بين تخته­ها و غيره ايجاد مي­شود.

جذب آب، كوتاه مدت و دراز مدت در چوب پلاست

جذب آب طي مدت كوتاه و دراز مدت مطرح است. وقتي كه يك تخته چوب پلاست در آب غوطه ور مي­شود، در ساعت­ها و روزهاي اول، آب اغلب منافذ و مويينگي­هاي قابل دسترس را پر مي­كند و به ذرات سلولزي و الياف موجود، به ويژه در لايه­هاي رويی تخته نفوذ مي­كند.

جذب آب به‌‌طور بسيار معني داري به شكل پروفيل چوب پلاست بستگي دارد و اين وابستگي در پروفيل­هاي برس ­خورده و برس نخورده متفاوت مي­باشد، طوریکه مقدار آن برای تخته­های برس نخورده کمتر است.

اثر مقدار سلولز در چوب پلاست روی جذب آب

بدیهی است که هرچه مقدار سلولز در چوب پلاست بیشتر باشد جذب آب آن بیشتر است، مگر این­که هر ذره از سلولز به­طور کامل با پلاستیک پوشانده شده باشد و آب به آن دسترسی پیدا نکند.

اثر دانسیته تخته چوب پلاست در جذب آب

کاهش دانسیته سبب افزایش واکشیدگی تخته­های چوب پلاست غوطه­ور در آب می­شود. دانسیته متفاوت تخته های با فرمول اختلاط یکسان به­سبب روندهای مختلف تولید مانند سرعت تولید، دما و هم­چنین مقدار ضد­اکسایش و رطوبت الیاف سلولزی تغذیه­شده و هم­چنین تخلیه مواد فرار مذاب گرم طی اکستروژن می­باشد.

افزایش مقدار پر کننده منجر به افزایش تخلخل چوب پلاست می­شود و به­ نوبه آن دانسیته کاهش یافته و جذب آب افزایش خواهد یافت.

رطوبت چوب و چوب پلاست­

مقدار رطوبت در درخت زنده می­تواند دامنه­ای از %30 تا بیش از %200 وزنی داشته باشد. چوب پلاست­ حتی در شرایط بسیار مرطوب رطوبت کمی دارند. مقدار رطوبت به دانسیته چوب پلاست بستگی دارد. با کاهش دانسیته، بر مقدار رطوبت افزوده می­شود. گاهی اوقات در شرایط واقعی محیط، مقدار رطوبت به مقدار آب غیر قابل کنترلی که از هوا و باران­های ناگهانی وارد چوب پلاست می­شود، بستگی دارد.

اثر جذب آب روی مقاومت و مدول خمشی چوب پلاست

برای بسیاری از چوب پلاست ها اثر جذب آب بر خواص خمشی آن­ها چندان قابل توجه نیست.

مقاومت به یخ زدن- باز شدن یخ چوب پلاست

همانند اثر جذب آب روی مقاومت خمشی، اثرات چند دورة یخ زدن- باز شدن یخ به‌‌طور متناوب روی تخته­های چوب پلاست بسیار کم است.

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